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- 2021-05-26 发布
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(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
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