二、电学设计型实验
【典型范例导析】
1．设计实验方法
【例1】 实验室备有电流表、电压表、电阻箱、滑动变阻器、低压直流电源、开关、导线等，要求利用以上器材尽可能精确地测量待测电阻R 的阻值．请设计测量电路，简述其实验原理．
解析 采用伏安法测电阻一般有电流表内接和外接两种方式．因为电流表、电压表并非理想电表，所以无论是电流表内接还是电流表外接均不可避免系统误差的存在．
用替代法可有效地减小误差，即用电阻箱替代被测电阻来测定待测电阻阻值． 具体实施方案如下：
(1)首先按图6—15连接电路．闭合开关S ，读取电流表、电压表示数．
(2)再断开开关，并用电阻箱替代被测电阻接人电路，将电阻箱阻值调到最大，如图6—16所示。
(3)闭合开关S ，调节电阻箱阻值，使两表的示数完全恢复到替代前的示数．此时电阻箱接人电路的阻值与待测电阻(Rx)相等．
点评本实验设计思想是：使电阻箱等效代替被测电阻．在直观效果上，调节电阻箱，使两次电流表、电压表示数与接电阻时相同；其实质性效果是：两个电路总电阻相等，因此待测电阻阻值与调节后的电阻箱阻值相等．
【例2】 一个电灯，电阻为4R ，试设计一个电路，使电灯两端的电压调节范围尽可能大，可利用的器材有：一个电动势为ε、内阻为R/5的电源；一个最大阻值为R 的滑动变阻器；开关、导线若干．
(1)设计实验电路，并画出实验电路图．
(2)灯泡两端电压可调节的范围是多少?
解析(1)若采用滑动变阻器限流式接法，灯泡两端电
压的最小值大于零，因而电压调节范围较小．若采用分压式
接法，灯泡上的电压变化范围约为O ～ε，显然，滑动变阻器被
当作分压器使用时，灯泡上电压的调节范围比限流时调节范
围大，设计电路如图6—17所示．
(2)当滑片P 滑到滑动变阻器的左端a 时，灯泡两端电
压v 1=O ；当滑片P 滑到右端b 时，有 εε
5
444,54422=+??=++?=R R R R I v R R R R R I 所以灯泡两端电压可调节的范围是o ～
ε54． 点评 (1)滑动变阻器的两种接法(分压式和限流式)各有特点，现列表分析如下：
(2)在应用滑动变阻器进行调控时，具体选用哪一种接法，要根据需要而定：或者需要使被控元件两端电压调节范围大；或者需要尽量减小电能的损耗；或者实验室只给定比被控元件电阻值小(大)得多的滑动变阻器．因此，应用时要根据需要和以上两种接法的特点予以选择．
【例3】实验室配备有以下实验器材：学生电源，圆柱形金属电极、长条形电极、圆柱形电极(电极均附有接线柱)，灵敏电流计、毫安表，白纸、复写纸、导电纸，平木板、导线、开关．
现要求描绘正点电荷电场在平面上的等势线，简要说明你所设计的实验方法．
解析由于直接测试、描绘静电场等势线相当困难，而恒定电流电场与静电场有相似的特征、遵循相似的规律，所以可以利用恒定电流的电场来模拟静电场，通过描绘恒定电流电场在平面上等势线来掌握静电场在平面上的等势线．具体作法是：
(1)选材：学生电源、圆柱形金属电极、圆环形电极、灵敏电流计，白纸、复写纸、导电纸、平木板、导线、开关等．
(2)安装：首先在平木板上依次铺放白纸、复写纸、导电纸，再将圆环形金属电极压放在导电纸上，并将圆柱形金属电极压放在圆环形电极的圆心处导电纸上．最后将低压直流电源正、负极分别与圆柱形电极、圆环形电极用导线相连，因而在圆柱形电极与圆环形电极之间导电纸上建立了电场，如图6—18所示．
(3)描绘：如图6—1 9所示，作圆环半径OF，并在OF上取基准点a、b、c、d，利用灵敏电流计可寻得分别通过a、b、c、d的等势线．详细操作办法参照本书研究性实验“描绘静电场在平面上等势线”中讲解．
点评在解析中，巧妙地运用了“模拟法”实现了点电荷电场在平面上的等势线的描绘．通过模拟法还可实现对匀强电场、处于静电平衡的导体内部电场的特性进行了解．
2．设计实验操作步骤
【例4】为了测量一个量程为3．OV的电压表的内阻Rv(约为几千欧)，采用的电路如图6-20所示．
(1)可供选择的实验步骤有：
A．闭合开关S；
B．将电阻箱R0的阻值调到最大值；
C．将电阻箱的阻值调到零；
D．调节滑动变阻器R的阻值，使电压表的示数为
3．OV ；
E ．断开开关S ；
F ．把滑动变阻器R 的滑动触头P 滑到a 端；
G ．调节电阻箱的阻值R 0使电压表示数为1．5V,读出此时电阻箱R 0的阻值； H ．把滑动变阻器的触头P 滑到b 端；
I ．按图接电路，注意断开开关S ；
将必要的步骤选出并按合理顺序排列
(填各操作步骤的代号)．
(2)若在上述实验步骤G 中，读出R 0的阻值为2600Ω，则该电压表的内阻Rv=_______Ω，由于系统误差，测量值_______(选填“偏小”、“偏大”)．
解析 由于Rv+Ro>>R bp ，所以可认为b 与P 之间并联电阻几乎等于滑动变阻器右端电阻R6．当增大电阻箱电阻Ro 时，并联电阻几乎不变，在不再调节．电路中其他器材的情况下，即使调节电阻器Ro ，并联电阻两端电压值几乎不变．
首先将电阻箱阻值调为零，移动滑动触头P ，使电压表示数为3V ；再调节电阻箱阻值，使电压表示数为1．5V ，此时电阻箱电阻与电压表内阻相等．读取电阻箱示数即得电压表内阻测量值．
事实上，严格讲，当增大电阻箱阻值Ro 时，并联电阻阻值略有增大，干路电流略有减小，导致并联电阻两端电压略有增大．当电压表指针半偏(示数U=1．5V)时，电阻箱电阻略大于电压表内阻，因此通过电阻箱显示的测量值偏大．
答案：(1)实验步骤合理顺序为I 、H 、C 、A 、D 、G 、E ．(2)电压表内阻测量值为2600Ω，由于系统误差，测量值偏大．
点评尽管该实验设计的测量方法独到、别致，但它所运用的仍是《恒定电流》中最基本的知识．
(1)当Rv+Ro 与R bp 并联时， 0001R R R R R R R R R R R V bp
bp bp V bp V ++=++?+=）（）（并
由于Rv+Ro>>R bp ，所以R 并≈R bP ．
(2)如图6-21所示，Rv 与Ro 串联．在其两端总电压不变的情况下，当U 2=1．5V 时，U 1=U 2，I1=I2，根据部分电路欧姆定律可得Rv=Ro
【例5】 图6-22为测量电阻Rx 的电路：Rx 为待测电阻，R 的阻值已知，R’为保护电阻，其阻值未知，电源的电动势ε未知，S 1、S 2均为单刀双掷开关，A 为电流表，其内阻不计．
(1)测量Rx 的步骤为：S 2向d 闭合，S 1向_____闭合．记下电流表读数I 1，再将S 2向c 闭合，Sl 向_____闭合，记下电流表读数I 2．
(2)计算R 的公式为R=_____．
解析 (1)测量Rz 的步骤为：将S
2向d 闭合，S 1向
口闭合，记下电流表读数I l ，此时电流表测通过Rx 的电
流；
再将S2向f 闭合，S1向6闭合，记下电流表示数
j2，此时电流表测通过R 的电流．
(2)由于不计电流表的内阻，电源毋、分压电阻R’均在
两种情形下不变，故电路等效为如图6—23所示．
I 1Rx=I 2R
得 Rx=R I I 1
2 点评 在本设计性实验中，它突出地考查了创新能力，要求理解单刀双掷开关的作用，运用它改变电流表在电路中的位置．
3．设计选择实验器材
【例6】 有一电阻Rx ，其阻值大约在40～50Ω之间，需进一步测量其电阻． 实验室备有以下器材：
为了实验能正常进行并减小测量误差，而且要求滑动变阻器便于调节，在实验中应选用图6-24中(选填“甲”、“乙”)所示的电路；应选代号为_____的毫安表和代号为_____的滑动变阻器．
解析 考虑到电压表、电流表的接入对原电路的影响，比较A x x V R R R R 、可知，A
x x V R R R R >>．为尽量减小误差，应选用图6-24所示的(甲)图．
在选择电流表时，为尽量减小误差，需
要尽可能多测量几组数据．当滑动变阻器
电阻为零时，回路电流出现最大值：Im=
Ω
409V =0．225A=225mA ．因此，从保障安全， 减小误差的角度出发，电流表应选A 2．
选用滑动变阻器是为了通过调节能多
测量几组电压值、电阻值．若选用R 2，则由于R 2的全电阻阻值太大，导致其有效利用长度较小，给操作带来不便；同时电表数值变化不明显，会给数据处理带来较大误差，因此，从方便操作、减小误差的角度出发，应选用滑动变阻器R 1．
点评在选择器材时，在服从实验目的、实验原理的前提下，首先应考虑保障实验器材及实验者的安全，再考虑尽量减小实验误差．另外，还要注意所选用器材应便于操作．
4．设计处理实验数据方式
【例7】 在LC 振荡电路中，如已知电容C ，并测得电路的固有振荡周期丁，即可求得电感L ．为了提高测量精度，需多次改变C 值并测得相应的T 值，现将测得的六组数据标在以C 为横坐标、r 为纵坐标的坐标纸上，即图6—25中用“×”表示的点．
(1)L 、T 、C 的关系为_____．
(2)根据图6—25中给出的数据点作出T 2
与C 的关系图线．
(3)求得的L 值是_____．
解析(1)T LC π2=．
(2)如图6—26所示，图线应为一条直线，数据点尽可能靠近直线且均匀分布在直线两侧．
(3)仔细观察图象上的数据可知，纵坐标为3位有效数字，横坐标为2位有效数字，在
图象上选取两个坐标点A(1．0×10-7，14．5×10—8)和B(3．5×10-7，51．0×10—8)． 图线斜率 46.1100.1105.3105.14100.517
78
8=?-??-?=----k 即 46.12
=C
T 因此 )(0365.046.1104141
22H C T L =??=?=π
点评 (1)将LC 电路的固有周期公式T=LC π2=变换成T 2=LC 2
4π=，而认识到T2一C 图线为一过坐标原点的直线．但在本题中，横、纵坐标的起点不是零，图线在纵轴上有一正截距值．
(2)在求解图线斜率时，在图线上选坐标点后，应正确读出坐标点的纵、横坐标的有效数字的位数．
【例8】 下面是在测某电池的电动势和内电阻的实验中记录的六组数据，请在直角坐标系中画出U-I 图，并根据图象计算待测电池的电动势和内电阻．
解析 (1)建立坐标轴，由于所得的电压
(U)值集中在1．OOV ～1．50V 之间，因此建立
坐标轴、确定纵轴坐标原点时，将其起点值起
为1．OOV ，使描出的点分布区域扩大，方便作
图，也提高数据处理和实验结果的准确性．
(2)描点、作图．根据U=ε一Ir 可知，U
与I 是一次函数关系，因此，U-I 图线应该是一
条直线，如图6—27所示．其中，第四个点明显偏离图线，可见是由偶然误差造成的应舍去。
(3)取值、计算．直线与纵轴的交点坐标即为电源电动势ε=1．46V ，图线斜率：k=0．72，即得r=0．72Ω
点评 在求解图线斜率时，计算式72.0063.000.146.1=--=??=
I U k ．但很容易将计算式错列为32.20
63.0046.1=--=k ．
【能力跟踪训练】
1．埋在地下的电缆(两根长输电线，长度约几千米)中的一根导线由于损坏而通地．如：M
N ____________________________________ 代表电缆，工程师为找电缆通地位置，将终端M 、N 用导线接通，设计了 如图6—28所示装置．AB 是一条均匀电
阻丝，长度约lm 左右，通过移动K ，观．
察灵敏电流表示数的变化，在AB 电阻
丝上能找出一特殊位置，测出特殊位置
至A(或B)的距离，通过计算可求出损
坏处C 与电缆始终的距离x ．
在K 由A 点滑至B 点的过程中，灵敏电流表的示数将：
A ．一直减少
B ．一直增大
C ．先减小至零再增大
D ．先增大到某一值然后又减少
2．某物理课外兴趣小组为住宅楼房顶的蓄水
池设计了一个自动注水装置，如图6—29所示，图中
A 与
B 是金属块，M 是带动水泵的电动机，试说明它的工作原理．
3．用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻Rz(约100f1)；直流电流表(量值0～10mA 、内阻50Ω)；直流电压表(量值O ～3V 、内阻5k Ω)；直流电源(输出电压4V 、内阻不计)；滑动变阻器(O ～15Ω、允许最大电流1A)；开关一个，导线若干．根据器材的规格和实验要求画出实验电路图．
4．有一种测定电压表内阻的方法如下：将两节1．5V
的干电池(内阻很小，可忽略不计)、电阻箱、开关、被测电
压表连成如图6-30所示电路，用U 表示电压表示数，Rv
表示其内阻，R 表示电阻箱阻值，ε表示电源电动势．
(1)试证明：ε
ε111+=R R U V (2)改变R 测U ，记录测试数据如下表所示，请在 图6—31的方格纸上作出
U 1一R 的关系图线．
(3)利用图6—31中的图线求出Rv．
5．实验室备有电阻箱(R)、电流表(该
表表盘上有刻度但无刻度值)、电源(该电
源电动势未知)、开关、导线．现要求利用以
上器材测量一高阻值电阻Rx，已知电源和
电流表内阻可忽略不计，请设计实验方案，
写出计算Rx的表达式．
6．某课外活动小组设计用电学方法测
水流对小球的作用力．如图6—32所示，质量为优的小铅球P系在
细金属丝下，悬挂在O点．开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状
态，将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆起一定的角度θ，
水流速度越大，θ越大．为了测定水流对小球作用力的大小，在水
平方向固定一根电阻丝BC，C端在0点正下方，且OC长为h，BC长
为L，BC与金属丝接触良好，接触点为D，不计接触点D处的摩擦
和金属丝电阻．再取一只电动势为毋、内阻不计的电源和一只电压
表，将这些器材连成测量电路．
(1)为使水流作用力增大时电压表示数增大，四位同学连接成了下面图6—33所示的四个电路，其中接法正确的是 ( )
(2)设小球平衡时，CD长为x，求水流对小球作用力F的大小．
(3)若小球平衡时电压表的示数为U，请写出用m、
I/mA、U、ε、h和L表示F的表达式．
7．某同学用伏安法测定一个常温下使用的阻值约为
2～3kΩ的电阻丝的电阻率，他选用的电压表内阻约为
20kΩ，电流表的内阻约为10Ω，选择能够尽量减小误差
的电路图接线进行实验，读得各组数据用实心圆点标于
坐标图上，如图6-34所示，请画出此实验的电路原理图．
8．有两只电压表(A)和(B)，量程已知，内阻不知等于多
少；另有一节干电池，它的内阻不能忽略，但不知等于多少．只
用这两只电压表、开关和一些连接用导线，能通过测量计算出这个电池的电动势(已知电动势不超过电压表的量程，不许将电池拆开)：
(1)画出你测量时所用的电路图；
(2)以测得的量作为已知量，导出计算电动势的公式．
9．实验指导老师给物理课外活动小组配备了如下器材：
实验方法是利用单刀双掷开关分别将
电阻箱和待测电阻接人电路，用电阻箱替代
待测电阻的方法来测定待测电阻的阻值．
试在图6-35中完成电路的连接(其中两
条导线已连接好)．
10．实验桌上有下列器材：电流表A 1(量
程0～100mA)，电流表A 2(量程O ～2A)，电阻箱R(阻值0～9999．9Ω，允许最大电流200mA)，滑线变阻器Rv(阻值50Ω，允许最大电流2A)，开关、导线．
(1)在图6—36虚线方框中画出测量一节干电池的电动势和内阻的实验原理图(器材只能从实验桌上选取)，并标明所选器材的代号．
(2)如果已经测得一组数据为R 1、I 1和R 2、I 2，根据它们可得到电动势和内阻的表达式分别是ε=______，r=_____．
【答案与提示】
1．C 2．当蓄水池水位低于金属块A 时，继电器控
制电路断开，常闭触头闭合，抽水机工作．当蓄水池水面与
金属块A 接触时，控制电路接通，电磁铁吸引衔铁，使常闭
触头断开，抽水机停止抽水． 3．若滑动变阻器采用限流
式连接，即使变阻器调到最大阻值，通过电路的电流 mA mA R R R I x A 1024min >=++=ε
仍大于直流电流表的最大量程，故滑动变阻器应采用分压式连接
又因为 mA mA R R R I x A 1024min >=++=ε
故采用电流表外接法，实验电路如图6-37所示． 4．(1)由闭合电路欧姆定律 有： ε=I(Rv+R)
其中 V
R U I = 得： )(R R R U V V +=
ε 整理可得：ε
ε11+=V R R U
(2)横轴原点从200Ω开始，每格表示50Ω；纵轴原点从
0．300V -1开始，每格表示O ．05V -1．描点、画直线，使尽可能多的点在其上，其余的点均匀分布在两边．
(3)取直线上相距尽可能远的两点坐标值，计算斜率
k ，由于V
R R k ε=，所以 Ω?==31003.11k R V ε 5．(a)设电流表表盘刻度最小分度为I 0，设电源电动势为ε，按图6—38所示电路连接电路，将电阻箱阻值调到最大阻值；闭合开关，调节电阻箱电阻，使电流表指针偏转角度适当大；读取电阻箱阻值(R 1)及电流表指针偏转格数(N 1)，则有
ε=N 1I 0(Rx+R 1) ①
(b)改变电阻箱的阻值，读其读数R 2，同时读取电流表指针偏转格数N 2，则有 ε=N 2I 0(Rx+Ro) ②
由①、②可得：2
11122)(N N R N R N R x --= 6．(1)B ；(2)由平衡方程磊θtan =m g F ， 则h
x m g F =，得x h mg F = (3)由电阻
x L R R x =，而R R U x ε=，故L x U ε= 得 εLU x =因此：εh mgLU F = 7．由数据坐标点(舍去不合理的点)作图得直线，如图6-39.求此直线的斜率，其绝对值即为金属丝的电阻Rx ． )(104.20
101.106.233Ω?=-?-=-x R 由于24010104.23=?=A x R R ，3
4
104.2102??=x V R R ，因此x V A x R R R R >>，测量电路应选电流表的内接法．
比较被测电阻和滑动变阻器电阻可知，Rx>>Ro ，欲使通过被测电阻的电流及两端电压变化范围大一些，则应选分压式控制电路，设计电路如图6-40所示．
(提示：在J —U 图象中，纵坐标的单位为mA ，莫将“mA ”读成“A ”，错得Rx=
2．4Ω)． 8．(1)测量电路如图6-41(a)、(b)所
示． (2)设电池电动势为ε，内电阻为r ，电压表
A ．
B 的电阻为R A 、R B ．
当电压表A 接到电池两端时读数为UA ，根据
欧姆定律得
r R U U r R R U A
A A A A
A ?+=+=εε或 ①． 当电压表A ．
B 串联后接到电池两端时，读数分别为U'A 、U'B ，根据欧姆定律得 r R U U U A
A B A ?++='''ε ② 联立①、②，将素看成未知数，解得A A B A U U U U -=
''ε 9．本题是根据替代法进行设计的实验题．根据替代法思想，应先将待测电阻接人电路，再用电阻箱替换待测电阻，使电路中电流值在两种情形下相同．电路连接如图6-42所示．
10．(1)实验原理如图6-43所示．
(2) 122211121221),)(I I R I R I r I I R R I I --=--=
ε．
高中电学实验第一讲：电阻的测量方法及原理 一、伏安法测电阻 1、电路原理 “伏安法”就是用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I,再根据欧姆定律求出电阻 R= U/I 的测量电阻的一种方法。 电路图如图一所示。 如果电表为理想电表，即 R V=∞，R A=0用图一（甲）和图一（乙）两种接法测出的电阻相等。但实际测量中所用电表并非理想电表，电压表的内阻并非趋近于无穷大、电流表也有内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。如何分析其误差并选用合适的电路进行测量呢？ 若将图一（甲）所示电路称电流表外接法，（乙）所示电路为电流表内接法，则“伏安法”测电阻的误差分析和电路选择方法可总结为四个字：“大内小外”。 2、误差分析 （1）、电流表外接法
由于电表为非理想电表，考虑电表的内阻，等效电路如图二所示，电压表的测量值 U 为ab间电压，电流表的测量值为干路电流，是流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，故：R测 = U/I = Rab = (Rv∥R)= (Rv×R)/(Rv+R) < R(电阻的真实值) 可以看出，此时 R测的系统误差主要来源于 Rv 的分流作用，其相对误差为δ外= ΔR/R = (R-R测)/R = R/(Rv+R) （ 2）、电流表内接法 其等效电路如图三所示，电流表的测量值为流过待测电阻和 电流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流表两端的电压之和， 故：R测 = U/I = RA+R > R 此时R测的系统误差主要来源于RA的分压作用，其相对误差为: δ内= ΔR/R = (R测-R)/R = RA/R 综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即" 大内"；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“小外”。 3、电路的选择 （一）比值比较法
高考物理电学实验 第一讲 电学实验基础知识 近几年高考物理电学实验的考查不断推陈出新,但仍然是基于两个基本的实验原理,即R ＝U/Ｉ，和E ＝Ｕ外＋U 内．从考查的形式上看,主要表现在以下三方面:一是命题由知识立意向能力立意转变,从机械记忆向分析理解与迁移应用转变;二是在试题情景设置上多与生产、生活实际相结合,更注重综合应用能力的考查；三是注重实验中科学探究能力的考查,为学生进入高校的继续学习打下基础。 高考电学实验题是“源于教材，但又高于教材”，侧重考查实验思想和方法，考查动手操作、观察记录和数据分析处理的能力和简单的实验设计能力。电学实验虽然常考常新，但万变不离其宗,”题在书外,理在其中”，不变的实验的基本原理、基础知识、基本方法和基本技能。 理论讲解 一、明确电路结构 除“测电源电动势和内阻”外,其他实验的电路结构都可以分为测量电路和控制电路两部分,如图１。 二、电流表、电压表的选取 1.顺序问题 一般情况下电源是唯一性器材，首先由电源的电动势Ｅ出发, 由E 或所测元件的额定电压来估算所测元件的最大电压U m ,以此来 确定○Ｖ表量程；再计算电流表的最大电流I m 或者由所测元件的额定电流来确定错误!表量程。 2.可获取的实验数据宽度问题 基于实验测量精确度的 ，实验可获取的数据宽度下限是电表量程的1/3，上限是电表量程和Ｕm (I ｍ）二者中的最小值。选择电表时,能获取实验数据宽度越大的电表,就是应选择的电表。 3．选择电流表、电压表时不考虑U m (Im)超过量程的问题,因为有控制电路可以控制。 三、两种控制电路的比较 2.两种控制电路的选择 （1）根据关键词选择 凡题目中要求“测量数据从0开始”、“数据变化范围大（图象、特征曲线、多测数据）”, 电路图 负载R 上电压Ｕ调节范围 负载Ｒ上电流调节范围 闭合电键前触头处位置 相同条件下电路消耗的总功率 分压接法 R R+Ｒ0 U ０≤U ≤ Ｕ0 Ｕ0 R+Ｒ0 ≤I R ≤U 0R a Ｕ0I R 限流接法 ０≤U ≤Ｕ0 0≤I R ≤U ０ R a U 0(ＩR ＋I aP ) 比较 分压路调节范围大 分压电调节范围大 保护电路 限流电能耗较小 测量电路 控制电路 图1
浅析高考中的设计性实验题 山东省沂源县教研室郑继义（邮编256100）随着高考命题改革的不断深入，试题在考查学生的实验能力方面，提出了更高的要求。理科综合能力测试目标，明确提出“理解实验原理、实验目的及要求，了解材料用具，掌握实验方法步骤，会控制实验条件和使用仪器，会处理实验安全问题，会观察、分析和解释实验中产生的现象、数据，并得出合理的实验结论”；“能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题”。 从近几年物理实验题来看，试题在电学实验的考查方面，已经涉及了设计性实验的考查。怎样应对设计性实验题呢，下面就结合近几年的试题作简要分析。 一、近几年出现的设计性实验题 1、设计实验电路：根据给出的器材和实验提出的目的要求， 选出器材、画出或补全实验电路。 例1. 某电压表的内阻在20千欧～50千欧之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材: 待测电压表V（量程3V） （量程200μA ） 电流表A 1 （量程5mA） 电流表A 2 电流表A （量程0.6A） 3 滑动变阻器R（最大阻值1KΩ） 电源ε（电动势4V） 电键K。
（1）所提供的电流表中，应选用_______________________（填写字母代号）。 （2）为了尽量减小误差，要求测多组数据。试在方框中画出符合要求的实验电路图（其中电源和电键及其连线已画出）。 该题就是利用课本上的实验器材、原理而非课本原实验的设计性实验新题。课本上有伏安法测电阻实验，但测量电压表的内阻对考生来说却是个新问题，要想解决测电压表内阻这一问题，就必须对电压表读数的本质有正确的理解（电压表测量的是本身两个接头间的电压，亦即加在其内阻两端的电压），对伏安法测电阻的实验原理非常熟悉，并结合题目所给的器材才能设计出合理的实验。 例2. 从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。 器材（代号）规格 电流表（） 电流表（） 电压表（V） 电阻（） 滑动变阻器（）电池（E） 电键（K） 导线若干量程10mA，内阻待测（约）量程500μA，内阻 量程10V，内阻 阻值约，作保护电阻用 总阻值约 电动势1.5V，内阻很小 （1）在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。 （2）若选测量数据中的一组来计算，则所用的表达式为=__________________，式中各符号的意义是： ________________________________________________________ ______。
高中物理巧学妙解王 第二章 高频热点剖析 ---179--- 十九、定值电阻在电学设计性实验中的巧用 设计性物理实验是近几年高考试题中的一个新亮点，也是高三复习教学的重点之一;它要求学生对课本实验原理、方法有较为透彻的理解，能正确使用实验中用过的仪器，并能正确运用在这些实验中学过的方法综合分析解决新的实验问题。设计性实验主要以电路设计为主.电路设计经常要用到定值电阻，定值电阻如何使用往往是学生最感困惑的地方，也是教学的薄弱环节.鉴于此，本专题将对电学实验设计的基本原则和基本思想特别是定值电阻在其中的巧用进行系统的介绍，并对相应问题归类分析。 一. 基本原则 1. 安全性：保证不损坏实验器材。 2. 精确性：电表指针偏转要明显，尽可能减小实验误差，并测得多组数据。 3. 方便性：在保证实验正常进行的前提下，选用的电路和器材应便于操作，所得的实验数据便于处理。（又称可“操作性”） 以上原则是必须遵循的原则。另外有一个附加要求，即在同时满足以上原则的基础上，尽可能地节省器材，节约能源。（在平时练习中，若题目无特别说明，一般不予以考虑。） 二. 基本思想 1. 分压、限流电路的选择 根据分压、限流电路的特点和制约电路的几种因素，有以下选择： （1）若负载电阻的阻值远大于滑动变阻器的总电阻，因滑动变阻器限流作用弱，如果采用限流电路，电表指针在滑动变阻器阻值改变后偏转不明显，无法测得多组数据，故应采用分压电路。 （2）如果负载电阻的阻值与滑动变阻器的总电阻相差不大，分压、限流电路都可。 （3）若要求负载上电压或电流从零开始连续变化，须用分压电路。 （4）两种电路均可的情况下，若要求电源消耗功率小，须用限流电路。（证明从略） 2. 其它设计思想 （5）若知道电压表的量程和阻值，则电压表兼有电流表的功能。 （6）若知道电流表的量程和阻值，则电流表兼有电压表的功能。 （7）根据电压表的构造可知，可以用电流表和电阻串联作电压表使用 涉及知识： 1.伏安法测电阻 2. 半偏法测电阻 3.电流表电阻的测量 4.电压表电阻的测量 5.伏安法测电源的电动势和内电阻 6.电表的改装 一、定值电阻作为保护电阻 定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用,这类问题的关键是弄清题目的设计原理，根据提供的数据进行必要的估算，确定好保护电阻在电路中的位置. 串联电阻具有分压作用，并联电阻具有分流作用，利用定值电阻的这种作用，可以用定值电阻来保护电表、待 测元件、电源、滑动变阻器等器材的使用安全，这种做 法遵循的是电学实验中的“安全性原则”． 【例1】测量电源B 的电动势E 及内阻r (E 约为4.5V ，r 约为1.5Ω)． 实验器材：量程3V 的理想电压表V ；量程0.5A 的电流表A (具有一定内阻)；定值电阻4R =Ω；滑动变阻器'R ；电键K ；导线若干． (1)画出实验电路原理图，图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出． (2)实验中，当电流表读数为1I 时，电压表读数为1U ；当电流表读数为2I 时，电压表读数为2U ,则可以求出E = ，r = ．(用1212I I U U 、、、及R 表示) 〖解析〗(1)测量电源电动势和内阻的实验原理是闭合电路欧姆定律．电压表用来测路端电压，电流表用来测干路中的总电流．当电路中电流达到最大值(电流表的量程) 0.5A 时，路端电压最小值为 (4.50.5 1.5)U E Ir =-=-?V 3.75=V ，大于电压表量程，故电压表不能直接用于测量路端电压．若将题中的定值电阻与电源串联，便组成一个等效电源．等效电源的内阻为R r +，最小路端电压为 '()[4.50.5(4 1.5)]U E I R r =-+=-+V 1.75=V ， 小于电压表量程，故可以保证测量的安全．实验电路原理图如图1所示． (2)由闭合电路欧姆定律可得，11()E U I R r =++,22()E U I R r =++,两式联立解得： 211221I U I U E I I -= -,1221 U U r R I I -=-- 【例2】利用下面适当的实验器材，设计一电路来测量电流表1A 的内阻1r ，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测出多组数据. A.电流表1()A 量程0～10mA 、内阻1r 待测(约40Ω); B.电流表2()A 量程0～500μA 、内阻2750Ωr =; C.电压表()V 量程0～10V 、内阻3=10k Ωr ; D.定值电阻1()R 阻值约100Ω、做保护电阻用; E.滑动变阻器2()R 总阻值约为50Ω; F.电源()E 电动势1.5V 、内阻很小; G.开关()S 、导线若干. (1)画出电路图，标明所用器材的代号. (2)若选测量数据中的一组来计算1r ，则所用的表达式为1r = ，说明式中各符号的意义. 〖解析〗 由1A 的量程和内阻值可知，其两端的最大电压大约为30101040V 0.4V U -=??=<10V .为便于测量的精确度尽可能高，10V 的电压表不能选用，要测量1A 的内阻值1r ，由伏安法测电阻原理必须知道它两端的电压1U 和其中的电流1I ，而电流1I 可由其读数读出，把电流表2A 和电流表1A 并联起来，电流表2A 的读数为2I ，则22I r 即为电流表1A 两端的电压，在这里电流表2A 当作 图 1
电学实验一测定金属的电阻率(练习使用螺旋测微器)教学设计 一、教学目的 1、掌握一种测定金属电阻率的方法 2、会使用螺旋测微器进行读数 3、培养理论联系实际的能力 二、学情分析： 学生对实验的兴趣较高，但往往缺乏认真的态度，同时初中的思维习惯还在头脑中作怪，把电表都当作理想的，这会成为学生正确连接电路以及分析数据的障碍，也会对实验中的误差分析形成干扰，因此在高三的实验复习中只要正确的引导，抓住学生对实验课的热情，有针对性地不断向学生强化各个电学实验的要点和注意事项。 三、教学方法 1、主体引导法：高三的实验复习课没有大多的时间给学生从基础开始复习实验，所以老师作为实验复习课的主体引导学生从知识的体系去复习。 2、讨论法：测量金属电阻率的实验电路设计有四种，通过讨论复习电流表的“内接法”、“外接法”、滑动变阻器的“分压式”、“限流式”接法，通过学生的讨论，加深学生对电路设计的掌握程度。 四、教学重点和难点 重点：伏安法测电阻 难点：实验电路的设计 五、教学过程 详见下页《电学实验一测定金属的电阻率(练习使用螺旋测微器)学案》 六、教学流程图
默写电阻定律公式，并提出问题：如何求电阻率 根据学生回答问题引出测量电阻率的原理。 根据原理，引出需要的准备知识。 根据原理设计电路图，确定实验步骤。 学生动手实验，并进行数据处理与误差分析。 例题讲解。 课后练习。 七、板书设计 电学实验一测定金属的电阻率(练习使用螺旋测微器) 1、实验目的 2、实验原理 螺旋测微器、游标卡尺的使用和读数 3、实验步骤 4、数据处理、误差分析 5、注意事项 一、实验目的： (1)掌握电流表、电压表的使用原则和读数方法，掌握滑动变阻器在电路中的两种常用的连接方式。 (2)学会使用螺旋测微器，并会读螺旋测微器的读数． (3)理解伏安法测电阻的原理及如何减小误差． (4)间接测定金属的电阻率． 二、实验原理： 由电阻定律R= 可知，金属的电阻率为ρ= ，因此，由金属导线的长度l、横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R= ，便可求出制成导线的金属的电阻率ρ = ． 三、实验前知识准备 1、螺旋测微器的构造原理及读数
电学实验练习题 1、（2012海南卷）.图1是改装并校准电流表的电路图，已知表头a 的量程为Ig=600A μ内阻为Rg ，A 是标准电流表，要求改装后的电流表量程为I=60mA 。完成下列填空。 （1） 图1中分流电阻Rp 的阻值为_______。 （2）在电表改装成后的某次校准测量中，a 表的示数如图所是，由此读出流过a 电流表的电流为___mA 。此时流过分流电阻R 跑的电流为_______mA （保留一位小数） 2、（2012北京高考卷）．（18分） 在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm ． （1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图1所示，其读数应为___________mm （该值接近多次测量的平均值） （2）用伏安法测金属丝的电阻Rx ．实验所用器材为：电池组(电动势为3V ，内阻约1Ω)、电流表(内阻 约0.1Ω)、电压表(内阻约3k Ω)、滑动变阻器R (0~20Ω，额定电流2A )、开关、导线若干． 某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下： 由以上数据可知，他们测量Rx 是采用图2中的_________图(选填“甲”或 “乙”)． （3）图3是测量Rx 请根据图(2)3 不至于被烧坏． （4）这个小组的同学在坐标纸上建立 44个4 （5 A ． C ．1×10 （6 A ．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差 B ．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C ．若将电流表和电压表内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差 D ．用U ─I 图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 3、（2012四川卷） (2)某学习小组的同学拟探究小灯泡L 的伏安特性曲线，可供选用的器材如下： 小灯泡L ，规格“4.0V ．0.7A”； 电流表A 1，量程3A ，内阻约为0.1Ω; 电流表A 2，量程0.6A ，内阻r 2=0.2Ω; S 2 图3 图4
十堰市一中2010级培优班物理辅导 第二讲：电学设计实验总结 高二物理组：李秀学 2011、10、27 一、一个中心 物理电学实验考查形式多样，题型变化多端，但几乎所有题型都围绕一个核心，即测电阻，如测定值电阻的电阻、电源的内阻、表头的内阻等。 二、两个基本点 在各种实验考查中，解决问题的最终落点多在于测量电路的选择和供电电路的选择上。 （一）、测量电路的选择 电流表接入的方式有两种，即外接法和内接法，无论采用哪种接法，由于电表内阻的影响都会存在系统误差。为了减少误差，常常采用下列方法进行选择电路： 1、临界值计算法：取临界电阻V A R R R .0=，与之比较： 如被测电阻x R 比临界电阻大则内接法，测量值为A x R R R +=测，测量值偏大； 如被测电阻x R 比临界电阻小则则外接法，测量值为x V x V R R R R R += 测，测量值偏小； 如被测电阻x R 与临界电阻接近则内外均可。 把以上内容记成口诀：“大内大、小外小”。 2、试触法 在x R 、A R 、V R 均未知的情况下，可采用试触法，如图，将 电键分别接触a 、b 两点，电流表和电压表计数分别为：a I 、b I 、a U 、b U 。 当b b a I I I -＞a b a U U U -时，选用内接法；b b a I I I -＜a b a U U U -，选用外接法。 （二）供电电路的的选择： 分压器：结构简单，节能……限流器：电压调节范围大…… 选择方法可能从下面几个方面综合考虑：
（1）、若负载阻值远大于滑动变阻器的最大值，分压式；若负载阻值与滑动变阻器的最大值相差不多，则分压、限流均可。 （2）、若要求负载上的电压或者电流从零开始连续调节，则必须用分压电路。 （3）两种均可的情况下，若要求电源消耗功率小，则必须用限流式电路。 三、设计电路的三条原则 1、安全性； 2、精确性； 3、方便性； 四、四个基本实验 1、测定金属丝的电阻率； 2、描绘电灯泡的伏安特性曲线 3、测定电源的电动势和内阻（伏安法、电流表或者电压表与电阻箱结合……） 4、练习使用多用电表 ①、测电压；②、测电流； ③、测电阻：红正黑负、中值附近、大小小大、换档调零…… ④、测二极管的正反向电阻。 五、定值电阻的五种应用 1、用于改装电表或扩大已有电表的量程 常见情况：①、将电流表改装为电压表；②、扩大电流表量程；③、扩大电压表量程。 例1、为了测定一节干电池的电动势和内阻，在实验中备有下列器材： 干电池（电动势约为1 . 5V ，内阻小于1Ω) ； 电流表G（满偏电流 1 . 5 mA ，内阻R G=20Ω)； 电流表A ( 0—0.6A ，内阻0.1Ω)； 滑动变阻器R1 (0—20Ω，10A )； 滑动变阻器R2 ( 0—100Ω，1A )； 定值电阻R3=980n ，开关，导线若干。 请你画出利用本题所提供的器材而设计的实验电路图（实验数据要求尽量准确）.
物理电学实验专题 一、伏安法测电阻及拓展 1.下表中选出适当的器材，试设计一个测量阻值约为15k Ω的电阻的电路。要求方法简捷，R X 两端电压能从0开始变化，要求有尽可能高的精确度。 电流表A 1：量程1mA 内阻约50Ω； 电流表A 2：量程300A μ 内阻约300Ω 电流表A 3：量程100A μ 内阻约500Ω；电压表V 1：量程10V 内阻约15K Ω 固定电阻：R 0=9990Ω； 电流表G ：I g =300A μ、R g =10Ω。 滑动变阻器R 1： 阻值约50Ω；额定电流为1A 滑动变阻器R 2： 阻值约100K Ω 额定电流为0.001A 电池组：E=3V ；内阻小但不可忽略； 开关，导线若干 2. 两块电压表测电阻 用以下器材测量一待测电阻R x 的阻值（900～1000Ω）： 电源E ，具有一定内阻，电动势约为9.0V ； 电压表V 1，量程为1.5V ，内阻r 1＝750Ω； 电压表V 2，量程为5V ，内阻r 2＝2500Ω； 滑线变阻器R ，最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关K ，导线若干。 （1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的3 1 ，试画出测量电阻R x 的 一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。 （2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。 （3）若电压表V 1的读数用U 1表示，电压表V 2的读数用U 2表示，则由已知量和测得量表示R x 的公式为R x ＝_________________。 3. 两块电流表测电阻 从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A 1的内阻r 1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，器材代号 规格 电流表（A 1） 量程100mA ，内阻r 1待测（约40Ω） 电流表（A 2） 量程500uA ，内阻r 2＝750Ω 电压表（V ） 量程10V ，内阻r 3=10k Ω 电阻（R 1） 阻值约100Ω，作保护电阻用 滑动变阻器（R 2） 总阻值约50Ω 电池（E ） 电动势1.5V ，内阻很小 开关（K ） 导线若干 （2）若选测量数据中的一组来计算r 1，则所用的表达式r 1＝________________，式中各符号的意义是____________________________________。 4.现有实验器材如下： 电池E ，电动势约10V ，内阻约1Ω 电流表A 1，量程300mA ，内阻r 1约为5Ω 电流表A 2，量程10A ，内阻r 2约为0.2Ω 电流表A 3，量程250mA ，内阻r 3约为5Ω 电阻箱R 0，最大阻值999.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω 滑动变阻器R 1，最大阻值100Ω，开关及导线若干 要求用图1所示电路测定图中电流表A 的内阻 （1）在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测定其电阻？ （2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，简要写出按电路图的主要连接方法． A A ′ R 1 R 0
高中物理-突破电学设计性实验的思路和方法 电学设计性实验题能有效地考查学生的实验技能和创造性思维能力，在高考中的考查频率很高．不少学生面对这类题感到无从下手．实际上，只要做到“三个明确”“三个选择”，问题便可迎刃而解． 一、明确题目的要求 认真审清题意，看清题目的要求．即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等． 二、明确实验原理 解决设计型实验题的关键在于选择实验原理．如果实验需要测定某些电学量，应弄清待测物理量可通过哪些规律、公式求得，与哪些物理量有直接联系，可用哪些物理量定量地表示，用何种方法测定相关量，进而得出待求量． 三、明确设计电路的原则 设计电路一般应遵循“安全性”原则、“精确性、方便性”原则，兼顾“运用仪器少，耗电少”等三条原则．1．安全性原则 选用仪器组成电路，首先要保证实验正常进行．例如通过电流表的电流和加在电压表上的电压均不得超过其量程，滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流(额定功率)等． 2．精确性、方便性原则 “精确”是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差，提高精确度．例如所用电流表、电压表的指针应有较大的偏转，一般应使指针偏转在满刻度的1/3以上，以减小因读数引起的偶然误差．“方便”是指实验中便于调节控制，便于读数．例如应根据电路可能出现的电流、电压范围选择滑动变阻器．对大阻值的滑动变阻器，如果滑片稍有移动就使电路中的电流、电压有很大变化，则不宜采用．对于滑动变阻器，还要权衡用分压式电路还是限流式电路． 3．运用仪器少，耗电少原则 在达到实验目的，各项指标均符合要求的前提下，还应注意运用的仪器尽量少和节约电能．例如控制电路有限流式与分压式两种调节电路，若这两种调节电路均能满足要求，从消耗功率小，节约电能的角度，则应选用限流式电路． 四、控制电路的选择 滑动变阻器选用限流接法和分压接法的依据： 1．负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连续可调，应选分压电路． 2．若负载电阻的阻值R x远大于滑动变阻器总阻值R，应选分压电路． 3．若负载电阻的阻值R x小于滑动变阻器总阻值R或相差不多，且没有要求电压从零可调，应选限流电路．4．两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路消耗的总功率小． 五、测量电路的选择 伏安法测电阻有两种电路，如图所示．可根据阻值比较法或试触法选择． 六、实验器材的选择 1．安全因素 通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流． 2．误差因素 选择电表时，保证电流和电压均不超过其量程．使指针有较大偏转(一般取满偏度的 1 3～ 2 3)；使用欧姆表选挡时让指针尽可能在中值刻度附近． 3．便于操作 选滑动变阻器时，在满足其他要求的前提下，可选阻值较小的． 4．关注实验的实际要求． [“伏伏法”测电阻](2016·陕西西工大附中适应性训练)用以下器材可测量电阻R x的阻值． A．待测电阻R x，阻值约为600 Ω B．电源E，电动势约为6.0 V，内阻可忽略不计 C．毫伏表V1，量程为0～500 mV，内阻r1＝1 000 Ω D．电压表V2，量程为0～6 V，内阻r2约为6 kΩ E．电流表A，量程为0～0.6 A，内阻r3约为1 Ω F．定值电阻R0，R0＝60 Ω
单电压表测电阻 单刀双掷开关简介 实物图：符号： 使用方法：单刀双掷开关由动端“刀”和不动端“1”“2”两个触电组成，使用时可将“刀”掷向“1”或“2”触点，起到双控的作用。
4.现有一个阻值为30Ω的定值电阻R0，一个电压约为12V的电源，一个只有0～3V量程的电压表，一个最大阻值为200Ω的滑动变阻器，开关及导线若干。请你设计一个实验，比较精确地测出一个约为20Ω的未知电阻R x的阻值(电路可重组)，要求： (1)画出实验电路图； (2)写出主要实验步骤和需要测量的物理量； (3)写出待测电阻R x的数学表达式(用已知量和测量量表示). 5.某课外科技小组要测量某定值电阻的值，提供的实验器材有：电源、一个最大阻值为R0滑动变阻器、两只开关、一只电压表(符合实验要求)，待测电阻R x，导线若干，请在方框内画出实验电路图(连接电路后不得拆改电路)，写出实验步骤和电阻R x的表达式。 6.物理实验课上，老师让同学能测一只位置电阻Rx的阻值，Rx的阻值约为5。除待测电阻外，老师提供的器材有：两节干电池，（电压约为3V），一块电压表，（量程0~3V，分度值为0.1V）一个阻值为20的定值电阻，一个最大阻值为20的滑动电阻器，若干开关导线。请你合理选用器材设计一个实验，测出未知电阻Rx的阻值。要求： (1)画出实验电路图(电路不可重组)； (2)写出主要实验步骤和需要测量的物理量； (3)写出待测电阻R x的数学表达式(用已知量和测量量表示). 测小灯泡功率 7.小灯泡的额定电压为2.5 V，其电阻为10 Ω左右，要测定小灯泡的额定功率.现有器材如下:电源1个(电压6 V)，导线若干，开关多个，电流表1个或电压表1个，2.5 V小灯泡1个，10 Ω的定值电阻R01个，滑动变阻器1个.请你选择器材用两种不同的方法测小灯泡的额定功率.每种方法只能用一种电表，只连接一次电路，要求画出电路图并简要说明实验方法.
电学设计性实验应做好的三个选择 一、控制电路的选择 滑动变阻器选用限流接法和分压接法的依据 a ．负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连读可调，应选分压电路. b ．若负载电阻的阻值Rx 远大于滑动变阻器总阻值R ，应选分压电路. c ．若负载电阻的阻值Rx 小于滑动变阻器总阻值R 或相差不多，且没有要求电压从零可调,应选限流电路. d ．两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路总功率小。 e ．特殊问题要具体问题具体分析 二、测量电路的选择 倍率比较法： 当R X ＜V A R R 时，采用电流表外接法; 测量结果：R 测＜R 真 当R X ＞V A R R 时，采用电流表内接法．测量结果：R 测＞R 真 三、实验器材的选择 ⑴安全因素：通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流. ⑵误差因素：选择电表时，保证电流和电压均不超过其量程.使指针有较大偏转（一般取满偏度的1/3 ～ 2/3之间）;使用欧姆表选档时让指针尽可能在中值刻度附近 ⑶便于操作：选滑动变阻器时，要考虑其允许通过的最大电流和其电压调节范围，又要操作方便. (4)实验的实际要求 例题:有一个电阻Rx,其阻值大约为10Ω,要测量其阻值.请选择适当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下： 电源E （电动势为4.5V ,内阻不计） 电压表V 1（量程为5V ，内阻为10K Ω） 电压表V 2（量程为3V ，内阻为6K Ω） 电流表A 1（量程为300mA ，内阻为4Ω） 电流表A 2（量程为500mA ，内阻为2Ω） 滑动变阻器R 1 （最大阻值20Ω,额定电流1.5A) 滑动变阻器R 2 （最大阻值500Ω,额定电流0.5A ） 开关和若干导线 变化1:有一小灯泡(4.5V 2W), 要描绘其伏安特性图线.请选择适当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下： 电源E （电动势为4.5V ,内阻不计） 电压表V 1（量程为5V ，内阻为10K Ω） 电压表V 2（量程为3V ，内阻为6K Ω） 电流表A 1（量程为300mA ，内阻为4Ω） 电流表A 2（量程为500mA ，内阻为2Ω） 滑动变阻器R 1（最大阻值20Ω,额定电流1.5A) 滑动变阻器R 2 （最大阻值500Ω,额定电流0.5A ） 开关和若干导线
电学实验专题复习（2） 林锦君 2011年3月13日 教材分析：近几年中考物理试题中实验的数量和分值呈上升趋势，进一步 体现新课程理念，电学实验较多，包括演示实验、探究实验、学生分组实验等，都是电学实验基础。增大实验在中考中的比例，是方向！实验复习课不能简单 重复教材内容，应该遵循“新中有旧，旧中有新”的基本复习原则，引导学生在 第一轮复习的基础上，针对“新”并非引入新知识新内容，而是对已学过的知识、规律进行再认识，启发学生可以从不同的角度重新审视、分析探究以前学过的 实验，学生产生新异感，激发学生进一步学习的兴趣和欲望，达到对原有知识 的内化、综合、系统和深化。正是基于此指导思想，在第二轮的专题复习中， 选择对电学三个实验对电学三个实验“电流与电压、电阻关系”“伏安法测定值电阻”“测小灯泡功率”进行先分类后整合，让学生从三个实验中感悟到三个实验的 共性及不同点，先对比再概括，学生经过反思发现经过这堂课的学习学到了知 一反三的方法，并能提高自己的分析问题、解决问题的能力。 课程地位：三个电学实验概括提升、掌握解题方法 学情分析：复习完一轮后，学生如果能够在这节课对比三类实验后，对物 理电学实验题就可以灵活应变 教学流程设计： 科学探究：欧姆定 律
第7 周星期 5 第 2 节2011 年 4 月 1 日课题电学实验专题复习二 教学目标知识与技能 ◎熟悉三个实验的共同点和不同点； ◎能够熟练电学实验的操作步骤，滑动变阻器的使用，欧姆定律、电功率的计算 ◎能够设计实验的表格并分析得出结论 过程与方法 ◎通过复习第一个实验可以做到举一反三，灵活应变。 ◎灵活使用控制变量法进行实验 ◎从举一反三实验中学会对比并概括。 情感、态度与价值观 举一反三的方法迁移到学习生活中去，体会物理并不难，体会到学习的快乐。 重点对比分析实验的异同点，并设计实验的表格难点实验表格的设计 教学策略教法选择交流讨论法、启发讲授法 学法引导学习时，注意对比分析，学会举一反三 教具演示投影仪（三个实验的实验报告——表格式） 学生人手一份表格（三个实验报告） 学生做题 老师讲评 学生评估 归纳总结 测小灯泡电功率 “伏安法”测电阻
普通物理实验设计性实验方案 实验题目：简单显微镜的设计 班级：物理学2011级（2）班 学号：2011433175 姓名：唐洁 指导教师：陈广萍 凯里学院物理与电子工程学院2013 年3月
简单显微镜的设计 要求： 1. 了解显微镜的基本光学系统及放大原理，以及视觉放大率等概念； 2. 学会按一定的原理自行组装仪器的技能及调节光路的方法； 3. 学会测量显微镜的视觉放大率； 4. 简单显微镜的放大率为31.8； 5. 物镜与目镜之间的距离为24cm ，即光学间隔为1 6.6cm 。 序 言 显微镜是最常用的助视光学仪器，且常被组合在其他光学仪器中。因此，了解并 掌握它的构造原理和调整方法，了解并掌握其放大率的概念和测量方法，不仅有助于加 深理解透镜的成像规律，也有助于正确使用其他光学仪器。 一、实验原理 （一）、光学仪器的视觉放大率 显微镜被用于观测微小的物体，望远镜被用于观测远处的目标，它们的作用都是 将被观测的物体对人眼的张角（视角）加以放大。显然，同一物体对人眼所张的视角与 物体离人眼的距离有关。在一般照明条件下，正常人的眼睛能分辨在明视距离处相距为 0.05～0.07mm 的两点。此时，这两点对人眼所张的视角约为/1，称为最小分辨角。当 微小物体（或远处物体）对人眼所张视角小于此最小分辨角时，人眼将无法分辨，因而 需借助光学仪器（如放大镜、显微镜、望远镜等）来增大物体对人眼所张的视角。这是 助视光学仪器的基本工作原理，它们的放大能力可用视觉放大率Γ表示，其定义为 w w tan tan / =Γ （1） 式中，w 为明视距离处物体对眼睛所张的视角，/w 为通过光学仪器观察时在明视距离 处的成像对眼睛所张的视角。 （二）、显微镜及其视觉放大率 最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的。其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较 长。它的光路如图所示，图中的o L 为物镜（焦点在o F 和/o F ）,其焦距为o f ；e L 为目镜， 其焦距为e f 。将长度为1y 的被观测物AB 放在o L 的焦距外且接近焦点o F 处，物体通过 物镜成一放大的倒立实像//B A (其长度为2y )。此实像在目镜的焦点以内，经过目镜放
电学实验 （2009年全国2）22、（5分）某同学得用多用电表测量二极管的反向电阻。完成下列测量步骤： （1） 检查多用电表的机械零点。 （2） 将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将选择开关拔至电阻测量挡适当的量 程处。 （3） 将红、黑表毛___________，进行欧姆调零。 （4） 测反向电阻时，将__________表笔接二极管正极，将_________表笔接二极管负 极，读出电表示数。 为了得到准确的测量结果，应让电表指针尽量指向表盘___________（填“左侧”、“右侧”或“中央”）；否则，在可能的条件下，应重新选择量程，并重复步骤 （5） （3）、（4）。 （6） 测量完成后，将选择开关拔向_____________________________位置。 答案： 短接 红 黑 中央 OFF （2011年全国1）22.（5分）为了测量一微安表头A 的内阻，某同学设计了如图所示的电路。图中，0A 是标准电流表，0R 和N R 分别是滑动变阻器和电阻箱，S 和1S 分别是单双掷开关和单刀开关，E 是电池。完成下列实验步骤中的填空： （1）将S 拨向接点1，接通1S ，调节___________，使待测表头指针偏转到适当位置，记下此时_______的度数I ； （2）然后将S 拨向接点2，调节________，使__________，记下此时N R 的读数； （3）多次重复上述过程，计算N R 读数的__________，此即为待测微安表头内阻的测量值。 答案;(1)R 0 A 0 (2) R N A 0的读书任为I （3）平均值 （2011年全国2）23．(12分)使用多用电表测量电阻时，多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联，两个表笔分别位于此串联电路的两端。现需要测量多用电表内电池的电动势，给定的器材有：待测多用电表，量程为60 mA 的电流表，电阻箱，导线若干。实验时，将多用电表调至×1 Ω挡，调好零点；电阻箱置于
电学实验(经典) 实验设计的基本思路 （一）电学实验中所用到的基本知识 , 电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）、测电源的电动势与内电阻是 考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为： Ir U E I U R +== ,。 可见，对于电路中电压U 及电流I 的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。 1．电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。 （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，不能烧坏仪器。 （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．电学实验仪器的选择： （1）选择电表：首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差。 — （2）选择滑动变阻器：注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。 （3）应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。
初中物理电学实验题精选(含答案)
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1、在学习欧姆定律之后，老师请同学们设计一个测未知电阻R x的电路，其中小明同学设计的电路如图1所示．R0为已知阻值的电阻，当s1闭合s2断开时，电流表读数为I；当s1、s2 都闭合时，电流表读数为I1． （1）请你写出小明同学测R x的表达式．R x= （2）小红设计了一种不同于小明同学设计的测量电路，如图2所示．请你将图3中的器材按图2电路连接起来（用笔连线表示导线），要求滑动变阻器的滑片P处于最右端时，连入电路的阻值最大． （3）比较两个电路图，请你说一说小红设计的电路的优点． 2、（1）在验证欧姆定律实验中，所连接的电路如甲图所示，当E、F间接入的电阻R0保持不变时，移动滑动变阻器R的滑片P，读出三组不同电压下的电流值，可探究出：当电阻一定是，电流与电压成比．调节变阻器的滑片P，使电压表的示数为U，再依次将E、F间的电阻R0换成定值电阻R1、R2，且R2＞R1＞R0，要使E、F间的电压表示数保持U 不变，应将滑动变阻器的滑片P逐渐向（选填“A”、“B”）端移动，可探究电流与电阻的关系． （2）在测小灯泡的电功率时，将E、F间的电阻换成一只额定电压是“3.8V”的小灯泡．在乙图电路中，当滑动变阻器的滑片P向（选填“A”、“B”）端移动，灯泡L逐渐变亮，电压表的示数逐渐变大，电流表的示数逐渐（选填“变大”、“变小”），通过比较还发现，在灯泡逐渐变亮的过程中，电压表示数与电流表示数的比值在增大，造成这一比值增大的原因是．当小灯泡两端电压表的示数为3.8V时，电流表示数如图丙所示，则电流表的示数为A，小灯泡的电功率为W．最后归纳时，老师告诉同学们，电压表的内阻很大，它并联在电路中时，只有极小的电流通过电压表，可以忽略不计，我们就是用上述方法测量小灯泡电功率的，假如考虑了电流通过电压表
高三物理电学实验专题 1.请读出以下测量仪器的示数,其中游标卡尺读数为cm, 螺旋测微器读数为mm,多用电表挡位为直流电压挡50 V时读数为V,若用欧姆表“×100”挡时的读数为Ω。 2.某学习小组设计了一个测定金属丝电阻率的实验电路如图所示。ab是一段粗细均匀的金属电阻丝,R0是阻值为6 Ω的保护电阻,学生电源的输出电压为10 V,电流表可视为理想电表。 (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径如图所示,其直径为mm。 (2)先接通电源,后闭合开关,发现电流表的示数为零,利用多用电表检查故障(电路中故障只有一处),先将选择开关旋至直流电压挡,测得各点间的电压如下表格。 由此可以判断电路发生的故障是。 (3)排除故障后进行实验,闭合开关K,调节线夹的位置,记录金属电阻丝ab接入电路的长度L和对应的电流表的示数I,根据得到的实验数据,作出了-L图像。由图像和测得的数据可估算出该金属丝的电阻率为Ω·m。(π取3,保留1位有效数字)
(4)若电流表不能视为理想电表,考虑电流表的电阻,则电阻率的测量值真实值。(选填“大于”“等于”或“小于”) 3.[2017北京海淀二模,21(2)]指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器。 ①如图所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关,通过操作开关,接线柱B可以分别与触点1、2、3接通,从而实现使用多用电表测量不同物理量的不同功能。关于此多用电表,下列说法中正确的是。(选填选项前面的字母) A.当S接触点1时,多用电表处于测量电流的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔 B.当S接触点2时,多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔 C.当S接触点2时,多用电表处于测量电阻的挡位,其中接线柱B接的是黑表笔 D.当S接触点3时,多用电表处于测量电压的挡位,其中接线柱B接的是红表笔 ②用实验室的多用电表进行某次测量时,指针在表盘的位置如图所示。 A.若所选挡位为直流50 mA挡,则示数为mA。 B.若所选挡位为电阻×10 Ω挡,则示数为Ω。 ③用表盘为图所示的多用电表正确测量了一个约15 Ω的电阻后,需要继续测量一个阻值约2 kΩ的电阻。在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前,请选择以下必须的步骤,并按操作顺序逐一写出步骤的序号: 。
电学实验的电路设计 与数据处理 益阳市十六中贺禹祥 ◇◆考情分析 从近几年的高考试题来看，70％的实验题目是电学实验，而电学实验中电路实验又占了很大的分量。因为电学实验容易出灵活题，从其他知识出灵活性题目比从电学实验中出灵活题要难一些。所以考试中围绕电学出题的几率高。题目以设计性实验和仪器选择类实验题为主，如2009年广东、江苏、山东、宁夏等高考试卷，都有电学实验题出现。 ◇◆复习指导 电学实验都是在基础知识之上，巧妙结合电路特点综合命制而成的。所以在复习时要掌握好基本的知识，以不变应万变。具体要做到：一、掌握电学基本原理，熟练应用伏安法测电阻，灵活处理电流表的接法，熟练掌握滑动变阻器的两种接法。二、熟悉仪器的选择依据，灵活选择实验仪器。注意从安全性、精确性和方便性这三个方面考虑。 三、加强实际操作能力和观察能力的培养。尽可能把《考试大纲》中要求的实验亲手做一遍，提高 动手能力。四、立足教材，适度扩展。对《考试大纲》规定的实验加以改造和翻新是近几年高考电学实验题的主要形式，在复习时要展开开放式的讨论和研究，激发创新精神。 一、实验原理的迁移及电路设计 例1：2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。 若图甲为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中R B 、R 分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁 敏电阻处于磁场中的电阻值R B 。请按要求完成下列实验。 (1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场的磁感应强度大小约为～，不考虑磁场对电路其他部分的影响)。要求误差较小。 提供的器材如下： A．磁敏电阻，无磁场时阻 值R =150Ω