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文檔簡介

1、 電學設計型實驗的特殊方法 所謂設計型實驗,就根據(jù)實驗目的,運用掌握的物理規(guī)律、實驗方法,選擇熟悉的儀器、器材設計實驗方案。設計方案包括選用合適的實驗方法、選擇配套的實驗器材、安排正確的實驗步驟、設計科學的數(shù)據(jù)處理方法,采用客觀的誤差分析方式,最后給予總結和評價。 一、設計型實驗的設計原則:(1) 科學性:科學的方案應有科學的依據(jù)及正確的方式。(2) 安全性:設計的方案實施時,應安全可靠,不會對儀器、器材千萬危害。(3) 精確性:實驗誤差應控制在允許范圍之內,盡可能選擇誤差較小的方案。(4) 可操作性:設計方案應便于操作、讀數(shù),便于進行數(shù)據(jù)處理和觀察。同還要注意到,用兩個總阻值大小不同的變阻器

2、調節(jié)電路中的電流,當它們串聯(lián)使用時哪個是粗調?哪個是細調?并聯(lián)使用時,哪個是粗調,哪個是細調?二、設計型實驗的設計方法(一)替代法圖1用一個標準的已知量替代被測量,并調整此標準量,使整個測量系統(tǒng)恢復替代前的狀態(tài),則被測量等于標準量。用替代法可有效減小誤差,通常是使用可直接讀數(shù)的電阻箱等效替代測電阻。如圖1所示,對于電流表、的量程各有什么要求?電阻箱的阻值還需要遠大于電阻箱的阻值嗎?哪個電阻箱用精度為0.1歐的合適?1、 現(xiàn)有電流表、電壓表、電阻箱、滑動變阻器、低壓直流電源、單刀單擲開關一個、單刀雙擲開關一個、導線若干。要求用以上器材盡可能精確地測量待測電阻的阻值。(1) 畫出電路圖R3圖2(2

3、) 簡要說明測量的主要步驟。2、為了測量電流表G1的內阻,電路如圖2所示,其中電流表G1的量程0-300A、內阻約100,G2為標準電流表,量程為0-200A;R1為電阻箱,阻值范圍0-999.9;為電池,電動勢3V、內阻不計,S1為開關,S2單刀雙擲開關。按電路圖接好電路后,將可變電阻器R3和電阻箱R1適當調節(jié)后,將單刀雙擲S2扳到接點1處,接通開關,調節(jié)可變電阻R2,使兩電表的讀數(shù)都是150A,然后將將單刀雙擲S2扳到接點2處,調節(jié)變阻箱R1,使標準電流表的讀數(shù)仍為150A,若此時電阻箱的讀數(shù)為75。(1)為了保證兩塊電流表的安全使用,限流電阻R3的阻值應選: A、100 B、150 C、

4、10k D、15k(2)可變電阻器的阻值應選:A、200 B、500 C、2k D、5k 3、現(xiàn)有電壓表、電阻箱、滑動變阻器、低壓直流電源、單刀單擲開關一個、單刀雙擲開關一個、導線若干。要求用以上器材盡可能精確地測量待測電阻的阻值。(1)畫出電路圖(2)簡要說明測量的主要步驟。(3)如果再有一塊電流表,如可能精確地測量電壓表的內阻。4、要測出一個未知電阻的阻值Rx,現(xiàn)有如下器材:讀數(shù)不準的電流計A、定值電阻R0、電阻箱R1、滑動變阻器R2、單刀單擲開關K1、單刀雙擲開關K2、電源和導線。(1)畫出實驗電路圖,并在圖上標出你所選用器材的代碼。(2)寫出主要的實驗操作步驟。(二)比較法通過對一些物

5、理量的比較,從而達到同中求異的目的,即為比較法。明顯的優(yōu)點是:盡量少進行直接測量多運用比較的方法,以此減少由于測量儀器的不準確而帶來的誤差。圖3 5、實驗室中現(xiàn)有器材如實物圖3所示,有:電池,電動勢約10V,內阻約1;電流表A1,量程10A,內阻r1約為0.2;電流表A2,量程300mA,內阻r2約為5;電流表A3,量程250mA,內阻r3約為5;電阻箱R1,最大阻值999.9,阻值最小改變量為0.1;滑線變阻器R2,最大阻值100;開關S;導線若干。圖4要求用圖4所示的電路測定圖中電流表A的內阻。(1)在所給的三個電流表中,哪幾個可用此電路精確測出其內阻?(2)在可測的電流表中任選一個作為測

6、量對象,在實物圖上連成測量電路。(3)你要讀出的物理量是_,用這些物理量表示待測內阻的計算公式是_。圖56、如圖5所示,為測量電阻的電路中,RX為待測電阻,R的阻值已知,R/為滑行變阻器,總阻值未知,電源電動勢未知。S1、S2均為單刀雙擲開關,A是電流表,內電阻可以忽略不計。(1) 按圖5-1所示的電路圖,連接實物圖。S1S2RXRR/圖5-1+(2) 測量RX的步驟:將S2向d閉合,S1向 閉合,記下電流表讀數(shù)I1,再將S2向c閉合,S1向 閉合,記下電流表讀數(shù)I2,計算RX的公式是RX 。7、現(xiàn)有一個阻值為10.0的定值電阻、一個電鍵、若干根導線和一個電壓表,該電壓表表面上有刻度但無刻度值

7、。要求設計一個能測定某電源內阻的實驗方案。(已知電壓表內阻很大,電壓表量程大于電源的電動勢,電源的內阻約為幾歐)要求(1)畫出實驗電路。(2)簡要寫出完成接線后的實驗步驟。(3)寫出計算電源內阻的表達式為_。8、用圖示的電路測定未知電阻RX的值。圖中電源電動勢未知,電源內阻和電流表的內阻均可忽略不計,R為電阻箱。AR RX圖6 若要測得RX的值,R至少需要取_ 個不同的數(shù)值。 若電流表每個分度表示的電流值未知,但指針偏轉角度與通過的電流成正比,則在用此電路測RX時,R至少需取_個不同的數(shù)值。 若電源內阻不可忽略,能否應用此電路測量RX?答:_。(三)半偏法圖8 在實驗過程中,讓某塊電表的第二次

8、讀數(shù)為第一讀數(shù)的1/2,然后運用電路的相關知識規(guī)律列出計算式。即為半偏法。此種方法可以減少處理實驗數(shù)據(jù)過程中繁瑣程度,簡化了實驗過程。9、如圖8所示,是一種半偏法的電路,實驗時接通開關S,調節(jié)電阻箱的阻值,記下電表指針指指示滿量程時的電阻R和半量程時的電阻R/,若略去電源內阻不計。則: = R/-2R G mV圖8-1R1如果待測電表的內阻比較小,電源內阻就不能忽略,此時可心采取圖8-1的電路,調節(jié)R使毫伏表讀數(shù)不變,調整半偏時,就對R1和R協(xié)同調整。如果R<<Rg,且電源內阻不能忽略,那么電路圖中的毫安表可以省略。如圖8-2所示。V圖710、利用電壓表的一種半偏法實驗?,F(xiàn)有一量程

9、為3V的電壓表,內阻約為3k。為了較準確地測量其內阻,在沒有電流表的情況下,某同學設計了如圖7所示,按此電路可以測出電壓表的內電阻。其中R是最大阻值為9999的電阻,R是最大阻值為20的滑動變阻器。根據(jù)電路圖,按順序寫出本實驗的主要操作步驟。11、如圖9所示是另一種半偏法的電路,寫出實驗步驟和說明兩個電阻箱的功能。圖9-1mA圖9電路中變阻器選什么樣的電阻器?變阻器選多大阻值的電阻箱?哪個電阻箱用精度為0.1歐的較好?這樣測出的表頭內電阻是偏大還是偏小?為什么?為什么在>>(=100)的情況下,半偏法測量表頭內電阻才誤差較小? 如果干路中增加一只毫安表(如圖9-1所示),在實驗中反

10、復調整的阻值,使毫安表讀數(shù)維持不變,并使待測電表示數(shù)半偏,就不需要滿足上述>>的條件。EAR1R2 K2K1圖1010 12、電路圖中E為電源,其電動勢為E,R1為滑動變阻器,R2為電阻箱,A為電流表。用此電路,經以下步驟可近似測得A的內阻RA:閉合K1,斷開K2,調節(jié)R1,使電流表讀數(shù)等于其量程I0;保持R1不變,閉合K2,調節(jié)R2,使電流表讀數(shù)等于I0/2,然后讀出R2的值,取RA=R2。圖11按照電路圖在右邊實物圖所給出的實物圖中畫出連接導線。 真實值與測得值之差除以真實值叫做測量結果的相對誤差,即,試導出它與電源電動勢E、電流表量程I0及電流表內阻RA的關系式。 若已知I0

11、=10mA,真實值RA約為30,要想使測量結果的相對誤差不大于5%,電源電動勢最小應為多少伏? 13、一塊電流表G的內電阻約為2.5 ,現(xiàn)要測量它的內電阻,提供的器材有:A.待測電流表 G (量程300 A)B.電阻箱 R (09999 )C.滑動變阻器 R (050 1 A)D.滑動變阻器 R (01 0.5 A)E.電源 (6 內阻不計)F.開關 SG.導線若干 (1)滑動變阻器應選用 (填序號).(2)請你設計測量電流表G的內電阻的實驗電路并畫出電路圖.(要求方法簡捷,將圖畫在虛線框內).14、現(xiàn)有一只電阻箱、一個開關、若干導線和一只電流表,該電流表表頭上有刻度但無刻度值,請設計一個能測

12、定其電源內阻的實驗方案.(已知電流表內阻很小,電流表量程符合要求,電源內阻約為幾歐).要求:(1)畫出實驗電路圖.(2)簡要寫出完成接線后的實驗步驟.(3)寫出用測得的量計算電源內阻的表達式:r= . AR2R1K2K1E圖1215、把電流表改裝為電壓表的實驗中,分3個主要步驟,實驗中給出的器材有:電流表(量程0-100A)標準伏特表(量程0-5V)電阻箱(0-9999)電阻箱(0-99999)電源(電動勢2V,有內阻)電源(電動勢6V,有內阻)滑動變阻器(0-50,額定電流1.5A)電鍵兩只,導線若干。 首先要用半偏法測定電流表的內阻。如果采用圖12所示的電路測定電流表A的內電阻并且要想得到

13、較高的精確度,那么從以上給出的器材中,可變電阻R1應選用_,可變電阻R2應選用_,電源E應選用_。 該步實驗操作的步驟有:A.合上K1 B.合上K2 C.觀察R1的阻值是否最大,如果不是,將R1的阻值調至最大 D.調節(jié)R1的阻值,使電流表指針偏轉到滿刻度 E.調節(jié)R2的阻值,使電流表指針偏轉到滿刻度的一半 F.記下R2的阻值。 把以上步驟的字母代號按實驗的合理順序填寫在下面橫線上空白處:_;_;_;_;_;_。 如果在步驟F中所得的R2的阻值為600則圖1中被測電流表的內阻Rg的測量值為_。 16、如圖8所示的電路圖,電源內阻不計,怎樣用電阻箱和電流表測量未知電阻?需要測幾組數(shù)據(jù)?如果電源和電

14、池的內電阻不能忽略時,能否測出待測電阻的阻值?如果再給一個滑行變阻器呢?17、有一只電壓表,量程已知,內阻為另有一電池(電動勢未知,但不超過電壓表量程,內阻可以忽略),還有一個開關和一些導線設計出測量某待測電阻(接近)的實驗方法,畫出電路圖,測量什么數(shù)據(jù)?計算式是怎樣的?18、要比較準確地測量一個電阻RX的阻值(大約幾十歐姆),提供下列器材:一個內阻為500k的電壓表,其表面上有刻度但無刻度值;一個直流電源,電動勢比電壓表的量程略小,其內阻可忽略不計;0-50的滑動變阻器一個,開關一個,導線若干。(1) 畫出電路圖(2) 寫出實驗步驟(3) 寫出測量值表達式 。19、量程為3V的電壓表,代號為

15、V,其內阻大約為3k?,F(xiàn)要求測出電表的內阻的精確值。實驗室中可提供的器材有:取值范圍為0.19999.9的電阻箱,代號為Ra,在本實驗中通過電阻箱的電流不會超過所允許的最大電流;最大阻值為1000、最大電流為0.A的變阻器,代號為Rb;開路電壓約為5V,內阻可以忽略不計的電源,代號為E;電鍵,代號為S;供連接用的導線若干條。(1) 設計一個易于操作的測量電路,要求畫出電路圖;(2) 寫出主要實驗步驟;(3) 寫出測量電壓表的內阻的表達式。20、有一電源,內阻較大,但不知其阻值,有兩電壓表V1和V2,已知V1表的量程大于電源電動勢,而V2表的量程卻比電源電動勢稍小,但不知兩電表的內阻大小。要求用

16、這兩只電壓表、若干導線、開關組成電路測量出此電源的電動勢。(1) 畫出實驗電路圖(2) 簡述測量的方法及最終測量的表達式。21、現(xiàn)有一個阻值為R0的定值電阻、一個電鍵、若干導線的一只電壓表,該電壓表表盤上有刻度但無刻度值,要求設計一個能測定電源內電阻的實驗(已知電壓表的內電阻很大,電壓表的量程大于電源的電動勢,電源的內電阻約為幾歐)。要求:(1) 畫出電路圖(2) 簡要寫出實驗步驟(3) 寫出測量電源內電阻的表達式。22、現(xiàn)有一個內電阻不計的恒壓電源。但電壓未知,一只已知阻值為R的電阻。一只阻值未知的電阻RX,一只內電阻可忽略不計的電流表,其量程條例要求,以及電鍵、導線等。用來測量RX接在恒壓

17、電源上時消耗的電功率PX,畫出測量電路圖,寫出主要實驗步驟,以及PX表達式。23、從下列實驗器材中選出適當?shù)钠鞑?,設計測量電路來測量兩個電流表的內電阻,要求方法簡捷,有盡可能高的測量精度。(A) 待測電流表A1,量程50mA,內電阻約為幾十歐姆(B) 待測電流表A2,量程30mA,內電阻約為幾十歐姆(C) 電壓表V,量程15V,內電阻r=15K(D) 電阻箱R1,阻值范圍09999.9。(E) 電阻箱R2,阻值范圍099.9。(F) 滑動變阻器R3,阻值0150,額定電流1.5A(G) 滑動變阻器R4,阻值020,額定電流2A(H) 電阻R0,阻值是40,功率是0.5W(作保護電阻用)(I) 電池組,電動勢為12V,內電阻約0.5。此外還有單刀單擲開關、單刀雙鄭開關和導線若干,供需要選用。(1) 設計一個測量電路,畫出電路圖。(2) 選出必要的實驗器材。(3) 說明實驗需要測量的物理量,并列出計算兩個電流表內電阻的計算式。24、現(xiàn)有下列器材:電阻箱R(符號 ),電流表(符號為 ),電鍵S(符號為 ),導線若干,一節(jié)舊的干電池(符號為 )要求用以上器材設計一電路測量干電池的電動勢

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