高中物理知識全解615電學(xué)實驗的創(chuàng)新設(shè)計

1、高中物理知識全解 6.15 電學(xué)實驗的創(chuàng)新設(shè)計一、設(shè)計型實驗的設(shè)計原則和思路設(shè)計原則1、科學(xué)性：設(shè)計的方案應(yīng)有科學(xué)的依據(jù)及正確的方法。2、安全性：按設(shè)計方案實施時，應(yīng)安全可靠，不會損壞器材。例：選用電壓表或電流表時其量程不能小于被測電壓或電流的最小值；設(shè)計方案時，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，供電電路設(shè)計成分壓式，有時甚至還應(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，在確保安全性的前提下應(yīng)選擇較小的量程，測量時指針應(yīng)至少偏轉(zhuǎn)到滿刻度的1/3以上；針對實驗中可能出現(xiàn)的因操作而帶來的

2、偶然誤差，往往多次重復(fù)實驗，獲取多組實驗數(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，在滿足實驗條件的情況下可設(shè)計成替代法或半偏法；設(shè)計供電電路時，如果限流式和分壓式均可，則應(yīng)設(shè)計成限流式。設(shè)計思路設(shè)計類實驗屬實驗知識的運(yùn)用類，題在書本外，理在書本內(nèi)。在熟練掌握書本基礎(chǔ)實驗的基本原理和實驗技能、技巧的基礎(chǔ)上，認(rèn)真審題，尋找實驗原理，設(shè)計出最優(yōu)方案。流程如下：實驗?zāi)康暮蛯嶒炂鞑膶嶒炘黼娐穲D實驗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)計電路時并非一定要把所有的儀器都用上，只要科學(xué)合理即可?！纠}】一個標(biāo)有“3.8 V,0.3 A

3、”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)小組在實驗室研究這一問題，現(xiàn)實驗室備有以下實驗器材：器材名稱代號參 數(shù)電池組E電動勢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 滑動變阻器R1010，額定電流2 A滑動變阻器R20100 ，額定電流0.5 A固定電阻R05 ，額定電流5 A開關(guān)S一個導(dǎo)線M若干實驗時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四個電路，其中可選用的電路有_(2

4、)在實驗中，應(yīng)當(dāng)選用的實驗器材有電壓表_，電流表_，滑動變阻器_(填器材名稱代號)(3)該小組某同學(xué)通過實驗描繪出小燈泡的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A和B的電阻值分別為_、_.注意：設(shè)計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，實驗室提供了如下器材：A.電源E 電動勢3V，內(nèi)阻不計； 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

5、干(1)試設(shè)計出測量電路（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，I2=300A，待測阻值Rx= （保留小數(shù)點后1位數(shù)字）二、測量電阻的幾種常用設(shè)計方案注意：設(shè)計測量電阻的電路實驗時，是以基礎(chǔ)實驗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)為了描繪一個標(biāo)有“12 V,6 W”的小燈泡的伏安特性曲線，他到實驗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

6、(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滑動變阻器R3(050 ，額定電流為1.5 A)； f滑動變阻器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)計本實驗(1)畫出實驗原理圖；(2)以上器材中電阻箱應(yīng)選用_，滑動變阻器應(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，具有一定內(nèi)

7、阻，電動勢約為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的一種實驗電路原理圖(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

8、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、實驗原理：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，故閉合后保持滑動變阻器R不動，調(diào)節(jié)電阻箱使G表半偏時的干路電路>,所以G表半偏時，實際上流過電阻箱的電流會大于流過G表的電流，所以實際上此時電阻箱的阻值<G表內(nèi)阻即：注意：用此半偏法測某一電流表G的內(nèi)阻時，為了減小誤差，應(yīng)使滑動變阻器的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于G表的內(nèi)阻，同時應(yīng)選用電動勢較大的電源。2、半偏法測V表的內(nèi)阻I、實驗原理：II、誤差分析：假設(shè)V表的滿偏電壓為，則斷開后，并聯(lián)總電阻，故斷開后保持滑動變阻器R不動，調(diào)節(jié)電阻箱使V表半偏時的并聯(lián)電壓>,所以U表半偏時，實際上在電阻箱兩端的電壓會大于V表兩端的電壓，所以實際上此時電阻箱的阻值>V表內(nèi)阻，即：注意：用此半偏法測某一電壓表