浅析怎样进行电学实验设计

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1、浅析怎样进行电学实验设计李文浩设计性物理实验是近几年高考试题中的一个新亮点，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。电学实验设计较好地符合了上述要求，其灵活性强，区分度高，难度大，高考也对此类题情有独钟。本文将对电学实验设计的基本原则和基本思想进行系统的介绍，并对相应问题归类分析。一.基本原则1.安全：保证不损坏实验器材。2.精确：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：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

2、据便于处理。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。如果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。（2）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。（3）两种

3、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（4）若知道电压表的量程和阻值，则电压表兼有电流表的功能。（5）若知道电流表的量程和阻值，则电流表兼有电压表的功能。（6）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。下面通过实例对具体问题具体分析：1.电压表内阻测定的设计思路实际的电压表可视为一个理想电压表（其内阻为零）并联在待测内阻（较大）的两端，电压表的示数就是两端的电压，根据欧姆定律R=U/I可知，只需设法测出通过的电流即可。例1.（1997年全国）某电压表的内阻在之间，现要测量其内阻。实验室提供下列可选用

4、的器材：待测电压表V（量程3V）；电流表（量程）；电流表（量程）；电流表（量程0.6A）滑动变阻器R（最大阻值）；电源E（E=4V）；电键K，导线若干。（1）所提供的电流表中应选用_____。（2）为了尽可能减小误差，要求多测几组数据，试在方框内画出符合要求的实验电路图。解析：（1）流过电压表的最大电流为比较和的量程，根据精确的原则电流表应选。（2）由于要测出的电流，因此将与电压表串联。又因为滑动变阻器，根据基本思想（1），滑动变阻器需接成分压式。答案如图1所示。（从另外一个角度讲，如果采用限流电路，将损坏电压表，不满足安全的基本原则。）图12.电流表内阻测

5、定的设计思路实际的电流表可视为一个理想电流表（其内阻为零）串联在内阻（较小）上，电流表的示数就是所在支路的电流，根据欧姆定律可知，只需设法测出两端电压即可。例2.（2000年全国）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，并能测得多种数据。器材（代号）规格电流表（）量程，内阻，待测（约）电流表（）量程，内阻电压表（V）量程10V，内阻电池（）阻值约，作保护电阻用滑动变阻器（）总阻值约电池（E）总电动势1.5V，内阻很小电键（K）导线若干（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

6、一组来计算，则所用的表达式为____，式中各符号的意义是________________。解析：（1）由于需要测出两端的电压，可将“电压表”并联在的两端，但是将电压表的量程与电动势相比可知，电压表的指针只是稍微偏转，因此不能满足精确的基本原则，故不能选用。由于题目告诉了电流表的内阻，根据基本思路（5）知，可代替电压表，其量程为。虽然与电池的电动势相差很大，但考虑到限流电阻的存在，因而满足要求。电路图如图2所示。（由于题目无特别说明，而滑动变阻器与电流表内阻相当，所以限流电路也满足要求。）图2（2）用和分别表示通过电流表和的电流，易得3.电流表（有刻度无示数）

7、满偏电流测定的设计思路由于有刻度，故只需设法测出电流表的某一刻度所对应的电流值即可。例3.有以下可供选用的器材和导线若干，要求尽可能方便准确地测量电流表的满偏电流。A.电流表A1：满偏电流约，内阻在之间，表盘刻度均匀，总格数为N。B.电流表：量程0.6A，内阻。C.电压表V：量程3V，内阻。D.滑动变阻器：最大阻值。E.定值阻器，阻值。F.电源E电动势3V，内阻。G.开关（K）一个。（1）在方框中画出电路图，并标明所选器材的代号。（2）测出得的指针偏转了n格，可算出偏电流_____，符号代表的物理量是____（除开N和n）。解析：（1）易知可将“电流表”串联

8、在的支路上测上某刻度对应的电流。但由于电流表与量程相