2012年高三物理电学实验复习

电路设计原理贝鸿1．进行实验设计的总体原则（1）精确性：在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案．（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高．（3）可操作性：实验应便于操作和读数，便于进行数据处理．2．实验设计的基本思路实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤．而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件．实验器材明确目的确定原理待测物理量数据处理误差分析实验步骤实验原理举例伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：（1）电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻VAVA实验原理举例伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：（2）两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻A2A1V1V2实验原理举例伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：（3）两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻RA1A2V2V1R伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻除伏安法外，还常用替代法、半偏法和闭合电路欧姆定律（计算法）（4）替代法实验原理举例G2R21V2R21SSG2V1实验原理举例伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：（5）半偏法GR2S2R1S1R1SVR2实验原理举例伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：（6）闭合电路欧姆定律（计算法）电源(内阻不计),电压表,变阻箱,单刀双掷开关VS2REr1电源内阻不计3．电学实验的器材选择和电路设计（1）电路结构完整的实验电路包括三个部分：①测量电路，②控制电路（变阻器、开关），③电源．（2）思路测量电路器材选择配置控制电路电路选择控制调节举例说明3．电学实验的器材选择和电路设计（3）方法(控制电路设计方法)分压、限流电路选择在下列情况下应选择分压电路（1）实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化。（2）限流不能保证安全，即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流．常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况．3．电学实验的器材选择和电路设计（3）方法(控制电路设计方法)分压、限流电路选择（3）限流能保证安全，但变阻器调节过程中，电表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要求．常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况．在限流、分压两种电路都满足实验要求时，由于限流电路结构简单，损耗的电功率小，应优先选用．3．电学实验的器材选择和电路设计（3）方法(控制电路设计方法)滑动变阻器的粗调和微调．在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反．在选择电阻时有还需注意电阻的额定电压、额定功率或额定电流3．电学实验的器材选择和电路设计（3）方法（电表的选择）电表选择：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程．例:电源E=6vRx约15Ω变阻器R=150ΩA13A;A20.6A;A350mA【例1】用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：待测电阻Rx（阻值约为25kΩ）电流表A1：（量程100μA，内阻2kΩ）电流表A2：（量程500μA，内阻300Ω）电压表V1：（量程10V，内阻100kΩ）电流表V2：（量程50V，内阻500kΩ）电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）滑动变阻器R：（最大阻值1kΩ）电键S为了尽量减小实验误差，要求测多组数据．（1）电流表应选_________，电压表应选______（2）画出实验电路图．·测量电路与器材选择从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理．注意到电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电压表V1的量程较接近，若选用电压表V2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的1/3，读数时偶然误差太大，所以选用V1较恰当；而此时通过电流表的最大电流，因此，电流表A2与V1配置较好．控制电路选择电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑．若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20kΩ，远大于滑动变阻器的总电阻（1kΩ），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5V，阻值应调到10kΩ，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制【例1】用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：待测电阻Rx（阻值约为25kΩ）电流表A1：（量程100μA，内阻2kΩ）电流表A2：（量程500μA，内阻300Ω）电压表V1：（量程10V，内阻100kΩ）电流表V2：（量程50V，内阻500kΩ）电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）滑动变阻器R：（最大阻值1kΩ）电键S为了尽量减小实验误差，要求测多组数据．（1）电流表应选_________，电压表应选______（2）画出实验电路图．A2V1【例2】用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900～1000Ω）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500Ω；滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；单刀单掷开关S，导线若干．·（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中的相应的英文字母标注）．本题主要考查电阻测量的原理、电路设计、实物连线等知识，测试设计简单实验方案的能力．①对于内阻已知的电压表，可作电流表使用．使用电表时，必须考虑电表间的量程配置，本题要求电压表读数不小于量程的，因此，电压表V2与V1的位置不能互换．②进行实物连线时，应注意以下几个问题：a．直流电表的正、负接线柱（正接线柱应连接在电路电势高端，负接线柱应连接在电路电势低端）；b．电表的内外接法；c．滑动变阻器的接法（限流或分压，接通电路后，应使电表读数最小）；d．开关的连接（应在干路上，闭合前电表读数为零）．