高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的解答思路與方法

1、精品文檔！值得擁有!2012高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的解答思路與方法電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題能有效地考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)造性思維能力，在高考中的 考查頻率很高一不少學(xué)生面對(duì)這類(lèi)題感到無(wú)從下手 實(shí)際上，只要做到三個(gè)明確晨 "兩個(gè)選擇二問(wèn)題便可迎刃而解一、明確題目的要求解答一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,首先要認(rèn)真審清題意，看清題目的要求一即要看清題 目要求測(cè)定什么物理量，驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設(shè)計(jì)達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電 路等,對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的要求明確了，才能保證解題思路正確、明朗，方法對(duì)頭，二J月確實(shí)瞼設(shè)計(jì)的原理測(cè)量電路、控制電路、實(shí)驗(yàn)儀器的選擇.實(shí)驗(yàn)方法、步程的確定，數(shù)據(jù)處理、誤差分 析等問(wèn)題，都是從實(shí)驗(yàn)

2、原理派生出來(lái)的，只有明確實(shí)驗(yàn)原理，其他問(wèn)題才可得以解決 如果設(shè)計(jì)測(cè)定型實(shí)驗(yàn)，應(yīng)弄清待測(cè)物理量可通過(guò)哪些規(guī)律、公式求得，與哪些物理量 有直接聯(lián)系，可用哪些物理量定量地表示,用何種方法測(cè)定相關(guān)量，進(jìn)而得出待求量. 如果設(shè)計(jì)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，應(yīng)弄清在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，何種定量關(guān)系成立.才能使待驗(yàn) 證的結(jié)論成立 對(duì)于設(shè)計(jì)符合一定標(biāo)準(zhǔn)的電路問(wèn)題，則應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求和相關(guān)物理 規(guī)律，器材的規(guī)格、性能等，合理選擇、連接電路三、明確設(shè)計(jì)電路的原則設(shè)計(jì)電路一般應(yīng)遵循"安全性M原則精確性、方便性"原則,兼顧”運(yùn)用儀器少, 耗電少”等三條原則，Q）安全性原則選用儀器組成電路,首先要保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行，例

3、如通過(guò)電流表的電流和加在電 壓表上的電壓均不得超過(guò)其量程，滑動(dòng)變阻器、破測(cè)電阻不得超過(guò)其額定電流（額定 功率）等r使實(shí)驗(yàn)安全進(jìn)行.）精確性、方便性原則"精確r是指選用儀器組成實(shí)騏電路時(shí)要盡可能減小測(cè)量誤差，溟高精確度一例 如所用電流表、電壓表的指針應(yīng)有較大的偏轉(zhuǎn)，一般應(yīng)使指針偏轉(zhuǎn)在滿刻度的3/3以 上，以臧小因讀數(shù)引起的偶然誤差一"方便”是指實(shí)驗(yàn)中便于調(diào)節(jié)控制，便于讀數(shù)例如應(yīng)根據(jù)電路可能出現(xiàn)的電流、 電壓范圍選擇滑動(dòng)變阻器.對(duì)大阻值的滑動(dòng)變阻器，如果滑片稍有移動(dòng)就使電路中的 電流、電原有很大變化，則不宜采用.對(duì)于滑動(dòng)變阻器，還要權(quán)衡用分正式電路還是限 流式電路一對(duì)于什么條件

4、下用分壓式電路，什么條件下用限流式電路，在下面的“選擇 控制電路"中有詳細(xì)講述.（葡運(yùn)用儀器少，耗電少原則在達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模黜?xiàng)指標(biāo)均符合要求的前提下，還應(yīng)注意運(yùn)用的儀器盡量少和 節(jié)約電器例如控制電路有限流式與分壓式蔭種調(diào)節(jié)電路.若這兩種調(diào)節(jié)電路均能滿 足要求,從消耗功率小，節(jié)約電能的角度，則應(yīng)選用限流式電路四、選擇測(cè)量電路.用伏安法泅電阻或用電器的電功率時(shí)電流表內(nèi)接或外接的選擇U）若被測(cè)電阻或用電器電阻為大電阻，應(yīng)選用“電流表內(nèi)接法"；若被測(cè)電阻或 用電器電阻為小電阻，應(yīng)選用“電流表外接法二當(dāng)被測(cè)電阻人 > （此乩尸.：時(shí)，尤為 大電阻;當(dāng)被測(cè)電阻凡 < （/凡

5、）6時(shí)我為小電阻.調(diào)研（2）若已阻1電流表內(nèi)阻，而不知電壓表內(nèi)阻，應(yīng)采用“電流表內(nèi)接法“：若已知電 壓表內(nèi)阻,而不知電流表內(nèi)阻，應(yīng)采用.電流表外接法二若電流表內(nèi)阻、電壓表內(nèi)阻 均為已知，采用內(nèi)接、外接均可一注意實(shí)驗(yàn)中讀出電表的示數(shù)后.應(yīng)根據(jù)已知電表的內(nèi) 阻進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以消除電表內(nèi)阻晶響造成的系統(tǒng)謖差,若不定審計(jì)算由電表內(nèi)阻影 嘀造成的系統(tǒng)誤差，則應(yīng)按（I）確定連接方式，圖甲、乙是兩組同樣的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，用來(lái)測(cè)量待測(cè)電阻H的阻值，每組器材中包括：電池、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、待測(cè)電阻上開(kāi)關(guān).若干導(dǎo)線（圖中未標(biāo)出）.圖甲圖乙珍貴文檔！值得收藏!（I）如果待測(cè)電陰田的阻值比電壓表的內(nèi)阻不是小

6、很多，但待測(cè)電阻比的阻值 比電流表的內(nèi)阻大很多，試在圖甲中連線，使之成為測(cè)量電路；如果待測(cè)電阻正的阻 值比電流表的內(nèi)阻不是大很多，但待測(cè)電阻汽的阻值比電壓表的內(nèi)阻小很多，試在圖 乙中連線，使之成為測(cè)量電路（?）如果已知上述電壓表的內(nèi)阻為以和電流表的內(nèi)阻為片要求盡可能多測(cè)幾 組數(shù)據(jù)，對(duì)圖甲和圖乙連成的測(cè)輻電路,分別寫(xiě)出計(jì)算待測(cè)電阻的表達(dá)式（用測(cè)得的 量和給出的電表內(nèi)阻來(lái)表示）一圖丙圖丁【分析】 用伏安法測(cè)電阻是一種基本測(cè)量方法,其原理是歐姆定律 為了減小測(cè)量的系統(tǒng)誤差，要注意電流表內(nèi)接法和外接法的選擇，（I）當(dāng)待測(cè)電阻R的限值比電流表的內(nèi)阻大很多時(shí),應(yīng)采用電流表內(nèi)接法，實(shí)物 連接如圖丙所示 滑勘

7、變阻器應(yīng)采用分壓式接法,以增加可調(diào)范圍f多測(cè)幾組fJ值, 從而得出電阻的多個(gè)測(cè)量值，再求出平均值.以減小偶然誤差一當(dāng)待測(cè)電阻火的阻值比電壓表的內(nèi)阻小很多時(shí),應(yīng)采用電流表外接法，實(shí)物連接 如圖丁所示滑動(dòng)變阻器也采用分壓式接法，（二）用圖丙測(cè)量時(shí)小=一=二0；用圖丁測(cè)量時(shí)小=二=_尸【答案】見(jiàn)分析工用伏安法測(cè)電源電動(dòng)騁和內(nèi)阻，電流表兩種接法的選擇用伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻有如圖甲、乙所示兩種接法一根據(jù)閉合電路的歐姆 定律列方程分析求解，可得下面的結(jié)論：電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的解答思路與方法 逾睡I<Y>若考慮電壓表內(nèi)阻公、電流表內(nèi)阻心的影響，用圖甲接法測(cè)量時(shí)有r刪+r）£器=/fv&

8、#163;/+ r）可見(jiàn)內(nèi)阻的測(cè)量值3小于真實(shí)值r.絕對(duì)誤差為1*1二-萬(wàn)=r/（A +r）相對(duì)誤差為I dr I 二”（* r）電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值“森小于直實(shí)值匕絕對(duì)誤差為口出=/： /倒-/*/+ r）相對(duì)誤差為I= r/（% +r）從以上分析可以看出，用圖甲電路測(cè)量，電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)附的測(cè)量值均小于真實(shí)值, 相對(duì)誤差的大小取決于電壓表的內(nèi)阻，與電流表的內(nèi)阻無(wú)美.對(duì)于用圖乙電路測(cè)量.作類(lèi)似分析可知= % +"和二區(qū)可見(jiàn)內(nèi)阻的刷量值 偏大,絕對(duì)誤差為INI二fT二心，相對(duì)誤差為1"1分二/匚可見(jiàn)用圖乙電路測(cè)展，電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值與真實(shí)值相同，不產(chǎn)生系統(tǒng)誤差.內(nèi)阻的測(cè)量值偏大，其大小取決

9、 于電流表的內(nèi)阻也，與/無(wú)美.所以:（|）若電源內(nèi)阻較小（與電流表的內(nèi)阻相近）應(yīng)選用圖甲電路：若電源內(nèi)阻很大 （與電壓表的內(nèi)阻相近）應(yīng)選用圖乙電路一應(yīng)該指出的是，在中學(xué)物理實(shí)臉中，一般是測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻若用圖 乙電路測(cè)量，雖然電動(dòng)勢(shì)不產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，但電流表內(nèi)阻A往往與電池內(nèi)阻相差 不大，所以測(cè)內(nèi)阻的相對(duì)誤差會(huì)很大用圖甲電路測(cè)量，雖然電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻都有相對(duì) 誤差.但小遠(yuǎn)大于的條件很易得到滿足，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的相對(duì)誤差都很小，所以在 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，一般都果用圖甲電路測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，（2）若已知電壓表內(nèi)阻，而不知電流表內(nèi)限，應(yīng)采用圖甲電路，以消除以帶來(lái)的 系統(tǒng)誤差.若已知電流表內(nèi)阻，

10、而不知電壓表內(nèi)阻,應(yīng)采用圖乙電路，以消除也帶來(lái)的 系統(tǒng)誤差.（4）電流表內(nèi)阻、電壓表內(nèi)阻均為已知，原則上甲、乙兩種接法均可用.但應(yīng)注意 消除心、其帶來(lái)的系統(tǒng)誤塞若不定量考慮電表內(nèi)阻的影響則應(yīng)按（】）選擇接法.唯曲“ 在做”側(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)瞼中，備有下列器材供選用：圖甲、干電池一節(jié)（電動(dòng)靜約為L(zhǎng) 5 ）；E,直流電流表（量程口 0. b * e? ,0, 6 擋內(nèi)阻為化I。4L3 襠內(nèi)阻為也025 口）：C,直流電壓表（量程小。3 15 T小擋內(nèi)阻為5 kU5 V擋內(nèi)阻為巾14!）；IL滑動(dòng)變阻器（阻值范圍允許最大電流為1 A）；匚滑動(dòng)變阻器（阻值范圍DT 0000允許最大電流為出5

11、 A）；V.電震；C*導(dǎo)線若干；II.電池夾一將選定的器材按實(shí)聆要求的電路（系統(tǒng)誤差較小），在如圖甲所示的實(shí)物圖 上連線一佇）根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄,畫(huà)出的I /圖像如圖乙所示，可知待測(cè)電池的內(nèi)阻為n.（葡按本實(shí)驗(yàn)要求的電路測(cè)出的41t/"制小（填"大于"、 "小于"或“等于"）圖內(nèi)【分析】 m連接圖加圍丙所示一此間涉及三點(diǎn)：】?jī)x器的選擇，應(yīng)選 khs- Ii.fi KcG）- ? ）、1«、凡 士電踏設(shè)計(jì).要求系統(tǒng)誤差較小，因干電池的內(nèi)阻很 小.與直流電流表* I擋）的內(nèi)陽(yáng)相近,成果用電凝囊外接法相對(duì)于電源而言） 一 .4連接實(shí)物圖

12、要按設(shè)計(jì)的電路順序連線.口）將圖線延長(zhǎng)知底=1一5 % .與橫軸的交點(diǎn)電流7 5二/ J：卜 尸 =1丘江（3）按本實(shí)驗(yàn)要求的電路測(cè)出的也鼻 小于,日，相 小于，骨【答案】 。）如圖丙所示 （2）I 。）小于；小于五、選擇控制電路對(duì)滑動(dòng)變咀器的兩種接法 兩種控制電路的比較與選擇歸納如下表.電路圖比或Fij上的 由壓調(diào)節(jié)"范圍負(fù)載2上的電就調(diào)節(jié)范圍電略消耗的總功率限流式(LF"I119-敘曲電圖內(nèi)o%-、一月/口幸鼠ttf *凡”明分壓式*i !£化班電源內(nèi)由）O W 13 W £FE(4 +G比較分壓式電路的電壓一電流調(diào)節(jié)范圍大.但電£8消耗的

13、功率較大，滑前變陽(yáng)器以何種方式接入電踣中.應(yīng)遵循安全性、精確性、方便性、節(jié)能性的原 則，綏舍考慮.靈活選用一在下列三種情況下必須采用分壓式接法：（I）要求通過(guò)被控制部分的電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開(kāi)始調(diào)節(jié)（例如測(cè)J定導(dǎo)體的伏 安特性.從零刻度開(kāi)始校對(duì)改裝后的電表等"即大死圍測(cè)量時(shí)，必頊來(lái)用分壓式接法口）當(dāng)用電器的電阻也遠(yuǎn)大干滑動(dòng)變阻器的電阻心，且實(shí)驗(yàn)要求電壓變化范圍 較大（或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)）時(shí).必須果用分正式接法.6）若采用限流式接法，電路中的實(shí)際電壓（或電流）的最小值仍超過(guò)%的額定 電壓（或電流）時(shí)，只能果用分壓式接法.在下列三種情況下可采用限流式接法：。）測(cè)量時(shí)電路中的電流、電壓沒(méi)有從

14、零開(kāi)始調(diào)節(jié)的要求，只是小范圍的測(cè)量.且 心與倘接近，或俏略小于此時(shí),梟用限流式接送.仁）電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的頷定電流太小，不能滿足分壓式接法的要 求時(shí).果用限流式接法，C）沒(méi)有很高的要求.僅從安全性和精確性角度分析.兩者均可采用時(shí),可考慮安 裝簡(jiǎn)便和節(jié)能因素，采用限流式接法，二簿*1 有一電阻此，其阻值在i（Xl!i之間.額定功率為。.25現(xiàn)用伏安法較準(zhǔn)確地測(cè)量它的電阻值,賣(mài)騙室中備有下表中所列器材：器材代號(hào)規(guī)格電流表AI蚩程。-50 mA,內(nèi)阻為2。ft電流表V景程U-3 HL心內(nèi)殂為g001 口電壓表/量程0 -5 V；內(nèi)陰為10 kD電壓表%量程0*附V,內(nèi)陽(yáng)力20 k1i滑動(dòng)變阻器R阻值范困。-20 Q直流電源E電前勢(shì)12 V開(kāi)美及導(dǎo)線（I）為了保護(hù)被測(cè)電阻不被燒壞.實(shí)眼中電阻兩端的電壓應(yīng)控制在以下，電壓表應(yīng)選.（2）為了保護(hù)被測(cè)電阻，通過(guò)它的電流應(yīng)控制在 A以下，電流表應(yīng)選 （3）根據(jù)題意畫(huà)出實(shí)臉電路圖，【分析】 待測(cè)電阻的阻值范圍較大，在100 20（）£!之間，又有功率限制，應(yīng)據(jù)功 率、電阻的大小范圍估算電流、電壓.控制電流取最小值為。.035