人教版高中物理一轮复习课件：小专题复习课(4) 27页

(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Rx> 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Rx< 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Rx= 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”. A VR R A VR R A VR R (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”. a b a b a a I I U U| | | |I U  ＞ a b a b a a I I U U| | | |I U  ＜ 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10 Ω, 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0～0.6 A,内阻是0.5 Ω的电流表； B.量程是0～3 A，内阻是0.1 Ω的电流表； C.量程是0～3 V，内阻是6 kΩ的电压表； D.量程是0～15 V，内阻是30 kΩ的电压表； E.阻值为0～1 kΩ，额定电流为0.5 A的滑动变阻器； F.阻值为0～20 Ω，额定电流为2 A的滑动变阻器； G.蓄电池(6 V)； H.开关一个，导线若干. 【解析】(1)读数：该金属丝的直径为0.350 mm. (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Imax= =0.6 A.若选电流表B，0.6 A没有超 过其量程1/3，读数误差较大，而电流表A更合适. 6 V 10  ③选电压表:若选电压表C，量程为3 V，则干路电流要被控制在 0.3 A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15 V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10 Ω，为了在3 V、0.3 A 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0～20 Ω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、H 2.(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=3.0 V，I1=3.0 mA，然后将电压表 改接在a点，读得两表示数分别为U2=2.9 V，I2=4.0 mA，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=0.1 V， ΔI=|I1-I2|=|3.0-4.0| mA=1.0 mA 则 1 1 U 0.1 1 I 1.0 1 U 3 30 I 3 3     ， 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.Rx= 答案:b 1 000 1 3 1 U 3.0 V 1 000 I 3.0 10 A   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“6 V，3 W”，其他选择的器材有： A.电压表V1(量程6 V，内阻20 kΩ)； B.电压表V2(量程20 V，内阻60 kΩ)； C.电流表A1(量程3 A，内阻0.2 Ω)； D.电流表A2(量程0.6 A，内阻1 Ω)； E.滑动变阻器R1(0～1 000 Ω，0.5 A)； F.滑动变阻器R2(0～20 Ω，2 A)； G.学生电源E(6～8 V)； H.开关S及导线若干. 实验中要求电压在0～6 V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“6 V，3 W”额定电压为6 V，额定电流为0.5 A，即允 许通过小灯泡的电流最大不超过0.5 A，最大电压不超过6 V.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R灯= 滑动变 阻器选择依据安全方便的原则，故应选用R2. 2 2U 6 12 .P 3     (2)确定电流表内外接法 临界阻值R= 因为R灯