求解設(shè)計(jì)類電學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)具備的六個(gè)意識(shí)

1、求解設(shè)計(jì)類電學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)具備的六個(gè)意識(shí)呂寶印電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高考實(shí)驗(yàn)考查的熱點(diǎn)，而設(shè)計(jì)類電學(xué)實(shí)驗(yàn)以其靈活多變，易于發(fā)散、有利于對(duì)實(shí)驗(yàn)綜合能力進(jìn)行考查等特點(diǎn)，更是成為熱點(diǎn)中的焦點(diǎn)。這類題目層出不窮，常考常新。求解設(shè)計(jì)類電學(xué)實(shí)驗(yàn)，要在把握“安全、準(zhǔn)確、有效、節(jié)能”這一總原則的前提下，兼?zhèn)淙缦铝鶄€(gè)意識(shí)。一、電路選擇意識(shí)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材的，不同靈活選用伏安法（又分內(nèi)接和外接）、替代法、比較法、半偏法等測(cè)量電路。從供電方式上又可分為限流電路，分壓電路。圖1AV例1（2005年高考廣東物理試題第12題）.熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件。現(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性

2、曲線盡可能完整。已知常溫下待測(cè)熱敏電阻的阻值約45。熱敏電阻和溫度計(jì)插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其它備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水杯（圖中未畫出）、電源（3V、內(nèi)阻可忽略）、直流電流表（內(nèi)阻約1）、直流電壓表（內(nèi)阻約5k）、滑動(dòng)變阻器（020）、開關(guān)、導(dǎo)線若干。畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，要求測(cè)量誤差盡可能小。、略。解析：為了得到盡可能完整的伏安特性曲線，要求加在熱敏電阻上的電壓由零逐漸增大。因此從供電電路上講應(yīng)選擇分壓電路。又由于常溫下待測(cè)熱敏電阻的阻值約45，與給定直流電流表的內(nèi)阻接近，因此，電阻測(cè)量部分應(yīng)選伏安法中的外接法。得電路如圖1ARLE二、極值預(yù)判意識(shí)：計(jì)算電流、電壓極大值，

3、以便用來判斷電表的量程是否夠用或者用來預(yù)判實(shí)驗(yàn)中表針的偏轉(zhuǎn)是否會(huì)過?。ㄈ缙D(zhuǎn)過小，則讀數(shù)誤差過大、甚至于無法讀數(shù)）；計(jì)算電流、電壓極小值，看限流供電方式是否能滿足要求、電表量程是否夠用。例2（2005年上海高考物理卷第16題）一根長(zhǎng)為1m的均勻電阻絲需與一“10V，5W”的燈同時(shí)工作。電源電壓恒為100V。電阻絲阻值R=100（其阻值不隨溫度變化）?，F(xiàn)利用分壓電路從電阻絲上獲取電能，使燈正常工作。ARLE圖2在右面方框中完成所需電路；電路中電流表的量程應(yīng)選擇_（選填：“00.6A”或“03A”）；(3)略解析：依據(jù)題目要求，得到分壓電路圖，如圖2.在調(diào)節(jié)燈泡電壓，使其正常工作過程中，干路中的最

4、小電流為1A，正常工作時(shí)，干路電流約1.1A，故電流表的量程應(yīng)選擇“03A”。三、調(diào)節(jié)有效意識(shí)：滑動(dòng)變阻器的選取要與供電電路匹配，使得通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭位置來靈活改變被測(cè)電阻上的電壓（電流）。在限流式接法中，應(yīng)選用電阻與待測(cè)電阻比較接近的變阻器；在分壓式接法中，應(yīng)選用電阻較小而額定電流較大的變阻器。A2A1EabS2R1R2R3S1圖3例3（2005年北京高考物理卷第22題）為了測(cè)定電流表A1的內(nèi)阻，采用如圖3所示的電路。其中：A1是待測(cè)電流表，量程為300A，內(nèi)組約為100；A2是標(biāo)準(zhǔn)電流表，量程是200A；R1是電阻箱，阻值范圍0999.9；R2是滑動(dòng)變阻器；R3是保護(hù)電阻；E是電池組，電動(dòng)

5、勢(shì)為4V，內(nèi)阻不計(jì)；S1是單刀單擲開關(guān)，S2是單刀雙擲開關(guān)。(1)根據(jù)電路圖,將器材連接成實(shí)驗(yàn)電路。（略）(2)連接好電路，將開關(guān)S2扳到接點(diǎn)a處，接通開關(guān)S1，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2使電流表A2的讀數(shù)是150A；然后將開關(guān)S2板到接點(diǎn)b處，保持R2不變，調(diào)節(jié)電阻箱R1，使A2的讀數(shù)仍為150A。若此時(shí)電阻箱各旋鈕的位置如圖所示，電阻箱R1的阻值是_，則待測(cè)電流表A1的內(nèi)阻Rg= _。 (3)上述實(shí)驗(yàn)中，無論怎樣調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2的滑動(dòng)端位置，都要保證兩塊電流表的安全。在下面提出來供的四個(gè)電阻中，保護(hù)電阻R3應(yīng)選用：_（填寫阻值相應(yīng)的字母）。A. 200k B. 20k C. 15k D

6、. 20（4）下面提供最大阻值不同的四個(gè)滑動(dòng)變阻器供選用。既要滿足上述實(shí)驗(yàn)要求，又要調(diào)整方便，滑動(dòng)變阻器_（填寫阻值相應(yīng)的字母）是最佳選擇。A1k B.5 k C.10 k D.25 k解析：本題測(cè)電阻原理為替代法。用電阻箱取代被測(cè)電表接入電路，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使標(biāo)準(zhǔn)表A2的讀數(shù)仍為第一種電路狀態(tài)數(shù)值，此時(shí)的電阻箱便等效替代了第一種電路中的被測(cè)表電阻。電阻箱讀數(shù)為86.3，待測(cè)電流表A1的內(nèi)阻Rg為86.3。應(yīng)用極值預(yù)判來確定保護(hù)電阻R3的阻值?；瑒?dòng)變阻器R2短路時(shí)，電路中的電流最大，應(yīng)保證電流表A2不損壞，可估算得在實(shí)驗(yàn)中電流表的阻值為150A時(shí)，電路中總電阻為，可知此時(shí)R2接入電路阻值約為

7、6.7 k。再結(jié)合調(diào)節(jié)有效原則，選擇滑動(dòng)變阻器C最佳。四、電路保護(hù)意識(shí)：當(dāng)預(yù)判的結(jié)果超出電表量程（或用電器超額定電壓）時(shí)，可改限流供電為分壓供電方式，或串接合適的保護(hù)電阻；在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)要先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭的位置，使電鍵閉合后被測(cè)電阻上的電壓（或電流）最小。例4（2005年全國(guó)理綜卷1第22題）。測(cè)量電源B的電動(dòng)勢(shì)E及內(nèi)電阻r（E約為4.5V,r約為1.5）。V器材：量程3V的理想電壓表 ，量程0.5A的電流表 （具有一定的內(nèi)阻），固定電阻R=4，滑動(dòng)變阻器，電鍵K，導(dǎo)線若干。畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。圖中各元件需用題目中給出的符號(hào)或字母標(biāo)出。略圖4AVRRE,rK解析：本題給出的器材是“兩表一

8、變”，測(cè)量原理源于課本實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)高于課本實(shí)驗(yàn)之處在于理想電壓表的量程略小。先以課本實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行極值預(yù)判：實(shí)驗(yàn)中電流最大值為0.5A，此時(shí)電源內(nèi)電壓約0.75V，外電壓高于3V，無法用電壓表直接測(cè)量路端電壓。基于此點(diǎn)，可將定值電阻用作保護(hù)電阻，進(jìn)行串聯(lián)分壓，使得電壓表測(cè)量外電路的部分電壓。設(shè)計(jì)電路如圖4五、電表變用意識(shí)：如果題中給出了電表的量程與具體的內(nèi)阻值，則可將電流表當(dāng)做小量程的電壓表來使用（反之亦然）；還可利用題中給出的定值電阻或電阻箱，將電流表擴(kuò)大量程或改裝成大量程電壓表。也可以將電表視為能顯示自身電壓或電流值的特殊電阻。六、分壓、分流意識(shí)：可借助串、并聯(lián)電路的分壓、分流特點(diǎn)，得到

9、被測(cè)電阻的電壓、電流值，直接依據(jù)比例或歐姆定律（伏安法思想）得到被測(cè)電阻或電表的電阻值。例5（2004高考四川吉林卷第22題）用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻Rx的阻值（9001000）：電源E，具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約為9.0V；電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1750； 電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r22500；滑線變阻器R，最大阻值約為100； 單刀單擲開關(guān)K，導(dǎo)線若干。（1）測(cè)量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的，試畫出測(cè)量電阻Rx的一種實(shí)驗(yàn)電路原理圖（原理圖中的元件要用題圖中相應(yīng)的英文字母標(biāo)注）。（2）根據(jù)你所畫的電路原理圖在題給的實(shí)物圖上畫出連線。（略）（3）若電壓表V1的讀數(shù)用U1表示，電

10、壓表V2的讀數(shù)用U2表示，則由已知量和測(cè)得量表示Rx的公式為Rx_。 解析：首先確定供電方式。由于滑動(dòng)變阻器阻值比電壓表和被測(cè)電阻小好多，如采用限流供電方式，既起不到調(diào)節(jié)作用，也無法保證安全供電，故應(yīng)采用分壓供電方式。圖5V2V1RxRE具體測(cè)量電路有兩種選擇。圖6V1V2RxRE思路一：應(yīng)用電表變用思想。本題中電壓表的內(nèi)阻已給出，除發(fā)揮電壓表功用外，又可變用為電流表，量程均為2mA. 電路如圖5所示。在此實(shí)驗(yàn)中，加在Rx上的電壓由電壓表測(cè)出，Ux=U1；流過Rx的電流可借助兩電壓表變用后的差值求出。故；此方法是使用的伏安法思想。思路二：利用分壓思想。電路如圖6所示.被測(cè)電阻與電壓表V1串聯(lián)，

11、電阻與電壓成正比。電壓表電壓由自身測(cè)得，被測(cè)電阻上的電壓由兩表差值測(cè)得。易知。此方法又稱為比較法。比較上述兩種方法可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電壓表V2的內(nèi)阻值未知時(shí)，只能用圖6電路進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)然，如果Rx的阻值給出但兩塊電壓表的內(nèi)阻值未知時(shí)，也可利用圖6方便地測(cè)出電壓表V1的內(nèi)阻.V+-RBK例6（2005年全國(guó)理綜3第22題）。利用圖中給定的器材測(cè)量電壓表V的內(nèi)阻RV。圖中B為電源（內(nèi)阻可忽略不計(jì)），R為電阻箱，K為電鍵。將圖中實(shí)物連接為測(cè)量所用的電路。寫出實(shí)驗(yàn)中必須記錄的數(shù)據(jù)（用符號(hào)表示），并指出各符號(hào)的意義。用中記錄的數(shù)據(jù)表示RV的公式為RV=_。解析：本題中電源內(nèi)阻可忽略不計(jì)，故路端電壓恒為E，將電壓表和電阻箱組成串聯(lián)電路，V+-RBK圖7如圖7所示。調(diào)節(jié)電阻箱，分別計(jì)下電阻箱接入電路的阻值R1、R2和對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)U1、U2。電壓表電壓自身測(cè)得，電阻箱上電