大纲地区2014届高三物理复习能力提升：第10章 专题8 电学设计性

专题八 电学设计性实验的处理

考纲解读1.掌握设计创新型实验的一般方法.2.能根据题目给的实验目的、器材，设计出合理的实验方案、实验步骤及数据处理的方法．

考点一 设计性实验的答题思路与方法

1．明确实验目的．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． 2．广泛联系、寻找原型、确定实验原理．

3．根据实验原理与实验器材，迁移实验方法，确定实验方案． 4．实验电路的选择 (1)

(2)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1甲为限流式，图乙为分压式．

图1

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远大于滑动变阻器总电阻R，需用分压式电路．

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，需用分压式电路． ③负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻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，因为限流式接法消耗的的总功率较小．

例1 中国机器人农民发明家吴玉禄(被誉为中国的特斯拉)只有小学文化，为了给他的机器人吴老二找一个可充电电池，他在废品站找到了一个像电池一样有两个电极的装置，上面标有“TNT”字样，他高兴地拿回去充电，结果差点丢了性命．如果你是他的儿女，为了安全起见，你能给他提出一些建议或帮助吗？

(1)经上网查找这是只工业电雷管，由电能转化成热能而引发爆炸的，利用了电流的热效应．给你一个多用电表你会选择________(直流电流、直流电压、电阻)挡来判断它是否为电池，可保证既安全又方便．

(2)经核实该电雷管全电阻阻值为6 Ω，其中电热丝阻值为5 Ω，引脚线长2 m，阻值为 1 Ω，当通以0.45 A电流时约6 s钟爆炸，若吴玉禄用5.4 V的电压给它充电时理论上约________s钟爆炸．

(3)某兴趣小组发扬吴玉禄精神，用伏安法设计了一实验精确测量上述单只电雷管电阻的电路，准备了以下实验器材：

待测电雷管Rx，炸药桶(保护作用，防爆破) 电流表A1：量程0.5 A、内阻约0.5 Ω 电流表A2：量程30 mA、内阻约30 Ω 电压表V1：量程30 V、内阻约10 kΩ 电压表V2：量程2 V、内阻约3 kΩ 滑动变阻器R：0～10 Ω 电阻箱R0：0～999.9 Ω，0.1 A

干电池E：电动势E＝1.5 V，内阻r约0.1 Ω 电键S及导线若干

①请设计一个较合理的电路原理图，画在规定的虚线框内，要求通过电雷管的电流不超

过27 mA，电压能从零调节，尽可能减小误差．

②写出Rx的计算公式Rx＝________；说明公式中各物理量的意义：___________________ ________________________________________________________________________. 解析 (1)由直流电压挡的内阻较大，如是电池，能显示电压，电流较小；如是TNT，直流电压挡不会给它供电，也是安全的；如用电阻挡测试，多用电表内部电池会给TNT供电，可能有危险；所以应选直流电压挡． U2(2)由焦耳定律：I1Rt1＝()2Rt′，解得t′＝1.5 s.

R总

(3)①由于要求电雷管的电流不超过27 mA，因此电流表应选A2， 且应给待测电雷管串联电阻箱作限流电阻．电压表V1量程过大， 应选V2，且电流表应外接，滑动变阻器应用分压式．电路图如 图所示．

U

②由欧姆定律知Rx－R0.其中，U为电压表示数，I为电流表示数，R0为电阻箱读数．

IU

答案 (1)直流电压 (2)1.5 (3)①见解析图 ②R0 U为电压表示数，I为电流表示

I数，R0为电阻箱读数

实验设计流程

例2 在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V,2.5 W”的小电珠、导线和开关外，还有：

A．直流电源(电动势约为5 V，内阻可不计) B．直流电流表(量程0～3 A，内阻约为0.1 Ω) C．直流电流表(量程0～600 mA，内阻约为5 Ω) D．直流电压表(量程0～15 V，内阻约为15 kΩ) E．直流电压表(量程0～5 V，内阻约为10 kΩ)

F．滑动变阻器(最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为

2 A)

G．滑动变阻器(最大阻值1 kΩ，允许通过的最大电流为0.5 A) 实验要求小电珠两端的电压从零开始变化并能测多组数据．

(1)实验中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________(均用序号字母表示)．

(2)请按要求将图2中所示的器材连成实验电路．

图2

(3)某同学通过实验正确作出的小电珠的伏安特性曲线如图3所示．现把实验中使用的小电珠接到如图4所示的电路中，其中电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，定值电阻R＝9 Ω，此时电珠的实际功率为________W．(结果保留两位有效数字

)

图

3

图4

P

解析 (1)由电珠标识(5 V,2.5 W)知，I＝0.5 A，因此电流表选C，电压表选E.由于电

U路接成分压式，滑动变阻器选F. (2)如图所示

E

(3)把定值电阻作为电源的内阻，则该电源短路时的电流为Imax＝＝0.6 A，在题图中

R＋r的U－I图中，作出此电源的U－I图线如图中虚线所示

两图线交点即表示该电珠的实际工作点．由图知

U＝2.2 V，I＝0.38 A，所以P＝UI＝2.2×0.38 W＝0.84 W. 答案 (1)C E F (2)见解析图 (3)0.84(0.81～0.87)皆可

考点二 实验方法及数据处理方法的迁移运用 1．实验方法迁移

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、可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U

安法测电阻，R＝

I2．实验数据的迁移

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．

例3 常用的电流表有内阻，现要测量电流表G1的内阻r1，电路如图5所示．供选择的仪器如下：

图5

A．待测电流表G1(0～5 mA，内阻约300 Ω) B．电流表G2(0～10 mA，内阻约100 Ω) C．定值电阻R1(30 Ω) D．定值电阻R2(300 Ω) E．定值电阻R3(3 kΩ) F．滑动变阻器R4(0～20 Ω) G．电源(电动势6.0 V，内阻不计) H．开关S及导线若干

(1)电路中与电流表G1并联的电阻应选________，保护电阻应选用________(请填写器材前的字母序号)．

(2)根据电路图在图6中连接实物图，要求闭合开关前滑动变阻器的滑动触头P处于正确位置．

图6

(3)补全实验步骤： ①按电路图连接电路；

②闭合开关S，移动滑动触头P至某一位置，记录G1、G2的读数I1、I2；

③________________________________________________________________________； ④以I1为纵轴，I2为横轴，作出相应图象如图7所示．

图7

(4)根据I1－I2图线的斜率k及定值电阻，写出电流表G1内阻的表达式r1＝________. 解析 (1)由于G2的量程为0～10 mA，而G1的量程为0～5 mA，则与G1并联的电阻分流大约是0～5 mA，应与G1的内阻相当，因此应选R2， …… 此处隐藏：5393字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……