電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則和思路

一、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則和思路設(shè)計(jì)原則1、科學(xué)性：設(shè)計(jì)的方案應(yīng)有科學(xué)的依據(jù)及正確的方法。2、安全性：按設(shè)計(jì)方案實(shí)施時(shí)，應(yīng)安全可靠，不會損壞器材。例：選用電壓表或電流表時(shí)其量程不能小于被測電壓或電流的最小值；設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)設(shè)置保護(hù)措施，用電器額定電流太小或電表量程太小時(shí)，供電電路設(shè)計(jì)成分壓式，有時(shí)甚至還應(yīng)給用電器串聯(lián)保護(hù)電阻等。3、精確性：在誤差允許范圍內(nèi)應(yīng)盡可能選擇誤差較小的方案。例：使用電表前應(yīng)進(jìn)行機(jī)械調(diào)零；選擇電流表、電壓表量程時(shí)，在確保安全性的前提下應(yīng)選擇較小的量程，測量時(shí)指針應(yīng)至少偏轉(zhuǎn)到滿刻度的 1/3 以上；針對實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的因操作而帶來的偶然誤差，往往多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后采取平均值法（其中包括圖象法）來處理數(shù)據(jù)求解。4、方便易行、節(jié)能省材。例：測量電阻時(shí)，在滿足實(shí)驗(yàn)條件的情況下可設(shè)計(jì)成替代法或半偏法；設(shè)計(jì)供電電路時(shí)，如果限流式和分壓式均可，則應(yīng)設(shè)計(jì)成限流式。設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)屬實(shí)驗(yàn)知識的運(yùn)用類，題在書本外，理在書本內(nèi)。在熟練掌握書本基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基本原理和實(shí)驗(yàn)技能、技巧的基礎(chǔ)上，認(rèn)真審題，尋找實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)出最優(yōu)方案。流程如下：實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)原理 電路圖 實(shí)驗(yàn)步驟用測量量表示的待測量的表達(dá)式誤差分析。注意：選擇儀器設(shè)計(jì)電路時(shí)并非一定要把所有的儀器都用上，只要科學(xué)合理即可?！纠}】一個(gè)標(biāo)有“3.8 V,0.3 A”字樣的小燈泡，其燈絲的電阻會隨溫度的升高而變化，一探究性學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室研究這一問題，現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室備有以下實(shí)驗(yàn)器材：器材名稱 代號 參 數(shù)電池組 E 電動(dòng)勢 9 V，內(nèi)阻 0.5 電壓表 V1 量程 05 V，內(nèi)阻 2.0 k電壓表 V2 量程 015 V，內(nèi)阻 3.0 k電流表 A1 量程 00.3 A，內(nèi)阻 2.0 電流表 A2 量程 06 A，內(nèi)阻 0.4 滑動(dòng)變阻器 R1 010，額定電流 2 A滑動(dòng)變阻器 R2 0100 ，額定電流 0.5 A固定電阻 R0 5 ，額定電流 5 A開關(guān) S 一個(gè)導(dǎo)線 M 若干實(shí)驗(yàn)時(shí)要求測量范圍盡可能大，且要求燈泡上的電壓從 0 開始調(diào)節(jié)，測量結(jié)果盡可能準(zhǔn)確(1)現(xiàn)在有下圖所示的 a、b、c、d 四個(gè)電路，其中可選用的電路有 _(2)在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)當(dāng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有電壓表_，電流表_，滑動(dòng)變阻器_(填器材名稱代號)(3)該小組某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)描繪出小燈泡的 IU 圖線，如圖一所示，試根據(jù)圖線中給出的數(shù)據(jù)，求出小燈泡在工作點(diǎn) A 和 B 的電阻值分別為_、_.注意：設(shè)計(jì)電路要盡量減小誤差或避免誤差。 【例題】待測電阻 Rx（約為幾百歐姆） ，為了較準(zhǔn)確測量 Rx，除 Rx 外，實(shí)驗(yàn)室提供了如下器材：A.電源 E 電動(dòng)勢 3V，內(nèi)阻不計(jì)； B.電流表 A1 量程 010mA 、內(nèi)阻 r1 約為 500C.電流表 A2 量程 0500A、內(nèi)阻 r2=1000 D.滑動(dòng)變阻器 R1 最大阻值 20 額定電流 2A E.定值電阻 R2=5000 F.定值電阻 R3=500 電鍵 S 和導(dǎo)線若干(1)試設(shè)計(jì)出測量電路（標(biāo)出所選器材符號）(2)若兩電流表的讀數(shù)分別為 I1=6.2mA，I 2=300A，待測阻值 Rx= （保留小數(shù)點(diǎn)后 1 位數(shù)字）二、測量電阻的幾種常用設(shè)計(jì)方案注意：設(shè)計(jì)測量電阻的電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，是以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)伏安法測電阻的思想與原理為指導(dǎo)，再結(jié)合電學(xué)原理和性質(zhì)綜合求解（例：一表多用；串、并聯(lián)性質(zhì)等） 。一表多用由歐姆定律可知，若知道電流表的內(nèi)阻則電流表在一定條件下可以當(dāng)電壓表使用；若知道電壓表的內(nèi)阻則電壓表在一定條件下可以當(dāng)電流表使用?！纠}】某同學(xué)為了描繪一個(gè)標(biāo)有“12 V,6 W”的小燈泡的伏安特性曲線，他到實(shí)驗(yàn)室尋找到了一些儀器，但沒找到電壓表，找到的器材規(guī)格如下：a電流表 A1(00.5 A，內(nèi)阻為 0.5 )； b電流表 A2(00.6 A，內(nèi)阻約為 0.3 )；c電阻箱 R1(09 999.9 ，最小調(diào)節(jié)量 0.1 )； d電阻箱 R2(099.9 ，最小調(diào)節(jié)量 0.1 )；e滑動(dòng)變阻器 R3(050 ，額定電流為 1.5 A)； f滑動(dòng)變阻器 R4(05 ，額定電流為 3 A)；g 16 V 直流電源； h開關(guān)、導(dǎo)線若干，待測燈泡利用現(xiàn)有器材，結(jié)合所學(xué)知識，請你替這位同學(xué)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)(1)畫出實(shí)驗(yàn)原理圖；(2)以上器材中電阻箱應(yīng)選用_ ，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 _(填代號) ；(3)寫出小燈泡兩端的電壓表達(dá)式，并說明式中符號的意義：_.【例題】用以下器材測量一待測電阻 的阻值（ ）：電源 E，具有Rx901一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢約為 9.0V；電壓表 V1，量程為 1.5V，內(nèi)阻 r1750；電壓表V2，量程為 5V，內(nèi)阻 r22500；滑動(dòng)變阻器 R，最大阻值約為 100；單刀單擲開關(guān) K，導(dǎo)線若干。（1）測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的 ，試畫出測量電阻 Rx 的一種實(shí)31驗(yàn)電路原理圖(原理圖中的元件要用題目中的相應(yīng)的英文字母標(biāo)注） 。（2）若電壓表 V1 的讀數(shù)用 U1 表示，電壓表 V2 的讀數(shù)用 U2 表示，則由已知量和測得量表示 Rx 的公式為 Rx=_。串、并聯(lián)性質(zhì)注意：串聯(lián)電路電流相等，并聯(lián)電路電壓相等。1、兩電流表并聯(lián)測表的內(nèi)阻2、兩電流表串聯(lián)測表的內(nèi)阻3、兩電壓表串聯(lián)測表的內(nèi)阻4、兩電壓表并聯(lián)測表的內(nèi)阻5、電流表與電壓表串聯(lián)測表的內(nèi)阻6、電流表與電壓表并聯(lián)測表的內(nèi)阻拓展：若電表為理想電表，則可以設(shè)計(jì)如下圖所示的電路測電阻。半偏法1、半偏法測 G 表（或 A 表）的內(nèi)阻。I、實(shí)驗(yàn)原理：II、誤差分析：假設(shè) G 表的滿偏電流為 ，則閉合 后，由于并聯(lián)后的總電阻 ，故閉合gI2SgR并后保持滑動(dòng)變阻器 R 不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱 使 G 表半偏時(shí)的干路電路 ,所以2S 0RIG 表半偏時(shí)，實(shí)際上流過電阻箱 的電流會大于流過 G 表的電流，所以實(shí)際上此0時(shí)電阻箱的阻值 ,所以 U 表半偏時(shí)，0Rmax實(shí)際上在電阻箱 兩端的電壓會大于 V 表兩端的電壓，所以實(shí)際上此時(shí)電阻箱的0阻值 V 表內(nèi)阻 ，即：0V測 真注意：用此半偏法測某一電壓表 V 的內(nèi)阻時(shí)