小专题复习课(四)电学设计性实验的三个选择

(四)电学设计性实验的三个选择纵观近几年的高考试题，电学设计性实验具有如下特点：1.由于涉及实验器材的选择、实验电路的设计、实验步骤的安排、实验数据的处理方法、误差的分析及对实验的总结和评价、实验原理的再认识和加工、实验方案的确定等方面，所以这类题目是高考的热点.2.与非实验知识相比较，电学设计性实验思维方法具有隐藏性、灵动性等特点.虽然大多数考生掌握了必备的实验方法,但由于这类题目综合性较强,考生得分率很低.要解答好电学设计性实验，需做好三个选择：1.实验器材的选择选择电学实验器材主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器材，一般要考虑四方面因素:(1)安全因素：通过电源、电阻和电表的电流不能超过其允许的最大电流.(2)误差因素：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时，其指针应偏转到满偏刻度的1/3以上；使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位.(3)便于操作：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节.在调节滑动变阻器时，应使其大部分电阻线都用到.(4)实验实际：除以上三个因素外，还应注重实验实际，如所用电源与打点计时器的匹配问题等.2.测量电路的选择电压表和电流表连入电路可以有两种方法：一种是如图甲所示的电路,叫做“电流表外接法”；另一种是如图乙所示的电路,叫做“电流表内接法”.为了减小误差，常用以下三种方法来判定电流表的连接是选内接法还是外接法.(1)直接比较法：当Rx》RA用内接法，当Rx《RA用外接法.(2)临界值计算法：当时，即Rx为大电阻，应该用电流表内接法，此时测量值比真实值略大;当时，即Rx为小电阻，应该用电流表外接法，此时测量值比真实值略小；当时，电流表内外接法均可.可将规律简单总结为“大内大，小外小”.xAVRRRxAVRRRxAVRRR(3)试测判断法：当Rx、RA、RV电阻阻值都不清楚时可采用此法，电路图如图所示：设开关S接a、b时，电流表示数分别为Ia、Ib，电压表的示数为Ua、Ub.当时，选用“内接法”；当时，选用“外接法”.ababaaIIUU||IU＞ababaaIIUU||IU＜3.控制电路的选择控制电路即滑动变阻器在电路中的连接，常有两种不同的形式，图甲为限流式，图乙为分压式.在具体实验中，滑动变阻器是采用分压式还是限流式，可按以下标准进行判断：(1)负载电阻的阻值Rx远大于变阻器总电阻R，须用分压式电路.(2)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调，须用分压式电路.(3)负载电阻的阻值Rx小于变阻器的总电阻R或相差不多，并且电压、电流表示数变化不要求从零起调，可采用限流式.(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法总功率较小.(5)特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及允许通过的最大电流值来反复推敲.1.(实验器材的选择)在测量金属丝的电阻率的实验中：(1)如图所示,用螺旋测微器测金属丝的直径为______mm.(2)已知电阻丝的电阻约为10Ω,现备有下列器材供测量该电阻丝的电阻时选用，应选用的器材有________(只填代号).A.量程是0～0.6A,内阻是0.5Ω的电流表；B.量程是0～3A，内阻是0.1Ω的电流表；C.量程是0～3V，内阻是6kΩ的电压表；D.量程是0～15V，内阻是30kΩ的电压表；E.阻值为0～1kΩ，额定电流为0.5A的滑动变阻器；F.阻值为0～20Ω，额定电流为2A的滑动变阻器；G.蓄电池(6V)；H.开关一个，导线若干.【解析】(1)读数：该金属丝的直径为0.350mm.(2)仪器的选择：①选电源：题目中只给了一个直流电源G，所以G应选.②选电流表：电源选定后可估算总电流，不连入滑动变阻器，干路电流最大值若选电流表B，0.6A没有超过其量程1/3，读数误差较大，而电流表A更合适.max6VI0.6A.10③选电压表:若选电压表C，量程为3V，则干路电流要被控制在0.3A以下,由以上所选电流表为A,指针偏转可达到满刻度的一半.若选电压表D，虽然电压表指针能达到满刻度1/3～2/3，满足实验器材选择的要求，但用15V量程时，精确度太低，为了实现电压表和电流表精确度的匹配，应选用电压表C而不选电压表D.④选滑动变阻器：由于电阻丝阻值为10Ω，为了在3V、0.3A以下范围内调节滑动变阻器，读取几组测量值，滑动变阻器应选0～20Ω为宜，所以应选F.故选用器材为A、C、F、G、H.答案:(1)0.350(2)A、C、F、G、H2.(测量电路的选择)某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他先将电压表接在b点，读得两表示数分别为U1=3.0V，I1=3.0mA，然后将电压表改接在a点，读得两表示数分别为U2=2.9V，I2=4.0mA，如图所示，由此可知电压表应接到______点误差较小，测得Rx值就为____Ω.【解析】两种接法中两表示数变化分别为：ΔU=|U1-U2|=|3.0-2.9|V=0.1V，ΔI=|I1-I2|=|3.0-4.0|mA=1.0mA则显然，电流表示数变化较电压表示数变化明显，这说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法，即电压表接b点.答案:b100011U0.11I1.01U330I33，1x31U3.0VR1000I3.010A3.(控制电路的选择)在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯泡为“6V，3W”，其他选择的器材有：A.电压表V1(量程6V，内阻20kΩ)；B.电压表V2(量程20V，内阻60kΩ)；C.电流表A1(量程3A，内阻0.2Ω)；D.电流表A2(量程0.6A，内阻1Ω)；E.滑动变阻器R1(0～1000Ω，0.5A)；F.滑动变阻器R2(0～20Ω，2A)；G.学生电源E(6～8V)；H.开关S及导线若干.实验中要求电压在0～6V范围内,读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流I，以便作出伏安特性曲线，在上述器材中，电流表应选用______，滑动变阻器应选用_______.画出实验原理图.【解析】(1)确定电压表、电流表、滑动变阻器.小灯泡“6V，3W”额定电压为6V，额定电流为0.5A，即允许通过小灯泡的电流最大不超过0.5A，最大电压不超过6V.依据选择电压表和电流表的安全精确原则，电流表应选A2，电压表应选V1.小灯泡正常工作时电阻为滑动变阻器选择依据安全方便的原则，故应选用R2.(2)确定电流表内外接法临界阻值因为R灯R，故电流表应外接.22U6R12.P3灯VARRR200001141.4(3)确定滑动变阻器选用限流式还是分压式因为要求多测几组数据，故负载上电流、电压变化范围较大，故采用分压式.实验原理图如图：完成电路设计实验，只有遵循以上三个原则，才能使实验效果更明显，误差更小.答案:DF电路图见解析