1、专题八 电学设计性实验的处理考纲解读 1.掌握设计创新型实验的一般方法.2.能根据题目给的实验目的、器材，设计出合理的实验方案、实验步骤及数据处理的方法考点一 设计性实验的答题思路与方法1明确实验目的审题时要看清 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2广泛联系、寻找原型、确定实验原理3根据实验原理与实验器材，迁移实验方法，确定实验方案4实验电路的选择(1) (2)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 1甲为限流式，图乙为分压式图 1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：负载电阻
2、的阻值 Rx远大于滑动变阻器总电阻 R，需用分压式电路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，需用分 压式电路负载电阻的阻值 Rx小于滑动变阻器的总电阻 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，因为限流式接法消耗的的总功率较小例 1 中国机器人农民发明家吴玉禄(被誉为中国的特斯拉) 只有小学文化，为了给他的机器人吴老二找一个可充电电池，他在废品站找到了一个像电池一样有两个电极的装置，上面标有“TNT”字样，他高兴地拿回去充电，结果差点丢了性命如果你是他的儿女，为了安全起见，你能给他提出一些建议或帮
3、助吗？(1)经上网查找这是只工业电雷管，由电能转化成热能而引发爆炸的，利用了电流的热效应给你一个多用电表你会选择_( 直流电流、直流电压、电阻) 挡来判断它是否为电池，可保证既安全又方便(2)经核实该电雷管全电阻阻值为 6 ，其中电热丝阻值为 5 ，引脚线长 2 m，阻值为1 ，当通以 0.45 A 电流时约 6 s 钟爆炸，若吴玉禄用 5.4 V 的电压给它充电时理论上约_s 钟爆炸(3)某兴趣小组发扬吴玉禄精神，用伏安法设计了一实验精确测量上述单只电雷管电阻的电路，准备了以下实验器材：待测电雷管 Rx，炸药桶( 保护作用，防爆破)电流表 A1：量程 0.5 A、内阻约 0.5 电流表 A2
4、：量程 30 mA、内阻约 30 电压表 V1：量程 30 V、内阻约 10 k电压表 V2：量程 2 V、内阻约 3 k滑动变阻器 R：010 电阻箱 R0：0999.9 ，0.1 A干电池 E：电动势 E1.5 V，内阻 r 约 0.1 电键 S 及导线若干请设计一个较合理的电路原理图，画在规定的虚线框内，要求通过电雷管的电流不超过 27 mA，电压能从零调节，尽可能减小误差写出 Rx的计算公式 Rx_ ；说明公式中各物理量的意义：_.解析 (1)由直流电压挡的内阻较大，如是电池，能 显示电压 ，电流较小；如是 TNT，直流电压挡不会给它供电，也是安全的；如用 电阻挡测试，多用电表内部电池
5、会给 TNT 供电，可能有危险；所以应选直流电压挡(2)由焦耳定律：I Rt1( )2Rt，解得 t1.5 s.21UR总(3)由于要求电雷管的电流不超过 27 mA，因此电流表应选 A2，且应给待测电雷管串联电阻箱作限流电阻 电压表 V1 量程过大，应选 V2，且电流表应外接，滑 动变阻器应用分压式 电路图如图所示由欧姆定律知 Rx R 0.其中，U 为电压表示数，I 为电流表示数，R 0为电阻箱读数UI答案 (1)直流电压 (2)1.5 (3) 见解析图 R 0 U 为电压表示数，I 为电流表示UI数，R 0 为电阻箱读数实验设计流程例 2 在“描绘小电珠的伏安特性曲线”的实验中，现除了有
6、一个标有“5 V,2.5 W”的小电珠、导线和开关外，还有：A直流电源(电动势约为 5 V，内阻可不计)B直流电流表(量程 03 A ，内阻约为 0.1 )C直流电流表(量程 0600 mA，内阻约为 5 )D直流电压表(量程 015 V，内阻约为 15 k)E直流电压表(量程 05 V，内阻约为 10 k)F滑动变阻器(最大阻值 10 ，允许通过的最大电流为 2 A)G滑动变阻器(最大阻值 1 k，允许通过的最大电流为 0.5 A)实验要求小电珠两端的电压从零开始变化并能测多组数据(1)实验中电流表应选用_，电压表应选用_ ，滑动变阻器应选用_(均用序号字母表示 )(2)请按要求将图 2 中
7、所示的器材连成实验电路图 2(3)某同学通过实验正确作出的小电珠的伏安特性曲线如图 3 所示现把实验中使用的小电珠接到如图 4 所示的电路中，其中电源电动势 E6 V，内阻 r1 ，定值电阻R9 ，此时电珠的实际功率为_W(结果保留两位有效数字)图 3图 4解析 (1)由电珠标识(5 V,2.5 W)知， I 0.5 A，因此电流表选 C，电压表选 E.由于电PU路接成分压式，滑动变阻器选 F.(2)如图所示(3)把定值电阻作为电源的内阻，则该电源短路时的电流为 Imax 0.6 A，在题图中ER r的 UI 图中，作出此电源的 UI 图线如图中虚线所示两图线交点即表示该电珠的实际工作点由 图
8、知U2.2 V，I0.38 A，所以 PUI2.20.38 W0.84 W.答案 (1)C E F (2)见解析图 (3)0.84(0.81 0.87) 皆可考点二 实验方法及数据处理方法的迁移运用1实验方法迁移基本的实验方法包括：实验原理的设计方法、 实验误差的控制方法和 实验数据的处理方法，将基本的实验方法和物理原理合理迁移，可 设计出测量不同的物理量、可探究不同问题的实验方案教材中所学过 的物理规律、物理公式中只要含有某一物理量， 则该规律、公式就可作为研究或测定该物理量的原理基础而进行相应的实验方法设计如用伏安法测电阻，R ，也可迁移到测电压表内阻和电流表内阻上去UI2实验数据的迁移数
9、据探究性实验的主要功能是通过实验提供的数据信息，分析各数据中的内在 联系，找出数据中所包含的物理规律常用的数据 处理方法(如平均值法、图象法、逐差法、比较法等)和误差分析方法应该掌握例 3 常用的电流表有内阻，现要测量电流表 G1 的内阻 r1，电路如图 5 所示供选择的仪器如下：图 5A待测电流表 G1(05 mA，内阻约 300 )B电流表 G2(010 mA，内阻约 100 )C定值电阻 R1(30 )D定值电阻 R2(300 )E定值电阻 R3(3 k)F滑动变阻器 R4(020 )G电源(电动势 6.0 V，内阻不计)H开关 S 及导线若干(1)电路中与电流表 G1 并联的电阻应选
10、_，保护电阻应选用_(请填写器材前的字母序号)(2)根据电路图在图 6 中连接实物图，要求闭合开关前滑动变阻器的滑动触头 P 处于正确位置图 6(3)补全实验步骤：按电路图连接电路；闭合开关 S，移动滑动触头 P 至某一位置，记录 G1、G 2 的读数 I1、I 2；_；以 I1 为纵轴，I 2 为横轴，作出相应图象如图 7 所示图 7(4)根据 I1I 2 图线的斜率 k 及定值电阻，写出电流表 G1 内阻的表达式 r1_.解析 (1)由于 G2 的量程为 010 mA，而 G1 的量程为 0 5 mA，则与 G1 并联的电阻分流大约是 05 mA，应与 G1 的内阻相当，因此应选 R2，即
11、 D.保护电阻如过大，则导致G1、G2 示数很小，或指针不偏转，因此 应选 R1，即 C.(2)(3)多次移动滑动触头， 记录相应的 G1、G2读数 I1、I2.(4)从电路可知：(I 2I 1)R2I 1r1，即 I1 I2，即 k，所以 r1 R2.R2R2 r1 R2R2 r1 1 kk答案 (1)D C (2) 见解析图 (3)多次移动滑动触头，记录相应的 G1、G 2 读数 I1、I 2 (4) R21 kk(限时：30 分钟)1某同学将完好的仪器连接成如图 1 所示电路(其中滑动变阻器的连线没有画出) ，用来探究小灯泡电阻与电压的关系图 1(1)闭合开关进行实验时发现，无论怎样移动
12、滑片 P，电压表和电流表的示数都不为零，但始终没有变化则该同学把滑动变阻器接入电路中的方式可能是_(填写选项代号)aG 与 C 相连，F 与 H 相连bG 与 C 相连，D 与 H 相连cG 与 E 相连，F 与 H 相连dG 与 E 相连，D 与 H 相连(2)在图中将滑动变阻器正确接入电路中，要求：灯泡两端的电压可以从零开始进行调节(3)在正确操作下，该同学得到灯丝两端电压 U 和对应电阻 R 的数据如下表：U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0R/ 2.1 3.0 3.8 4.4 5.2 5.6 5.9 6.0根据表中数据在图 2 中描出 RU 图线；
13、图 2根据图线，可以得到灯丝在未通电时的阻值约为_.答案 (1)bc (2)如图所示(3)如图所示1.0(0.91.2 均可)2某同学想利用所学知识测量某种圆柱形材料的电阻率，实验要求必须精确测出该段材料的阻值除了导线和开关外，实验室还备有以下器材可供选用：电流表 A1，量程 1 A，内阻 r1 约 0.5 电流表 A2，量程 30 mA，内阻 r2 约 200 电压表 V1，量程 6 V，内阻 RV1 等于 20 k电压表 V2，量程 10 V，内阻 RV2 约 30 k滑动变阻器 R1,020 ，额定电流 2 A滑动变阻器 R2,02 000 ，额定电流 1 mA电源 E(电动势为 12
14、V，内阻 r 约 2 )(1)请选择合适的器材，设计出便于精确测量的电路图画在虚线框中，其中滑动变阻器应选_(2)若选用其中一组电表的数据，设该段圆柱形材料的长为 L，直径为 d，由以上实验得出这种材料电阻率的表达式为_，式中符号的含义为_答案 (1)电路图见解析图 R 1 (2) U 1 表示电压表 V1 的示数，d2U2 U1RV14U1LU2 表示电压表 V2 的示数解析 (1)由于 V1 的阻值已知，可当电流表使用，故可以采用将待测材料与 V1 串联再与V2 并联，由于滑动变阻器阻值远小于待测电阻的阻值，故滑动变阻器应采用分压式接法，为调节方便选用小阻值的 R1，电路图如图所示(2)由
15、电路图知，R x ，IV1 ，又 Rx ，联立得 ，式中U2 U1IV1 U1RV1 LS d2U2 U1RV14U1LU1 表示电压表 V1 的示数，U 2 表示电压表 V2 的示数3现有一特殊电池，它的电动势 E 约为 9 V，内阻 r 约为 40 ，已知该电池允许输出的最大电流为 50 mA.为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图 3 所示的电路进行实验，图中电流表的内阻 RA 已经测出，阻值为 5 ，R 为电阻箱，阻值范围为 0999.9 ， R0 为定值电阻， 图 3对电路起保护作用(1)实验室备有的定值电阻 R0 共有以下几种规格A10 B50 C150 D500 本实验选
16、用哪一种规格的定值电阻最好？_.(2)该同学接入符合要求的 R0 后，闭合开关 S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图 4 所示的图线，则根据该同学作出的图线可求得该电池的电动势 E_ V，内阻 r_ .图 4答案 (1)C (2)10 45解析 (1)当 R0 时，应该有 R0rR A ，即 R0135 时，可保证电路9510 2中电流不超过最大允许电流， R0应该选择 C.(2)由 E I(rR 0R AR )，得 (RR 0) (rR A)，结合图象可得 (rR A)5 A1 ，1I 1E 1E 1E斜率 V1 ，解得 E10 V ，r45 .1E 45 154
17、00 1004将一铜片和一锌片分别插入一个苹果内，就构成了简单的“水果电池” ，其电动势约为1.5 V可是这种电池并不能点亮额定电压为 1.5 V、额定电流为 0.3 A 的手电筒上的小灯泡，原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测得还不足 3 mA.为了较精确地测定该水果电池的电动势和内阻，提供的实验器材有：A电流表 A1(量程 03 mA，内阻约为 0.5 )B电流表 A2(量程 00.6 A，内阻约为 0.1 )C电压表 V(量程 01.5 V，内阻约为 3 k)D滑动变阻器 R1(阻值 010 ，额定电流为 1 A)E滑动变阻器 R2(阻值 03 k ，额定电流为 1 A)F电键，导线若
18、干G水果电池(1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(均用序号字母表示)(2)请在虚线框内画出实验电路图(3)根据实验记录的数据，经描点、连线得到水果电池的路端电压随电流变化的 UI 图象如图 5 所示，由图可知：水果电池的电动势 E_V，内阻 r_.答案 (1)A E图 5(2)如图所示(3)1.35 450解析 由图象知电源内阻较大，因此电流表应外接，误差较小；同时滑动变阻器应选 R2，电流表才会有明显的示数变化5()用下列器材组装成一个电路，要求既能测量出电池组的电动势 E 和内阻 r，又能同时描绘小灯泡的伏安特性曲线A电压表 V1(量程 6 V，内阻很大)B电压表 V2(量程 3
19、 V，内阻很大)C电流表 A(量程 3 A，内阻很小 )D滑动变阻器 R(最大阻值 10 ，额定电流 4 A)E小灯泡(2 A 5 W)F电池组(电动势 E，内阻 r)G开关一只，导线若干实验时，调节滑动变阻器的阻值，多次测量后发现：若电压表 V1 的示数增大，则电压表 V2 的示数减小()请将设计的实验电路图在如图 6 所示的虚线框中补充完整图 6(1)每一次操作后，同时记录电流表 A、电压表 V1 和电压表 V2 的示数，组成两个坐标点(I 1，U 1)、( I2，U 2)，标到 UI 坐标系中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如图 7 所示，则电池组的电动势 E_ V ，内阻 r_ .
20、(结果保留两位有效数字)图 7(2)在 UI 坐标系中两条图线在 P 点相交，此时滑动变阻器连入电路的阻值应为_ .答案 () 如图所示(1)4.5 1.0 (2)0解析 由图象可知，纵轴截距为电源电动势 E4.5 V，该直线斜率的绝对值表示电源内阻 r1.0 ，由交点 P 可知，灯泡两端电压为 2.5 V，电流为 2 A，所以滑动变阻器连入电路的阻值为 0 .6某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一螺线管两接线柱之间金属丝的长度可选用的器材如下：A待测螺线管 L(符号 )：绕制螺线管的金属丝电阻率为 ，阻值约几十欧B电流表 A1：量程 10 mA，内阻 r140 C电流表 A2：量程 50
21、0 A，内阻 r2750 D电压表 V：量程为 10 V，内阻为 10 kE保护电阻 R1：阻值为 100 F滑动变阻器 R2：总阻值约为 10 G电源 E，电动势约为 1.5 V，内阻忽略不计H开关一个及导线若干(1)用多用电表粗测线圈的电阻，选择倍率“1”和“ 10”，经正确步骤操作，多用电表表盘示数如图 8 所示，则金属丝的电阻约为_ .图 8(2)为了尽可能准确的测量 RL，要求电表的指针偏转至少要达到满刻度的 ，请你设计一13种适合的电路，将你设计的电路画在虚线框中，并标明所用器材的代号(3)由已知量和测得量的符号表示金属丝的长度 L，则 L_.答案 (1)48(2)电路如图所示(画出其中一个即可 )电路一电路二(3)电路一：L 电路二：LD2I1r1 I2r24I2 D2I2r24I1 I2
