电学设计.docVIP

电学设计性实验的解答策略 设计性实验是在掌握基础实验、基本测量工具之后，完成指定的实验任务而进行的综合实验。它包括确定实验方案、选择实验仪器、拟定实验步骤、调控实验条件、观察记录和处理实验数据、误差分析等等。完成设计性实验，不仅需要一定的理论知识，实验技能，而且在完成任务的过程中，通过储存检索、综合分析、推理判断、活化和运用物理知识，使实验能力得到全面发展。 一、【解答策略〗 ⒈解析设计要求，构造物理情景 设计性实验是在掌握基础实验之后进行的综合实验，因此应着眼于解析问题的条件和要求,尽量与基础实验、社会生活和已有知识相联系，构造与问题相适应的物理情景。 ⒉依据实验原理，确定实验方案 设计性实验的核心是设计实验原理，它是进行设计实验的根本依据和起点。实验原理的确定：应依据物理情景，还原物理模型，寻求实验原理的建立。实验方案的确立在遵循：正确性、可靠性、简便性和精确性的同时，还应根据原理的适用条件和可能达到的实验精度，选定适合设计要求的方法。 ⒊注重误差分析，合理选择器材 设计性实验的目的是验证已有物理规律，揭示新的物理现象，寻求新的物理规律，为此，我们必须在服从实验原理的条件下，以尽量减小实验误差的要求加以选择。 减小误差其主要是减小测量仪器示值误差和实验原理、实验方法的方法误差。例如电学实验中的仪器和线路，选择时应注意伏安表的选择以采用尽可能使指针接近满刻度的量程为宜；欧姆表宜使指针尽可能指在中间刻度附近的倍率档位； ⒋调控实验条件，拟定实验步骤 任何原理、规律都有它成立的条件，我们在验证、探索、测量和应用时都应将它成立的条件和与拟定的实验步骤相联系。边调控、边进行程序操作，两者互相制约。一般的程序是：从调控的条件入手，先安装器材，再进行实验操作。 ⒌观察纪录数据，处理分析结论 实验测量不可能得到被测量的真实值，只能是近似值，而实验数据的纪录反映了近似值的大小。对数据用简明而严格的方法把实验数据所代表的事物内在规律性提炼出来，找出实验所需的实验结论。 二、〖例题解析〗〖例1〗用图所示的电路测定未知电阻ＲＸ的值，图中电源电动势未知，电源内阻与电流表的内阻均可忽略不计，Ｒ为电阻箱。（98高考题） ⑴若要测得ＲＸ的值，Ｒ至少需要取_________个不同的数值。 ⑵若电流表每个分度表示的电流值未知，但指针偏转角度与通过的电流成正比,则在用此电路测ＲＸ时,Ｒ至少需取___个不同的数值。 ⑶若电源内阻不可忽略，能否应用此电路测量ＲＸ？答：_______ 【分析与解】此设计型实验是确定实验方案，拟定实验步骤。条件有：未知电源的ε、安培表Ａ、待测电阻Ｒｘ、电阻箱Ｒ。根据实验条件和要求，可以与必修教材P６５第6题“单安法”测电阻实验相类比。或者将Ｒｘ看成是电源的内阻，利用安培表来测量电源电动势的内阻。这样，将一个设计性实验转化或还原为一个已知的基本实验。 ⑴由于电源和电流表内阻不计，当电阻箱为R１时,电流表读数为I１时有：ε=I１(R１+RＸ) ①当电阻箱为R２时,电流表读数为I２时有：ε=I２(R２＋RＸ) ②显然，只要能测量I１、I２、R１、R２就可以测RＸ。 ⑵设每格电流值为I０，则有：I１=N１I０，I２=N２I０，代如ＲＸ可得：因而，若测出两次指针所偏转的格数Ｎ１和Ｎ２，就可测出ＲＸ，无需知道电流的值。 ⑶若电源内阻ｒ不能忽略，采用原电路测量Ｒｘ，则不能测量出该电阻的阻值。原因是：此时可将ｒ等效为ＲＸ的一部分，将不能测出RＸ，但可测出：（ＲＸ＋ｒ）的值。 【解后反思】⑴将上面的第⑶改为：若电源内阻不可忽略，应如何来测量ＲＸ？【答案：分三次测量：第一次将电源与电阻箱Ｒ０相连接，测出此时的电流为Ｉ１，第二次将待测电阻Ｒｘ与电源相连接，测出此时的电流为Ｉ２，第三次将电阻箱Ｒ０也串入到Ｒｘ电路中，同理测得此时的电路为Ｉ３。则可列出：⑵若给出：电阻箱、电流表和电键各一只、导线若干，请问如何来粗测电池的电动势和内阻？【答案：与该题的第⑴问相同，只是将电池的内阻ｒ看成是Ｒｘ即可。】 ⑶若给出：电阻箱、电压表和电键各一只、导线若干，请问如何来粗略测量电池的电动势？【答案：见下题的实验方法】 〖例２〗（86全国高考题）有两只伏特表Ａ和Ｂ，量程已知，内阻不知。另有一干电池，它的内阻不知等于多少。只用这两只伏特表、电键和一些连接的导线，能通过测量计算出这个电池的电动势（已知电动势不超过伏特表的量程）⑴画出你测量时所用的电路图。⑵以测的量做为已知量，导出计算电动势的式子。 【分析与解】测量仪器是“伏特表”，要测量电池的电动势，则设计的原理是“全电路欧姆定 律”。给定两个伏特表来测定电池的电动势，则可形成如图Ⅵ－２所示的４种原理图。求解可利用：在遵循“简便性”和“精确性”原则来看：应采用两种测量。这也表明，设计性实验常常对应