高中物理电学实验难点总结(编辑修改稿)

高中物理电学实验难点总结(编辑修改稿)内容摘要：

整电阻箱 R1，使电流表A 的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值 R，则电流表 A 的电阻rA=R。 （测量结果偏小） 乙图实验时先闭合开关 S’ 及 S，调整滑动变阻器 R02（分压法连接），使电压表 V 满度；再断开 S’ ，调整电阻箱 R2，使电压表 V 的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值 R，则电压表 V 的电阻 rV=R。 （测量结果偏大） 图 1014 图 1015 第 11 页 共 25 页 例 8： 测量某电阻 Rx的阻值 .已知 Rx约为 5Ω左右 .下表给出可供选择器材 .请画出你所设计的实验原理图（至少 3 种），并标明所选器材的规格或代号 . 【审题】 该题要求至少应用 3 种设计方案，需要熟练掌握测电阻的原理和方法，列出所有的测电阻的基本方法，看题目中给出的仪器是否适合，灵活利用、变通，充分发挥题目中所给仪器的作用。 【解析】 方案一：应用伏 安法测电阻，见图 1016. 选 R2，还是选 R1，就是出于对实验安全方面的考虑 .R2与 G表，可改装成 3V 左右的电压表； R1与 G 表，只能改装成 左右电压表，这样小的电压表既不能安全实验，也不能进行精确测量 . 电流表外接而不内接，是出于对实验结果精确程度的考虑 .因为改装后的电 压表内阻远大于 Rx，这样测量系统误差较小 .选 A1表，而不选 A2表是出于精确读数的考虑 .A A2诚然都能满足安全的要求，但小量程表读数相对误差要小得多，显然这是精确原则的应用 . R3作为控制线路的主元件，其控制电压方便与否，与 R Rx 值相对大小有关 .当两电阻相近时，为了线路简单、经济，控制电路适宜用限流接法，这主要是出于实验操作是否方便的考虑 . 方案二：应用全电路欧姆定律测电阻 .见图 1017. 原理：令 Rx短路，调 R1，测得 I1后，由全电路欧姆定律得 E=I1（ r+R1+0+RA）接着去掉 短路线，可得 I2，同理得 E=I2（ r+R1+Rx+RA）可求 Rx. 讨论：用 R1为何不用 R2。 显然是考虑了测量方便问题，是方便原则的应用 .因为 R1调节时能用到 ，对电流调整是有利的 .图 2 设计较图 1，主要是考虑了节省器材原则，这也可以说是经济原则的应用 . 备注：另有导线若干，各器材数目均只一个 图 1016 图 1017 图 1018 第 12 页 共 25 页 方案三：欧姆表原理测电阻，见图 1018. 原理：先让 ab 短路，调 R1使 A1满偏，此时内阻为 5Ω .去掉短路线，接通 S，测得 I，则依据欧姆表原理， RX值为（ E/I 5）Ω 讨论：用 A1不用 A2或 G，主要是考虑了测量结果的精确问 题 .若用 A2改装为欧姆表，其中值电阻为 1Ω；若用 G 改装为欧姆表，其中值电阻为 10kΩ，与待测电阻比较，测量误差太大 .欧姆表特点是当测量值在其中值电阻附近时，其读数（或测量结果）比较准确 .这是精确原则的应用 .且整个方案三操作上是很方便的 . 【总结】 本题处理过程相对复杂，但只要遵循前面所提出的各种选择方法，题目也就迎刃而解了，因此说，基础知识是关键，复杂题目只是基础知识的合成。 高考实验设计型命题的求解策略 所谓设计性实验，是指根据现行物理大纲要求，在学生掌握的基本实验原理基础上，应用基本测量仪器自行 设计实验方案的实验，设计性实验命题的考查内容，涉及到对实验原理的再认识和加工，实验方案的确定（包括实验器材的选择和迁移运用，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等） . 考生在应试过程的缺陷通常表现在以下几个方面： 一方面：平时缺乏对实验思想方法（如模拟法，转换法，放大法，比较法，替代法等）进行归纳，在全新的实验情景下，找不到实验设计的原理，无法设计合理可行的方案 . 另一方面：受思维定势影响，缺乏对已掌握的实验原理，仪器的使用进行新情境下的迁移利用，缺乏创新意识 . 实验设计的 基本方法 ，广泛联系 题目要求测定什么物理量，或要求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点 .实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系 .对于测量型实验，被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示；对于验证型实验，在相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的；对于探索型实验，在相应的物理现象中， 涉及哪些物理量„„这些都是应首先分析的，以此来确定实验的原理 . ，简便精 确 对于同一个实验目的，都可能存在多种实验原理，进而形成多种 (可供选择的 )设计方案 .一般说来，依据不同的实验原理选择不同的实验方案主要遵循四条原则： (1)科学性：设计的方案有科学的依据和正确的方式，符合物理学的基本原理 . (2)可行性：按设计方案实施时，应安全可靠不会对人身、器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，且成功率高 . (3)精确性：在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的方案 . (4)简便、直观性：设计方案应便于实验操作，读数，便于进行数据处理，便于实验者直观 、明显地观察 . ，选定器材 实验方案选定后，考虑该方案需要哪些装置，被测定量与哪些物理量有直接的定量关系，分别需用什么仪器来测定，以此来确定实验所用器材 . ，合理有序 第 13 页 共 25 页 实验之前，要做到心中有数：如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，应以正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤 . ，误差分析 常用的数据处理方法 (如：平均法、图象法、描迹法、比较法等 )和误差分析方法 (如绝对误差、相对误差等 )是应该掌握的，在设计实验时也应予以考虑 . 例 9： 一电阻额定功率为 W，阻值不详 .用欧姆表粗测其阻值约为 40 kΩ .现有下列仪表元件，试设计适当的电路，选择合适的元件，较精确地测定其阻值 . ①电流表，量程 0～ 300 μ A，内阻 150 Ω； ②电流表，量程 0～ 1000 μ A，内阻 45 Ω； ③电压表，量程 0～ 3 V，内阻 6 kΩ； ④电压表，量程 0～ 15 V，内阻 30 kΩ； ⑤电压表，量程 0～ 50 V，内阻 100 kΩ； ⑥干电池两节，每节电动势为 V； ⑦直流稳压电源，输出电压 6 V，额定电流 3 A； ⑧直流电源，输出电压 24 V，额定电流 A； ⑨直流电 源，输出电压 100 V，额定电流 A； ⑩滑动变阻器， 0～ 50 Ω， 3 W； ○11滑动变阻器， 0～ 2 kΩ， 1 W； ○12电键一只，连接导线足量 . 【审题】 考查综合分析能力、推理能力及实验设计的创新能力，审题过程见解析。 【解析】 由于现有器材中有电流表和电压表，故初步确定用伏安法测定此电阻的阻值 .又因待测电阻为一大电阻，其估计阻值比现有电压表的内阻大或相近，故应该采用电流表内接法 .由于现有滑动变阻器最大阻值比待测电阻小得多，因此，若用滑 动变阻器调节待测电阻的电流和电压，只能采用分压接法，如图 1019（否则变阻器不能实现灵敏调节） .为了确定各仪表、元件的量程和规格，首先对待测 电 阻 的 额定 电 压和 电 流 作出 估 算： 最 大 电流 为 Im ＝RPA＝ 5 10－ 4 A＝ 500μ A；最大电压 Um＝ 20 实验中的电流和电压可以小于而不能超过待测电阻的额定电流和额定电压，现有两个电流表内阻相近，由内阻所引起的系统误差相近，而量程 0~1000 μ A 接入电路时，只能在指针半偏转以下读数，引起的偶然误差较大，故选用量程为 0~300 μ Α的电流表 .这样选用电流表后，待测电阻上的最大实际电压约为 3 10－ 4 40 103 V＝ 12 V，故应选用量程为 15 V 的电压表，由于在如图所示的电路中，要实现变阻器在较大范围内灵敏调节，电源电压应比待测电阻的最大实际电压高，故电源应选输出电压为 24 V 一种（其额定电流也远大于电路中的最大实际电流，故可用） . 关于变阻器的选择，由于采用分压接法，全部电源电压加在变阻器上 .若是把 0~50 Ω的变阻器接入电路，通过它的最小电流（对应于待测电路断开）约为 24／ 50 A＝ A，最小功率约为 50 W＝ W，远大于其额定功率；而 0~2 kΩ的变阻器接入电路，其最大电流（对应于滑动键靠近图 134 中变阻器 A 端）约为并联电路总电流 A，小于其额定电流 0~2 kΩ的变阻器 . 【总结】 本题处理过程相对复杂，但只要按照“仪器选择 测量电路选择 控制电路选择”这图 1019 第 14 页 共 25 页 样的顺序逐个突破，将复杂的过程逐一分解，遵循前面所提出的各种选择方法，题目也就迎刃而解了，因此说，基础知识是关键，复杂题目只是基础知识的合成。 实验设计的基本思路 附：对电学实 验中几个点的强调说明： 一、关于多用电表 ? (1)使用多用表的电压、电流挡 .使用多用表测量电压、电流的方法，与单独使用电压表、电流表的方法基本上是一样的，只不过在使用多用表前要根据待测量的情况 (是电流还是电压 ?是交流还是直流 ?)调整好选择开关，并调整到合适的量程上，其他如正负接线柱的选用，串联还是并联到电路中去等，就和单独使用电压表、电流表时没什么两样了 . (2)使用多用表的欧姆挡 . ① 机械 调零 :使用前先查看指针是否指在左端电阻为无穷大的位置，如不是，则要用螺钉旋 具慢慢地调节定位 螺钉使指针正确定位 . ② 量程选择 :扳动选择开关到合适的量程上，尽可能使正式测量时指针停留在中间位置附近，也就是要尽可能利用中中 RR 4~4中这一范围内，以减少测量误差 . ③ 欧姆调零 :短接两表笔，调整欧姆档的调零旋钮，使指针指在零欧姆处，注意每改变一次量程，就要重新调零一次 . ④ 数据读取 :数据读取时，一要注意到欧姆刻度不是均匀的，不然估读会不正确；二要注意读得的数据还应乘以量程的倍率 ；三是测量电路中的某一电阻阻值时，应该先把电源切断，再把待测电阻和其他元件断开，之后再行测量；四是 要注意手不要碰到表笔的金属杆，以免人体电阻与待测电阻并联造成误差 . ⑤ 结束工作 :测量完毕后，一定要把选择开关切换到交流高压挡或切换到 OFF挡上，以避免漏电或误操作 . ?刻度时有什么规律吗 ? 对于磁电式的电流计，其指针偏转的角度和电流成正比，改装成电流表或电压表时，表盘刻度是均匀的；但用磁电式电流计做欧姆表的表头后，由欧姆表内 部电路构造及全电路欧姆定律可知，当两表短接和接上待测电阻 Rx后，分别有 内RERrR EIgg  0 ① xxgx RRERRrR EI 内0 ② 由 ② 式可知，待测电阻 Rx与通过表头的电流 Ix不成线性关系，这就是造成表盘刻度不均匀的原因 . 那么，怎样对欧姆表的表盘进行刻度呢 ? 明确目的 → → 选择方案 → 选定器材 → 拟定步骤 数据处理 → → → 误差分析 第 15 页 共 25 页 设指针偏转满刻度的mn(m≥ n)时，指针所指的电阻值为 Rx，则应有 xg IImn  ③ 把 ①② 式代人 ③ 式，整理，得内Rn nmRx ， ④ ④ 式便是把表盘改为欧姆刻度的依据了 . 这 里顺便指出，当 Rx＝ R 内 时，21mn，此时 指针指中，称此值为中值电阻，显然，中值电 阻恰好等于此时的欧姆表内阻 . 倍率 ? 在实际测量时，可以通过改变 倍率 使指针指在中中 RR 4~4的范围内，例如，开始时，如发现指针向右偏得过多，说明原 倍率 选得太大，可改选 倍率 小一些的再试试，直到指针落在中中 RR 4~4的范围内为止 . 也可先估测出应该选用的 倍率 用来选挡，换挡时，可利用公式 Rx＝ nR 指 进行 ，关系式中 Rx为待测电阻的阻值， n 为所选的倍率挡 (如选 100，则 n＝ 100)， R 指 则表示从表盘上直接读得的数字 . 例如 欧姆表中值电阻值为 15Ω，待测电阻约为 1800Ω，要较准确地测定该电阻应选用哪一个 倍率， 可题设条件知 Rx＝ 1800Ω，而 R 中 ＝ 15Ω，为使测量较准确， R 指 宜取 18， 1800＝ n 18， n＝ 100，所以应选 100 挡 . 再如 用欧姆表的 100 挡测一电阻，发现指针偏角太小，偏角太小，即 R 指 太大，为使指针指示在 R 中 附近，应增大偏角，即使 R 指 变小，由 Rx＝ nR 指 可知， n 必增大，故应选 1k挡 . ，为什么一定要先进行欧姆调零 ? 欧姆表的表盘刻度是按照标准电动势和内阻。