新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法

1、 電學(xué)實驗設(shè)計題能有效地考查學(xué)生的實驗技能和創(chuàng)造性思維能力，在高考中的考查頻率很高。不少學(xué)生面對這類題感到無從下手。實際上，只要做到“三個明確”“兩個選擇”，問題便可迎刃而解。 一、明確題目的要求 解答一道電學(xué)實驗設(shè)計題，首先要認真審清題意，看清題目的要求。即要看清題目要求測定什么物理量，驗證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設(shè)計達到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路等。對實驗的目的要求明確了，才能保證解題思路正確、明朗，方法對頭。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 二、明確實驗設(shè)計的原理 測量電路、控制電路、實驗儀器的選擇，實驗方法、步驟的確定，數(shù)據(jù)處理、誤差分析等問題，都是

2、從實驗原理派生出來的，只有明確實驗原理，其他問題才可得以解決。如果設(shè)計測定型實驗，應(yīng)弄清待測物理量可通過哪些規(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，用何種方法測定相關(guān)量，進而得出待求量。如果設(shè)計驗證型實驗，應(yīng)弄清在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，何種定量關(guān)系成立，才能使待驗證的結(jié)論成立。對于設(shè)計符合一定標(biāo)準(zhǔn)的電路問題，則應(yīng)根據(jù)實驗的要求和相關(guān)物理規(guī)律，器材的規(guī)格、性能等，合理選擇、連接電路。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 三、明確設(shè)計電路的原則 設(shè)計電路一般應(yīng)遵循“安全性”原則、“精確性、方便性”原則，兼顧“運用儀器少，耗電少”等三條原

3、則。 (1)安全性原則 選用儀器組成電路，首先要保證實驗正常進行。例如通過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不得超過其量程，滑動變阻器、被測電阻不得超過其額定電流(額定功率)等，使實驗安全進行。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (2)精確性、方便性原則 “精確”是指選用儀器組成實驗電路時要盡可能減小測量誤差，提高精確度。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1/3以上，以減小因讀數(shù)引起的偶然誤差。 “方便”是指實驗中便于調(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、電壓范圍選擇滑動變阻器。對大阻值的滑動變阻器，如果

4、滑片稍有移動就使電路中的電流、電壓有很大變化，則不宜采用。對于滑動變阻器，還要權(quán)衡用分壓式電路還是限流式電路。對于什么條件下用分壓式電路，什么條件下用限流式電路，在下面的“選擇控制電路”中有詳細講述。 新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (3)運用儀器少，耗電少原則 在達到實驗?zāi)康?，各項指?biāo)均符合要求的前提下，還應(yīng)注意運用的儀器盡量少和節(jié)約電能。例如控制電路有限流式與分壓式兩種調(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、選擇測量電路 1用伏安法測電阻或用電器的電功率時電流表內(nèi)接或外接的選擇新課標(biāo)高考物

5、理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (2)若已知電流表內(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”。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。實驗中讀出電表的示數(shù)后，根據(jù)已知電表的內(nèi)阻進行數(shù)據(jù)處理，可以消除電表內(nèi)阻影響造成的系統(tǒng)誤差。若不定量計算由電表內(nèi)阻影響造成的系統(tǒng)誤差，則應(yīng)按(1)確定連接方式。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 典例1圖71甲、乙是兩組同樣的實驗器材實物圖，用來測量待測電阻R的阻值，每組器材中包括：電池、滑動變阻器、電壓表、電

6、流表、待測電阻R、開關(guān)，若干導(dǎo)線(圖中未標(biāo)出)。圖71新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (1)如果待測電阻R的阻值比電壓表的內(nèi)阻不是小很多，但待測電阻R的阻值比電流表的內(nèi)阻大很多，試在圖71甲中連線，使之成為測量電路；如果待測電阻R的阻值比電流表的內(nèi)阻不是大很多，但待測電阻R的阻值比電壓表的內(nèi)阻小很多，試在圖71乙中連線，使之成為測量電路。 (2)如果已知上述電壓表的內(nèi)阻為RV和電流表的內(nèi)阻為RA，要求盡可能多測幾組數(shù)據(jù)，對圖71甲和圖乙連成的測量電路，分別寫出計算待測電阻的表達式(用測得的量和給出的電表內(nèi)阻來表示)。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七

7、章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 解析用伏安法測電阻是一種基本測量方法，其原理是歐姆定律。為了減小測量的系統(tǒng)誤差，要注意電流表內(nèi)接法和外接法的選擇。圖72新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (1)當(dāng)待測電阻R的阻值比電流表的內(nèi)阻大很多時，應(yīng)采用電流表內(nèi)接法，實物連接如圖72甲所示?；瑒幼冏杵鲬?yīng)采用分壓式接法，以增加可調(diào)范圍，多測幾組I、U值，從而得出電阻的多個測量值，再求出平均值，以減小偶然誤差。 當(dāng)待測電阻R的阻值比電壓表的內(nèi)阻小很多時，應(yīng)采用電流表外接法，實物連接如圖乙所示?；瑒幼冏杵饕膊捎梅謮菏浇臃?。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章

8、熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法答案見解析新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法圖73圖74新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (2)儀器選擇 用電流表的滿偏電流乘以內(nèi)阻確定電壓表的量程。若沒有合適的電壓表，可采用已知內(nèi)阻的電流表代替(安安法)或采用定值電阻乘以通過的電流計算出電壓。 用電壓表的量程除以內(nèi)阻確定電流表的量程。若沒有合適的電流表，可采用已知內(nèi)阻的電壓表代替(伏伏法)或采用定值電阻分流確定通過電壓表的電流。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 典例2某電

9、流表的內(nèi)阻在0.10.2 之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，可選用的器材如下： A待測電流表A1(量程0.6 A) B電壓表V1(量程3 V，內(nèi)阻約2 k) C滑動變阻器R1(最大電阻10 )新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 D定值電阻R2(阻值5 ) E電源E(電動勢4 V) F開關(guān)S及導(dǎo)線若干 (1)在虛線框中畫出實驗電路圖； (2)若測得電壓表V1的讀數(shù)為U，電流表A1的讀數(shù)為I，則電流表A1內(nèi)阻的表達式為RA1_。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法圖75新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題

10、的解答思路與方法 3用伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻，電流表兩種接法的選擇 用伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻有如圖76甲、乙所示兩種接法。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：圖76新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 若考慮電壓表內(nèi)阻RV、電流表內(nèi)阻RA的影響，用圖6甲接法測量時有 r測rRV/(RVr) E測RVE/(RVr) 可見內(nèi)阻的測量值r測小于真實值r，絕對誤差為|r|rr測r2/(RVr) 相對誤差為|r|/rr/(RVr) 電動勢的測量值E測小于真實值E，絕對誤差為|E|EE測rE/(RVr) 相對誤差為|E|/Er/(RVr)新課標(biāo)

11、高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 從以上分析可以看出，用圖76甲電路測量，電動勢與內(nèi)阻的測量值均小于真實值，相對誤差的大小取決于電壓表的內(nèi)阻，與電流表的內(nèi)阻無關(guān)。 對于用圖76乙電路測量，作類似分析可知，r測RAr，E測E?？梢妰?nèi)阻的測量值偏大，絕對誤差為|r|r測rRA，相對誤差為|r|/rRA/r?？梢娪脠D乙電路測量，電動勢的測量值與真實值相同，不產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。內(nèi)阻的測量值偏大，其大小取決于電流表的內(nèi)阻RA，與RV無關(guān)。所以：新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (1)若電源內(nèi)阻較小(與電流表的內(nèi)阻相近)應(yīng)選用圖

12、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。 應(yīng)該指出的是，在中學(xué)物理實驗中，一般是測量干電池的電動勢和內(nèi)阻。若用圖乙電路測量，雖然電動勢不產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，但電流表內(nèi)阻RA往往與電池內(nèi)阻r相差不大，所以測內(nèi)阻的相對誤差會很大。用圖甲電路測量，雖然電動勢和內(nèi)阻都有相對誤差，但RV遠大于r的條件很易得到滿足，電動勢和內(nèi)阻的相對誤差都很小，所以在中學(xué)物理實驗中，一般都采用圖甲電路測量干電池的電動勢和內(nèi)阻。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (2)若已知電壓表內(nèi)阻，而不知電流表內(nèi)阻，應(yīng)采用圖甲電路，以消除RV帶來的系統(tǒng)誤差。 (3)若已知電流表內(nèi)

13、阻，而不知電壓表內(nèi)阻，應(yīng)采用圖乙電路，以消除RA帶來的系統(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RA、RV帶來的系統(tǒng)誤差。若不定量考慮電表內(nèi)阻的影響，則應(yīng)按(1)選擇接法。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 典例3在做“測干電池的電動勢和內(nèi)阻”的實驗中，備有下列器材供選用： A干電池一節(jié)(電動勢約為1.5 V) B直流電流表(量程00.6 A3 A,0.6 A擋內(nèi)阻為0.10 ，3 A擋內(nèi)阻為0.025 ) C直流電壓表(量程03 V15 V,3 V擋內(nèi)阻為5 k，15 V擋內(nèi)阻為25 k) D滑動變阻器

14、(阻值范圍015 ，允許最大電流為1 A) E滑動變阻器(阻值范圍01 000 ，允許最大電流為0.5 A)新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法F電鍵G導(dǎo)線若干H電池夾圖77新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (1)將選定的器材按實驗要求的電路(系統(tǒng)誤差較小)，在如圖77所示的實物圖上連線。 (2)根據(jù)實驗記錄，畫出的UI圖象如圖78所示，可知待測電池的內(nèi)阻為_ 。 (3)按本實驗要求的電路測出的E測_E真，r測_r真。(填“大于”“小于”或“等于”)圖78新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)

15、計題的解答思路與方法 解析(1)連接圖如圖79所示。此問涉及三點：儀器的選擇，應(yīng)選A、B(00.6 A)、C(03 V)、D、F、G、H。電路設(shè)計，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(0.6 A擋)的內(nèi)阻相近，應(yīng)采用電流表外接法(相對于電源而言)。連接實物圖，要按設(shè)計的電路順序連線。圖79新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法答案(1)如圖79所示(2)1(3)小于小于新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 五、選擇控制電路 對滑動變阻器的兩種接法兩種控制電路的比較與選擇歸納如下表。EIL限流式電路消耗

16、的總功率負載RL上的電流調(diào)節(jié)范圍負載RL上的電壓調(diào)節(jié)范圍電路圖新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法分壓式電路的電壓、電流調(diào)節(jié)范圍大，但電路消耗的功率較大比較E(ILIaP)0ULE分壓式電路消耗的總功率負載RL上的電流調(diào)節(jié)范圍負載RL上的電壓調(diào)節(jié)范圍電路圖新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 滑動變阻器以何種方式接入電路中，應(yīng)遵循安全性、精確性、方便性、節(jié)能性的原則，綜合考慮，靈活選用。在下列三種情況下必須采用分壓式接法： (1)要求通過被控制部分的電流或電壓實現(xiàn)從零開始調(diào)節(jié)(例如測定導(dǎo)體的伏安特性，從零刻度開始校

17、對改裝后的電表等)，即大范圍測量時，必須采用分壓式接法。 (2)當(dāng)用電器的電阻RL遠大于滑動變阻器的電阻R0，且實驗要求電壓變化范圍較大(或要求測量多組數(shù)據(jù))時，必須采用分壓式接法。 (3)若采用限流式接法，電路中的實際電壓(或電流)的最小值仍超過RL的額定電壓(或電流)時，只能采用分壓式接法。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 在下列三種情況下可采用限流式接法： (1)測量時電路中的電流、電壓沒有從零開始調(diào)節(jié)的要求，只是小范圍的測量，且RL與R0接近，或RL略小于R0時，采用限流式接法。 (2)電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式

18、接法的要求時，采用限流式接法。 (3)沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析，兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素，采用限流式接法。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 典例4有一電阻Rx，其阻值在100200 之間，額定功率為0.25 W，現(xiàn)用伏安法較準(zhǔn)確地測量它的電阻值，實驗室中備有下表中所列器材：開關(guān)及導(dǎo)線電動勢12 VE直流電源阻值范圍020 R滑動變阻器量程010 V，內(nèi)阻為20 kV2電壓表量程05 V，內(nèi)阻為10 kV1電壓表量程03 mA，內(nèi)阻為0.001 A2電流表量程050 mA，內(nèi)阻為20 A1電流表規(guī)格代號器材新課標(biāo)高考物

19、理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法 (1)為了保護被測電阻不被燒壞，實驗中電阻兩端的電壓應(yīng)控制在_ V以下，電壓表應(yīng)選_。 (2)為了保護被測電阻，通過它的電流應(yīng)控制在_ A以下，電流表應(yīng)選_。 (3)根據(jù)題意畫出實驗電路圖。 解析待測電阻的阻值范圍較大，在100200 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。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法圖710新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法答案(1)5V1(2)0.035A1(3)如圖710所示新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)

20、習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法專題練習(xí)1(2013濟南模擬)為了測量某待測電阻Rx的阻值(約為30 )。有以下一些器材可供選擇：電流表：A1(量程050 mA，內(nèi)阻約10 ) A2(量程03 A，內(nèi)阻約0.12 )電壓表：V1(量程03 V，內(nèi)阻很大) V2(量程015 V，內(nèi)阻很大)電源E(電動勢約為3 V，內(nèi)阻約為0.2 )新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法定值電阻R(20 ，允許最大電流1.0 A)滑動變阻器R1(010 ，允許最大電流2.0 A)滑動變阻器R2(01 k，允許最大電流0.5 A)單刀單擲開關(guān)S一個，導(dǎo)線若

21、干新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法(1)電流表應(yīng)選_，電壓表應(yīng)選_，滑動變阻器應(yīng)選_(填字母代號)。(2)請在方框中畫出測量電阻Rx的實驗電路圖(要求所測量值范圍盡可能大)。(3)某次測量中，電壓表示數(shù)為U時，電流表示數(shù)為I，則計算待測電阻阻值的表達式為Rx_。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法解析：(1)首先，選取唯一性器材：電源E(電動勢約為3 V、內(nèi)阻約為0.2 )，定值電阻R(20 ，允許最大電流1.0 A)，單刀單擲開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干。電源電動勢約為3 V，所以電壓表選擇V1(量程03 V，內(nèi)阻很

22、大)；待測電阻Rx的阻值約為30 ，流過Rx最大電流為3 V/30 0.1 A100 mA，如果電流表選擇A2(量程03 A，內(nèi)阻約0.12 )，指針偏轉(zhuǎn)很小，測量不準(zhǔn)確，所以只能選擇A1(量程050 mA，內(nèi)阻約10 )；滑動變阻器R2的全值電阻太大，操作不便，所以滑動變阻器應(yīng)選R1(010 、允許最大電流2.0 A)。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法(2)因為實驗要求所測量值范圍盡可能大，所以滑動變阻器R1要采用分壓接法；因為待測電阻Rx的阻值遠小于電壓表內(nèi)阻，所以電流表要外接；為了使流過電流表的電流不超過其最大量程即50 mA，應(yīng)與待測電阻串聯(lián)

23、一個定值電阻R起保護電路。實驗原理圖如圖所示。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法2某待測電阻Rx的阻值約為20 ，實驗室提供如下器材：A電流表A1(量程150 mA，內(nèi)阻r110 )；B電流表A2(量程20 mA，內(nèi)阻r230 )；C定值電阻R010 ；D滑動變阻器R，最大阻值為10 ；E電源E，電動勢為4 V(內(nèi)阻不計)；F開關(guān)S及導(dǎo)線若干。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法(2)實驗時電流表A1的讀數(shù)為I1，電流表A2的讀數(shù)為I2，用已知量和測得的物理量表示Rx，則Rx_。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章

24、熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法3要測量電壓表V1的內(nèi)阻RV，其量程為2 V，內(nèi)阻約為2 k。實驗室提供的器材有：電流表A，量程0.6 A，內(nèi)阻約0.1 ；電壓表V2，量程5 V，內(nèi)阻5 k；定值電阻R1，阻值30 ；定值電阻R2，阻值3 k；滑動變阻器R3，最大阻值100 ，額定電流1.5 A；電源E，電動勢6 V，內(nèi)阻約0.5 ；開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干。新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件第七章熱點專題課四電學(xué)實驗設(shè)計題的解答思路與方法(1)有人擬將待測電壓表V1和電流表A串聯(lián)接入電壓合適的測量電路中，測出V1的電壓和電流，再計算出RV。該方案實際上不可行，其最主要的原因是_；(2)請從上述器材中選擇必要的器材