高中物理：提高《电路实验》能力的方法探.doc

高中物理：提高电路实验能力的方法探讨一、实验能力解读理科综合物理部分考核目标与能力要求的实验能力内容是 能独立地完成表1、表2中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价； 能发现问题、提出问题，并制定解决问题的方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。解读：依据“原理”破“实验”依据“实验”找“原理”二、命题趋势近几年，高考实验题发生了明显的变化，已跳出了课本分组实验的范围，不仅延伸到演示实验中，而且出现了设计型实验。在上海的高考试题中，设计型实验具有很好的测试效果。全国的高考试题中对实验的考查也在逐步转向设计型的实验，它必将是今后高考物理实验命题的热点。由于考查环节和要求的不同，题型也不尽相同，但较多的是选择、填空、作图题。三、知识概要1设计原则（1）正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流。（3）方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。（4）精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。2设计思路实验设计可用下面的框图表示题目要求和给出的条件演示和分组实验的实验原理物理规律和原理基本仪器的使用知识需测物理量和所需器材实验步骤数据处理实验原理解决设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量那些物理量、如何安排实验步骤、如何处理数据等。实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核对是否能够测出必须测定的物理量。因此，掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础。四、电路实验破解方略1、落实“三基”（1）基本仪器的特征和使用如：电流表、电压表、多用电表、电阻、电阻箱、滑动变阻器、电池、蓄电池、电容器、电感器、尺、温度计等。（2）两种基本“供电”方式例1如图所示，输入电压恒为U0，滑动变阻器的总电阻为R0，用电器电阻为R图（1）为限流式接法，图（2）为分压式接法（1）在虚线框内画出原理图，并用导线连接实物图（2）写出两种接法中，电阻R上的电压变化范围的表达式？（3）若R=10R0，两种接法中，电阻R上的电压变化范围是多少？（4）若，两种接法中，电阻R上的电压变化范围是多少？（5）若要求R上的电压从零开始变化，则选择何种连接方式？（3）必考电学实验书本实验的原理及原理图实验实验七：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)实验八：描绘小电珠的伏安特性曲线实验九：测定电源的电动势和内阻实验十：练习使用多用电表实验十一：传感器的简单使用1要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等 2要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差 3要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果，间接测量的有效数字运算不作要求2、紧扣“原则”电学实验三原则第一原则安全性第二原则准确性第三原则方便性供电方式电路保护电路电表滑动变阻器电路例2现有下列器材：6V蓄电池一组（内阻约0.1）直流电流表一只(0-0.2A)直流电流表一只(0-0.02A)直流电压表一只(0-3V)直流电压表一只(0-100V)滑动变阻器一只(0-10)滑动变阻器一只(0-500)电阻箱一只(0-9999.9,Im=0.1A)电键一只现要测定一只约0.6的电阻的比较准确的电阻值,甲、乙、丙、丁四位同学分别设计了如图所示的四个电路来测Rx,(选择的仪器在图的右边,并用仪器的序号来表示).问VARx甲,AVAVRxR0乙, R0AVAVR0RxR丙, R0, RAVRRxR0VA丁, R0, RAV这些电路的设计是否妥当?为什么?(1) 在乙、丙、丁图中，电阻箱为什么要与Rx串联？3、依据“原理”找“电路”R0例3一节电动势约为9V，内阻约为2的电池，允许通过的最大电流是500mA。为了精确测定该电池的电动势和内电阻，选用了总阻值为50的滑动变阻器以及电流表和电压表，连成了如图所示的电路。（1）为了防止误将滑动变阻器电阻调为零而损坏器材，需要在电路中接入一个定值电阻R0，最适合的是（ ）A10，5WB10，0.5WC20，5WD20，0.5W（2）电路连好后，由于电路中有一处发生了故障，闭合电键K时发现电压表有示数而电流表没有示数，断开导线“1”的B端，将其分别接到C、D、E、F各点时，发现电压表的示数都接近9V，而接到G、H、J各点时，发现电压表的示数都为零，可能出现的故障是（ ）A定值电阻R0断路B滑动变阻器滑片P接触不良C滑动变阻器EF间电阻丝断路D电流表断路（3）在其它器材不变的情况下，再取一节上述规格的电池，与原来的电池串联组成电池组，测量这个电池组的电动势和内电阻，且操作无误。在右框内画出实验电路原理图。实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2。则可以求出E =_，r =_。（用I1，I2，U1，U2及R0表示）答案：1）C ；（2）B；（3）如右图E= （I1U2-I2 U1）/（I1-I2） r =（U2-U1）/（I1-I2）- R0 例4、现要测量一电动势约为4.5V,内阻约为5的电源的电动势和内阻，有下列器材可供选用：电压表（0-6V）、电流表（0-200mA、内阻）、滑动变阻器R（最大阻值约10）、定值电阻（R0=2）一个，导线若干。 （1）把题中所给的实验器材：电源、开关、电压表、电流表、滑动变阻器组成一个电路，如图甲所示，按照这样的电路进行实验，能够完成测量任务吗？若能，请说明理由；若不能，请将给定的电阻R0利用起来，在空白处画出改进后的电路图，并说明你这样做的道理：AV图（甲）图乙 （2）根据所给实物在图乙上连线。 （3）利用测量量表示电动势和内阻E= ，= 答案：（1）不能；改进之后的电路如图所示；这样改进的道理是：由给出的器材，若直接把电流表串联进电路中，电路中的最小电流为：，即电流表不能直接串联在电路中，应将定值电阻R0与之并联来分流。AVR0（2）实物连线如图所示待添加的隐藏文字内容3（3） 4、依据“电路”找“原理”例5、（江苏）现在按图所示的电路测量一节旧干电池的电动势 E（约 1.5V）和内阻 r （约20），可供选择的器村如下：电流表 A1、A2（量程 0500A ）内阻约为500，滑动变阻器 R（阻值 0100，额定电流 1.0A），定值电阻 R1（阻值 约为100）电阻箱 R2、R3（阻值0999.9），开关、导线 若干。由于现有电流表量程偏小，不能满足实验要求，为此，先将电流表改装（扩大量程），然后再按图电路进行测量（1）测量电流表 A2 的内阻 按图电路测量 A2 的内阻，以下给出了实验中必要的操作A断开 S1 B闭合 S1、S2 C按图连接线路，将滑动变阻器 R的滑片调至最左端，R2 调至最大 D调节 R2，使 A1 的示数为 I1，记录 R2 的值E断开 S2，闭合 S3 F调节滑动变阻器 R，使 A1、A2 的指针偏转适中，记录 A1 的示数 I1 请按合理顺序排列实验步骤（填序号）： （2）将电流表 A2（较小量程）改装成电流表 A（较大量程） 如果（1）中测出 A2 的内阻为 468.0，现用 R2 将 A2 改装成量程为 20mA的电流 表 A，应把 R2调为 与 A2 并联，改装后电流表 A的内阻 RA 为（3）利用电流表A、电阻箱 R3，测电池的电动势和内阻用电流表 A、电阻箱 R3 及开关 S按图所示电路测电池的电动势和内阻。实验 时，改变 R3 的值，记录下电流表 A的示数 I，得到若干组 R3、I的数据，然后通过 作出有关物理量的线性图象，求得电池电动势 E和内阻 r a请写出与你所作线性图象对应的函数关系式 b请在虚线框内坐标中作出定性图象（要求标明两上坐标轴所代表的物理量，用符号表示） c图中 表示 E图中 表示 rO答案（1）C B F E D A （2）12 11.7 R3O（3）答案一：答案二：答案三：aR3+RA=E（）-r a=（R2+RA）+aC直线的斜率；纵轴截距的绝对值C直线斜率的倒数 纵轴截距除以斜率C直线的斜率 纵轴截距的绝对值与 RA 的差图例6、如图所示电路，其中为待测内阻的电流表，另一支电流表的量程可与相同或稍大一些实验时先将电阻箱的选择旋钮置于低挡(如几十欧，因两电表内阻较小)，并将滑动变阻器R的滑片逐渐右移，分别记录电流表的读数I0，电流表的读数I1，和电阻箱的使用值R1，根据欧姆定律和串、并联电路特征，可得I0Rg=I1R1；I0+I1=I消去I1得Rg=(I-I0)R1/I0，将和调换位置还可测出的内阻Rg，此方程不存在因实验原理和方法问题带来的系统误差5、没有“最好”，只有“更好”例7、用图所示的电路测定一节蓄电池的电动势的内阻蓄电池的内阻非常小，为防止调节滑动变阻器时造成短路，电路中用了一个保护电阻R0除蓄电池、开关、导线外，可供使用的实验器材还有：B 电流表（量程0.6A、3A）VAER0RC 电压表（量程3V、15V）D 定值电阻（阻值1、额定功率5W）E 定值电阻（阻值10、额定功率10W）F 滑动变阻器（阻值范围010、额定电流2A）G 滑动变阻器（阻值范围0200、额定电流1A）（1） 电流表和电压表各选哪个？（2） 定值电阻选用哪个？滑动变阻器选用哪个？说明你选择的理由【解答】（1）电流表选用0.6A，电压表选用3V（2）定值电阻选用C，滑动变阻器选用E理由：因蓄电池的电动势在2V左右，故电压表选用3V量程若无保护电阻，电路中的最小电流大约是；若用定值电阻D，电路中的最大电流，不到电流表A量程的；综合分析，保护电阻应选用C对滑动变阻器E，电路中的电流范围2A0.2A；对滑动变阻器F，电路中的电流范围2A0.01A，由方便性原则，E比F方便，故选用E