处理电学设计性实验的思路与方法

必考部分第七章恒定电流微专题七处理电学设计性实验的思路与方法第七章恒定电流电学设计性实验能有效地考查学生的实验技能和创造性思维能力，在高考中的考查频率很高．不少学生面对这类题感到无从下手．实际上，只要能掌握实验的基本知识和主要思想方法，明确设计电路的原则，问题便可迎刃而解．第七章恒定电流一、熟练掌握实验的基本知识1．基本仪器的使用和操作刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、打点计时器、电流表、电压表、多用电表等，都是基本的测量仪器，要熟练掌握它们的使用方法、操作规程、读数规则，在高考前要系统地练习、实际测量．特别是电学实验中的基本仪器，如电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器等，每年必考，不仅要明确其构造、原理，会读数，还要明确量程的选取规则，正确进行实物连线．2．深刻理解实验原理实验原理是实验的核心，实验方法、实验步骤、仪器的选择、数据的处理等一切与实验相关的问题都是依据实验原理而来的．把握住实验原理，许多问题就会迎刃而解．第七章恒定电流[典例1]测量电压表内阻的电路如图甲所示，供选择的器材如下：①待测电压表V(0～3V，内阻约3000Ω)；②电流表A(0～10mA，内阻约100Ω)；③定值电阻R1(400Ω);④定值电阻R2(100Ω)；⑤滑动变阻器R3(0～1000Ω)；⑥滑动变阻器R4(0～20Ω)；⑦干电池(1.5V)；⑧开关S及导线若干．第七章恒定电流(1)定值电阻应选________，滑动变阻器应选________．(填写序号)(2)在图乙中连接实物图．乙第七章恒定电流(3)补全实验步骤：①按电路原理图连接实物电路，________________________________________________________________________；②闭合开关S，移动滑片至某一位置，记录电压表V的读数U，电流表A的读数I；③__________________________________________________；④以U为纵坐标，I为横坐标，作出相应图线，如图丙所示．(4)根据U－I图线的斜率k及定值电阻，写出待测电压表内阻的表达式：___________________________________.第七章恒定电流[解析](1)电流表A满偏时电流为10mA，电压表V满偏时电流约为1mA，故为了更好地匹配两个电表的示数同时达到适当的偏转角度，应使用定值电阻分流约9mA，根据并联电阻的分流规律可知，定值电阻的阻值为10003Ω，即选用R1＝400Ω的定值电阻③；滑动变阻器是分压式接法，应选用阻值较小的滑动变阻器，方便调节，即选用⑥.第七章恒定电流(2)直接根据电路图连接实物图，如图所示．第七章恒定电流(3)①实验前要保护电路，故将滑动变阻器的滑片移至最左端；③为了得到多组数据，应多次移动滑片，记录下相应的读数U、I.(4)电压表中通过的电流为I－UR，电压表的内阻为r1＝UI－UR1，U－I图线的斜率为k，即UI＝k，则电压表的内阻r1＝kR1R1－k.[答案](1)③⑥(2)如解析图所示(3)①将滑片移至最左端③多次移动滑片，记录相应的读数U、I(4)r1＝kR1R1－k第七章恒定电流名师归纳点题破疑1．此题的目的是测电压表内阻，和一般电阻不同之处是电压表可自报电压，所以只需测得或求出通过电压表电流即可．2．分析电路图可知，电流表读数不是通过电压表电流，而是通过电压表电流与通过定值电阻电流之和，所以RV＝UI－UR，此为测量原理．3．因为变阻器用分压电路，考虑到调节的方便性，需选择小电阻；为使两电表能同步偏转到最大值，可计算出定值电阻，选用R1.第七章恒定电流二、明确设计电路的原则设计电路一般应遵循“安全性”原则、“精确性、方便性”原则，兼顾“运用仪器少、耗电少”等三条原则．1．安全性原则选用仪器组成电路，首先要保证实验正常进行．例如通过电流表的电流和加在电压表上的电压均不得超过其量程，滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流(额定功率)等，使实验安全进行．第七章恒定电流2．精确性原则“精确”是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差，提高精确度．例如所用电流表、电压表的指针应有较大的偏转，一般应使指针偏转在满刻度的1/3以上，以减小因读数引起的偶然误差．3．方便性原则“方便”是指实验中便于调节控制，便于读数．例如应根据电路可能出现的电流、电压范围选择滑动变阻器．对大阻值的滑动变阻器，如果滑片稍有移动就使电路中的电流、电压有很大变化，则不宜采用．第七章恒定电流[典例2]一微安表的刻度盘只标注了表示量程Ig＝100μA的刻度线，尚未标注其他刻度线，请用下列全部器材测量微安表的内阻．待测微安表：内阻Rg约为2kΩ毫伏表：量程250mV，最小分度5mV，内阻约为1kΩ滑动变阻器R1：0～50Ω滑动变阻器R2：0～3kΩ直流电源E：电动势E＝1.5V，内阻r约为1Ω开关S，导线若干第七章恒定电流(1)在如图所示的实验电路原理图上标明所选用的滑动变阻器．(2)下面是主要的实验操作步骤，将所缺的内容填写在横线上．第一步：断开S，按电路原理图连接器材，将两个滑动变阻器R1、R2的触头分别置于合理的位置；第二步：闭合S，分别调节R1和R2的触头至适当位置，____________________________________________________.(3)用已知量和测得量的符号表示微安表的内阻Rg＝______.第七章恒定电流[解析](1)微安表内阻比较大，因而最大阻值较小的滑动变阻器采用分压式接法，从而粗调电压；而最大阻值较大的滑动变阻器采用限流式接法，从而微调电压．电路图如图所示．(2)因要使用微安表的刻度，故必须使微安表满偏，记下此时毫伏表的示数．(3)根据欧姆定律可知，微安表的内阻Rg＝UIg.[答案](1)如解析图所示(2)使微安表满偏，记下这时毫伏表的示数U(3)UIg第七章恒定电流名师归纳点题破疑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．第七章恒定电流2．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．第七章恒定电流三、掌握实验的主要思想方法1．等效法等效法也是物理实验的主要思想方法．例如：验证力的平行四边形定则的实验中，用合力与分力效果相同来检验定则是否成立；在测量微小长度的仪器中，螺旋测微器利用等效的思想把微小的直线位移转化为角位移并在较大的圆周上对其进行显示等．2．累积法(放大法)把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，提高测量精度．累积法是物理中的一种重要思想方法，它能把不可能的测量变成可能，同时提高测量精度．第七章恒定电流3．控制变量法所谓控制变量法，就是在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制，使其中的一些条件按照特定的要求发生或不发生变化．4．留迹法把瞬息即逝的现象(位置、轨迹、图象)记录下来，以便从容地测量、比较、研究的方法．第七章恒定电流[典例3](2012·广东理综)某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻．(1)分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图(a)和(b)所示，长度为________cm，直径为________mm.第七章恒定电流(2)按图(c)连接电路后，实验操作如下．(a)将滑动变阻器R1的阻值置于最________(填“大”或“小”)处；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0.(b)将电阻箱R2的阻值调至最________(填“大”或“小”)，S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1280Ω.(3)由此可知，圆柱体的电阻为________Ω.第七章恒定电流[解析](1)长度l＝5.0cm＋1×110mm＝5.01cm；直径d＝5mm＋31.5×0.550mm＝5.315mm.(2)(a)为保护电路使电路中电流不会超出电流表量程，应将滑动变阻器接入电路的阻值置于最大处．(b)为使电路中电流较小，使电流表示数逐渐变大，电阻箱阻值也应先调至最大．第七章恒定电流(3)将S1闭合S2拨向接点1时，其等效电路图如图甲所示．当S2拨向2时，其等效电路图如图乙所示．由闭合电路欧姆定律知I＝ER1＋R＋r.当I相同均为I0时，R2＝R圆柱体，所以R圆柱体＝1280Ω.[答案](1)5.015.315(2)大大(3)1280第七章恒定电流若一个未知电阻在电路中所产生的效果与一个已知电阻相同，则可认为这两个电阻的阻值相等．替代法的测量思路是等效的思想，常见的等效替代有两种：+名师归纳点题破疑图1(1)等效电流法：如图1所示，闭合开关S1，再把开关S2拨向a，记下此时电流表的读数I，然后再把开关S2拨向b，调节电阻箱，使电流表的读数也为I，那么此时电阻箱的读数就是待测电阻的阻值．第七章恒定电流(2)等效电压法：如图2所示，闭合开关S1，再把开关S2拨向a，记下此时电压表的读数，然后再把开关S2拨向b，调节电阻箱，使电压表的读数与原来的读数相同，那么此时电阻箱的读数就是待测电阻的阻值．图2第七章恒定电流新题快递点击按扭进入WORD文档作业谢谢大家