专题 电学设计性实验

第七章恒定电流专题七电学设计性实验专题七电学设计性实验考点一设计性实验的解题思路与方法1．明确实验目的认真审清题意，看清题目的要求．即审题时要看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或者要求设计达到何种标准的电路等．2．明确实验原理解决设计型实验题的关键在于选择实验原理．如果实验需要测定某些电学量，应弄清待测物理量可通过哪些规律、公式求得，与哪些物理量有直接联系，可用哪些物理量定量地表示，用何种方法测定相关量，进而得出待求量．课堂探究专题七电学设计性实验3．正确地选择实验电路(1)控制电路的选择滑动变阻器选用限流式接法或分压式接法的依据：①负载电阻两端的电压要求变化范围较大，且从零开始连续可调，应选分压电路．②若负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器总阻值R，应选分压电路．③若负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器总阻值R或相差不多，且没有要求电压从零可调，应选限流电路．④两种电路均可时，限流电路优先，因为限流电路消耗的总功率小．⑤特殊问题要具体问题具体分析．课堂探究专题七电学设计性实验(2)测量电路的选择对伏安法测电阻，应根据待测电阻的大小选择电流表的不同接法．图1①阻值判断法当RV≫Rx时，采用电流表“外接法”，如图1甲所示；当Rx≫RA时，采用电流表“内接法”，如图乙所示．课堂探究专题七电学设计性实验②倍率比较法a．当RVRx＝RxRA，即Rx＝RV·RA时，既可选择电流表“内接法”，也可选择电流表“外接法”．b．当RVRxRxRA即RxRV·RA时，采用电流表外接法；c．当RVRxRxRA即RxRV·RA时，采用电流表内接法．③试触法(如图2所示)ΔUU与ΔII比较大小：a．若ΔUUΔII，则选择电流表外接法；b．若ΔIIΔUU，则选择电流表内接法．课堂探究图2专题七电学设计性实验【例1】有一额定电压为10V、额定功率在10W～15W之间的用电器，小李同学想测定它的额定功率．实验室的工作人员提供了以下实验器材供其选用：A．直流电源E一个(电动势为15V，内阻不计)B．直流电压表V一个(量程为0～3V，内阻为2kΩ)C．直流电流表A一个(双量程0～0．6A～3A，内阻约为20Ω和4Ω)D．滑动变阻器一个：R阻(规格0～5Ω、3．8A)E．定值电阻三个：R1＝2kΩ，R2＝4kΩ，R3＝6kΩF．单刀单掷开关1个，导线若干根(1)小李同学研究以后发现，电压表量程不能满足实验要求．为完成测量，他将电压表进行了改装：在电压表V上串联一个定值电阻，利用分压关系，以满足电表偏转的要求．在三个给定的定值电阻中应选用________．(填写所用器材的符号)R3解析(1)用电器的额定电压为10V，所以电压表的量程至少应为10V，假设改装后的电压表的量程为10V，则有U0RV＝URx＋RV，解得Rx＝4．67kΩ，所以应选用R3，此时改装后的电压表量程为12V．课堂探究专题七电学设计性实验(2)改装后的电压表用表示，选好器材后，他设计了三个实验电路图，如图3甲所示．根据实验的要求，电路________较为合理．(3)若该用电器正常工作时，电流表的指针如图乙所示，则它的额定功率为________W(保留两位有效数字)B12课堂探究图3解析(2)用电器的电阻值约为R＝U2P＝10Ω．由于滑动变阻器的电阻R阻R，所以滑动变阻器应采用分压式接法．又因为RRV·RA，故应采用电流表外接法．所以电路B能较准确地完成该实验．甲乙(3)由题图乙可知，电流表的示数为I＝1．20A，所以用电器的功率为P＝UI＝10×1．20W＝12W专题七电学设计性实验考点二实验方法及数据处理方法的迁移应用1．实验方法的迁移基本的实验方法包括：实验原理的设计方法、实验误差的控制方法和实验数据的处理方法，将基本的实验方法和物理原理合理迁移，可设计出测量不同的物理量、探究不同问题的实验方案．教材中所学过的物理规律、物理公式中只要含有某一物理量，则该规律、公式就可作为研究或测定该物理量的原理基础而进行相应的实验方法设计．如用伏安法测电阻，R＝UI，也可迁移到测电压表内阻和电流表内阻上去．课堂探究2．缺少电压表、电流表或电表量程不够的处理方法在电学实验中，有时实验器材中有两只电压表没有电流表，有时有两只电流表而没有电压表，遇到这类问题时可将电流表作为电压表用或将电压表作为电流表用，但要注意量程是否合适，必要时需进行改装，扩大量程．专题七电学设计性实验3．实验数据处理方法的应用与创新数据探究性实验的主要功能是通过实验提供的数据信息，分析各数据中的内在联系，找出数据中所包含的物理规律．常用的数据处理方法(如平均值法、图象法、逐差法、比较法等)和误差分析方法应该掌握．对于用图象法处理实验数据，一定要明确纵轴、横轴所表示的物理量，正确地进行描点连线，然后根据物理规律列出与该图线对应的方程式；若题目不需要利用斜率和截距进行求解(或题目没有给出斜率和截距的大小)，可在直线图象中找出两个点的坐标代入方程，组成方程组进行求解．若题目给出了斜率和截距的大小，须将方程化简成y＝kx＋b的形式求解．课堂探究专题七电学设计性实验【例2】待测电阻Rx的阻值约为20Ω,现要测量其阻值,实验室提供器材如下：A．电流表A1(量程150mA，内阻约为10Ω)B．电流表A2(量程20mA，内阻r2＝30Ω)C．电压表V(量程15V，内阻约为3000Ω)D．定值电阻R0＝100ΩE．滑动变阻器R1，最大阻值为5Ω，额定电流为1．0AF．滑动变阻器R2，最大阻值为5Ω，额定电流为0．5AG．电源E，电动势为4V(内阻不计)H．电键S及导线若干(1)为了使电表调节范围较大，测量准确，测量时电表读数不得小于其量程的13，请从所给的器材中选择合适的实验器材______________(均用器材前对应的序号字母填写)；ABDEGH课堂探究专题七电学设计性实验(2)根据你选择的实验器材，请你在虚线框内画出测量Rx的最佳实验电路图并标明元件符号；(3)待测电阻的表达式为Rx＝____________．式中各符号的物理意义为____________________________________．I2R0＋r2I1－I2I1、I2分别为电流表A1和A2的示数课堂探究专题七电学设计性实验【例3】某课题研究小组，选用下列器材测定某型号手机所用锂电池的电动势E和内阻r．(电动势约为4V，内阻在几欧到几十欧之间)A．电压表(量程6V，内阻约为6．0kΩ)B．电流表(量程2mA，内阻约为50Ω)C．电阻箱R(0～999．9Ω)D．开关S一只、导线若干(1)某同学从上述器材中选取了电流表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，你认为可行吗？请说明理由：_________________________________________________________________________________________．将电流表、电阻箱串联在锂电池上，估算通过电路的最小电流大于2mA．故该同学的设计不可行课堂探究专题七电学设计性实验(2)今用上述器材中的电压表和电阻箱测锂电池的电动势和内阻，请在虚线框中画出实验电路图．(3)用(2)中实验电路测得的8组U、R数据，已在1U－1R坐标系中描出了各点，如图4所示，请在图中作出1U－1R图线．根据图线求得E＝________V，r＝________Ω．(保留两位有效数字)根据I＝ER＋r，U＝E－Ir推出1U＝1E＋rE·1R由此可知图线的截距为电动势的倒数，斜率为内阻和电动势的比值，由此可得出E＝3．6V，r＝9．9Ω．3.69.9详细解析课堂探究图4