高中物理創(chuàng)新數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)五十四

1、對(duì)角線刺5耀7個(gè)大小不同的孔:最小孔以針尖恰刺穿為準(zhǔn),最大孔 不超過(guò)針桿部的外徑，刺孔時(shí)，紙平放在有機(jī)玻璃板上（刺大孔時(shí), 紙放在平滑木板上,前述刺雙孔也應(yīng)墊以有機(jī)玻璃板），針應(yīng)垂宣紙 面,不偏斜，且刺進(jìn)后，應(yīng)沿切線方向輕推牛 皮紙，使之以針為軸放置2栩圈，以確保制 孔的圓度和光滑度，否則，就將看不到正常 的圓孔衍射花樣。如實(shí)驗(yàn)1所述，點(diǎn)亮超壓工作的小電珠， 實(shí)驗(yàn)者單眼貼近小孔去觀察電珠，換用不同 小孔比較，當(dāng)孔徑小至某值時(shí)，即可看到衍 圖4圓孔衍射圖樣 射花樣如圖4所示，從實(shí)驗(yàn)知,孔過(guò)小，圖像亮度低，且模糊;孔過(guò)大, 又將不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。小孔紙屏，應(yīng)由教師精心制備，做到每個(gè)學(xué)生一張，實(shí)驗(yàn)時(shí)

2、，可 在距電珠0.3米耀3米區(qū)域內(nèi)觀察。以上演示實(shí)驗(yàn)，均可.教室內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)然，光線暗一點(diǎn)，效果會(huì)更 好一些。光的T涉衍射條紋形成原理示教板在講授高中光學(xué)時(shí)，常會(huì)由于光波的不可見性，使得講清干涉、 衍射條紋的形成頗為費(fèi)勁。部分同學(xué)由于想象能力較差，學(xué)了該部 分內(nèi)容后只會(huì)依靠公式進(jìn)行機(jī)械的運(yùn)算，缺乏感性認(rèn)識(shí)。因此這部 分知識(shí)成了教學(xué)中的難點(diǎn)。為了改變這種狀況，寧波二中潘家忻老師試制了一塊“光的干 涉、衍射條紋形成原理”示教板，見圖1。運(yùn)用這塊示教板后原來(lái)不可 見的光波形象化了，主波的相遇和疊加、明喑條紋的形成和變化就 生動(dòng)地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，較為形象和易于理解。示教板由支架、光源、雙（單）縫、光波、

3、光屏和條紋板六部分組 成。支架部分支架由木框復(fù)上三夾板組成，下面裝有支撐支 2651 腳。用黑板漆漆成黑 色。光源部分 用 薄銅片漆上顏色表示 平行單色光，人做紅、 藍(lán)兩塊。圖I雙（單）縫部分 雙縫由三塊狹長(zhǎng)木塊 組成，上下兩塊可分別 作上下移動(dòng)以調(diào)節(jié)距 離，中間一塊有長(zhǎng)短兩 種，供組成兩種不同問(wèn) 距的雙縫之用。中間 這塊卸下時(shí)即為由上下兩塊組成的單縫。 在縫的中間有一排（共11只）旋至支架上等 間距的螺絲釘表示縫中諸點(diǎn)光源，見圖2.組 成雙（單）縫的木塊均漆成白色。光波部分 光波用8號(hào)或稍細(xì)一點(diǎn)的 鉛絲彎成，共有紅、藍(lán)兩組，每組2根。紅色 光波的波長(zhǎng)為8厘米，藍(lán)色光波的波長(zhǎng)為6 厘米。圖2光

4、屏部分 光屏由一片厚約0.8厘米的 木片固定在支架右端來(lái)充當(dāng)，木片左邊開有 細(xì)槽，槽上安裝一個(gè)可上下滑動(dòng)的銅片，起 擱住光波鉛絲的作用，見圖3.光屏部分全部 染成白色。條紋板部分事先將六種條紋畫好在三塊（六面）狹長(zhǎng)的三夾板，見圖4.這六種情況分別是1 .紅光雙縫（間距15mm）干涉。代號(hào)RIW2 .藍(lán)光雙縫（間距15cm）干涉。代號(hào)BIW3 .藍(lán)光雙縫（間距12cm）干涉。代號(hào)BIN 2652 4 .紅光單縫（縫寬15cm）衍射。代號(hào) RDW5 .藍(lán)光單縫（縫寬15cm）衍射。代號(hào) BDW6 .藍(lán)光單縫（縫寬12cm）衍射。代號(hào)另備有一塊同樣大小的三夾板，正反面 分別漆上紅、藍(lán)兩色，用它可表示

5、雙縫中若 有一縫被遮或單縫縫寬縮小到一定程度時(shí) 出現(xiàn)在光屏中心區(qū)域均勻的光照。圖4在演示雙縫干涉時(shí) 可先做紅光干涉（我們 用雙縫間距d=15cm 來(lái)做）。轉(zhuǎn)動(dòng)兩根代表 光波的鉛絲，在光屏處 可見兩光波時(shí)而同相， 時(shí)而反相。再配上帶鉤 子的寬緊帶即能發(fā)現(xiàn)同 相、反相時(shí)的光程度正 好相差一個(gè)或半個(gè)波 長(zhǎng)，然后在光屏處夾上 有關(guān)的條紋板以示干涉 結(jié)果，見圖1 接著可改做藍(lán)光干涉亦配上相應(yīng)的條紋板。對(duì)比紅光 可看到在其它條件不變時(shí)波長(zhǎng)變小干涉條紋間距變小，這樣對(duì)A和 /式的關(guān)系有了感性的認(rèn)識(shí)。最后改變雙縫間距使之為d = 12cm, 再演示藍(lán)光干涉，將所得結(jié)果與前一次藍(lán)光干涉作一比較，看看在 其它條件

6、不變的情況下d和力笈有怎樣的關(guān)系。通過(guò)這樣三次演 示,兩次比較不僅對(duì)條紋形成原理有了比較清楚的認(rèn)識(shí)而且對(duì)推導(dǎo)和記住公式/#有了直接的幫助。演示單縫衍射時(shí)只要將雙縫中間的一塊木塊木塊取下即可進(jìn) 2653 行。先演示紅光寬縫（ = 150m）衍射。將代表紅光光波的鉛絲掛在 靠近縫邊緣的兩個(gè)螺絲釘上，讓鉛絲從光屏中心處慢慢上移到出現(xiàn) 第次同相時(shí)停下。這時(shí)兩光波光程差為底然后把下面根鉛絲 取下，掛在中間那個(gè)螺絲釘上，即見這時(shí)兩光波的光程差恰為與，再 結(jié)合課本上的解釋，學(xué)生便對(duì)該點(diǎn)為暗條紋中心的結(jié)論易于接受 了。若有必要，單縫衍射也可模仿雙縫干涉那樣先后做三次，包括 紅光寬縫，藍(lán)光寬縫，藍(lán)光窄縫（a =

7、 12cm）并兩兩進(jìn)行比較，從而對(duì)衍射條紋中央明條紋的角寬度（。二”與波長(zhǎng)、縫寬的關(guān)系有一個(gè)直 a接的了解。兒點(diǎn)說(shuō)明：鉛絲上的波可借助固定在桌面上的硬圓輪來(lái)彎。在紅、藍(lán)兩色油漆中耍適當(dāng)摻些白漆以增加亮度。條紋板上先分別漆上上述兩種顏色作底，再在上面畫上暗 紋。在紅、藍(lán)兩原色中適當(dāng)摻入黑漆，混合后可作畫暗紋之用。明 暗條紋過(guò)渡處用小號(hào)油畫筆蘸上上述混合漆由暗向明處均勻涂去, 隨著筆上油漆減少，暗條紋逐漸見淡。以上尺寸僅供參考，制作中可根據(jù)具體情況變更其中某些尺 寸。各明暗條紋中心點(diǎn)距光屏中心的位置%可根據(jù)公式K =幺/回苧雪三來(lái)算得，公式中6為光程差，為雙縫間距 八 a - 6或單縫縫寬，/為縫

8、至屏的距離。例如求我們所做示教板中的紅光 雙縫干涉第一明條紋中心距光屏中心的距離。這時(shí) 3= 8cli1, d =15cm, I = SOciib 所 以 82(152-f4xKj-8?)不 152-8?獲得光的干涉衍射演示好效果的簡(jiǎn)易方法以往湖南沅江市第一中學(xué)郭建大、劉龍?jiān)评蠋熇?/2508型光 2654 的干涉、衍射演示儀做實(shí)驗(yàn)，I 2 3 學(xué)生往往擠到講臺(tái)前，方能看匚產(chǎn)戶17普1彳光源可調(diào)單縫雙縫（或單縫觀察衍射 過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)利用光具座用）遮光角（含光屏）5./為30皿的凹透鏡中/為30cm的凸透鏡置放于距光屏約27cm處,就能看到放大的干涉、衍射條件。 2655 用箔片驗(yàn)電將來(lái)探

9、測(cè)放射線柳州鐵路運(yùn)輸學(xué)校魏道藩老師介紹了一種簡(jiǎn)單易做的用箔片 驗(yàn)電器（即金箔驗(yàn)電器）來(lái)探測(cè)放射線的實(shí)驗(yàn)。在商店買一個(gè)汽燈紗罩，用火燒后將它研成粉末（或用燒壞 的汽燈紗罩研成粉末），再用膠水將粉末粘成一個(gè)直徑幾毫米的小 球插在一-根小棍上做成一個(gè)放射源，因?yàn)槠麩艏喺质怯媒^(guò)硝酸 針的寧麻做的，燒后的灰燼含有放射性的二氧化針。當(dāng)用綢子摩擦過(guò)的玻璃棒接觸箔片驗(yàn)電器后，驗(yàn)電器的箔片 因帶正電而張開，再把自制的放射源靠近驗(yàn)電器，會(huì)看見驗(yàn)電 器張開的箔片很快落下，這是什么原因呢？最初箔片的下落是由 于驗(yàn)電器和放射源組成的系統(tǒng)的電容量變化而引起，但隨后箔片 的下落是由于放射源的存在所造成的電離作用，驗(yàn)電器從

10、空氣的 電離得到電子，發(fā)生放電而使箔片下落，演示時(shí)可用另一個(gè)同樣 2656 帶正電而箔片張開的驗(yàn)電器因放在離放射源較遠(yuǎn)處或兩個(gè)驗(yàn)電器 中間有金屬板擋住而它的箔片沒(méi)有落下作對(duì)比。這個(gè)實(shí)驗(yàn)如用威爾遜云室所附的放射源來(lái)做效果更好，也可 用涂有磷光粉的夜光鐘來(lái)代替。這個(gè)用箔片驗(yàn)電器來(lái)探測(cè)放射線的實(shí)驗(yàn)也是物理學(xué)史卜的重 要實(shí)驗(yàn)，天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)者貝克勒耳就曾用箔片驗(yàn)電器做過(guò) 鈾鹽放射出的射線可使張開的箔片很快落下，而X射線卻沒(méi)有這 種性質(zhì)，證明鈾放出的射線不是X射線而是一種新射線，后來(lái)居 里夫婦受到啟發(fā)設(shè)計(jì)制造了一種既簡(jiǎn)單又靈敏的驗(yàn)電器，利用和 驗(yàn)電器相連的靈敏檢流計(jì)，可以很快的發(fā)現(xiàn)并測(cè)量射線的強(qiáng)度,

11、 居里夫婦用它發(fā)現(xiàn)了針也有放射性，并發(fā)現(xiàn)了放射性更強(qiáng)的新元 素針和鐳，為此三位科學(xué)家獲得1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。用PPUL一口模拉演示a粒子散為實(shí)驗(yàn)1909年蓋革和馬斯登在盧瑟福指導(dǎo)下進(jìn)行的。粒子散射實(shí)驗(yàn), 對(duì)盧瑟福建立原子的核式結(jié)構(gòu)模型起了關(guān)鍵的作用?，F(xiàn)行高中物 理教材都講述了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，但限于條件，中學(xué)里無(wú)法開設(shè)這個(gè)著 名的經(jīng)典性實(shí)驗(yàn)。浙江省上虞縣春暉中學(xué)陳鐘錢老師介紹利用 APPL n微機(jī)模擬演示。粒子的散射實(shí)驗(yàn)，取得了較好的效果, 現(xiàn)介紹如下。1.理論依據(jù)設(shè)。粒子質(zhì)量為7，帶電量為外,金原子核電荷為力且集中 于放在坐標(biāo)原點(diǎn)（14（）, 90）的核中。庫(kù)侖力常數(shù)為k。,考慮金原 子核的質(zhì)

12、量比m大得多，在相互作用過(guò)程中可以認(rèn)為金原子核是 靜止的。當(dāng)a粒子接近金原子核相距時(shí)，庫(kù)侖斥力為：r在，時(shí)刻，a粒子的位置為（小y）,速度分量為-%,則 對(duì)*、y方向的運(yùn)動(dòng)方程為： 2657 du* k。（/，（一 40）dt mr 3k （%-140）du、, k。（ qi（h）（ y -90） R （ y - 90）仇=T = i= dt mrr為了求出每一瞬間a粒子的位置坐標(biāo)進(jìn)而跟蹤出a粒子的運(yùn) 動(dòng)軌跡，我們利用歐拉微分方程的數(shù)值解法（即階梯法）得到：ux （ t 2） = ux （1）+ ax（1）/2 z/2） z/2）* （ t 2）= u（，）+%（t） 2 JZJX （ / t

13、） = X （ /） + IL . （ /y （ t ，）- y （ Z） + uy（ t假初始條件: 列數(shù)值：30、50、，=0 口寸=0.5, %0 =0, Xq = 2, 先 依次取卜60、70、80、85、88,并設(shè)人=2.5,原子核的位置（14（）, 90）,便可在顯示屏上逐條對(duì)稱地描繪出。粒子的軌跡, 共有14條。2 .程序本程序附在文末，在”依n微機(jī)和CEC T微機(jī)上運(yùn)行 通過(guò)。若使用“GET”語(yǔ)句，擊某鍵，用實(shí)現(xiàn)讓計(jì)算機(jī)畫一條曲線 軌跡，若要換一條曲線，只需擊另一鍵即可。讀者可自行修改本 程序。3 .結(jié)果（略）威爾遜云霧重實(shí)驗(yàn)改進(jìn)現(xiàn)行高中物理教材上介紹了幾種微觀粒子，為了讓學(xué)生

14、能直 觀地觀察和認(rèn)識(shí)微觀。粒子的存在及性質(zhì)，在教學(xué)中，通常采用 威爾遜玄霧室演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察。粒子的徑跡。然而，用現(xiàn) 行教材配備的壓桿云霧室這套裝置做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)一些 2658 問(wèn)題，影響觀察效果，主要問(wèn)題有：儀器封閉不嚴(yán)，徑跡模糊不 清，云霧室上蓋玻璃板下面結(jié)成霧珠，使上蓋不透明，影響觀察, a粒子徑跡的顯示時(shí)間太短，可見度小。如何解決好以上兒方面問(wèn) 題呢！首先弄清原理才提出改進(jìn)方法。我們知道，要使蒸汽 | _變成霧，必須具備兩個(gè)條件，-是溫度要降低，使 其達(dá)到飽和狀態(tài)；二是必 須要有凝聚中心，這種凝 聚中心可以是灰塵，也可 以是帶電粒子。如果我們 在過(guò)飽和蒸汽中放一個(gè)放射源，由

15、于它能不斷地發(fā)/ I僅為0. 13伏左右，這顯然對(duì)伏安法 測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)是不利的。如果要作伏 安圖線，這種電壓變化范圍是不可 能提供出足夠多組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以供 描圖。同樣的儀器選用分壓式線路提供可變電壓，則可滿足實(shí)驗(yàn) 的要求。見下頁(yè)圖4。此時(shí)凡兩端的電壓范圍是0耀=0耀5伏那么為了給此提供較為理想的可變電壓，什么條件下適宜用分壓 式線路，而又在什么條件下適宜用分壓式線路，而又在什么條件 下適宜用限流式線路？首先我們分析這兩種限流器的調(diào)壓范圍， 2669 對(duì)于限流式線路調(diào)壓范圍是（見於I圖 3）。3-R-r -口 丁0耀 A 他 + R.11對(duì)于分壓式線路，其調(diào)壓范圍一以定是（見圖4）：i1|，!

16、，耀 圖4就調(diào)壓范圍來(lái)講分壓式線路調(diào)壓范圍、大于限流式線路，所以在一般實(shí)驗(yàn)U宜采用分壓式線路。還要注意的是，每種線路的調(diào)壓是否方便還跟此值與汽切值 的相對(duì)大小有關(guān)。為什么呢？原來(lái)滑線式變阻器（見圖5）是靠移動(dòng)滑動(dòng)觸。來(lái) 調(diào)節(jié)電壓的。如果在實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)觸頭。在很大位置內(nèi)移動(dòng)都不 能改變電壓或在很小位置內(nèi)移動(dòng)時(shí)電壓變化很大，都將對(duì)調(diào)節(jié)電 壓帶來(lái)不便。為了方便起見，我們根據(jù)6設(shè)置了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證圖5圖6這一點(diǎn)。（表一是根據(jù) 圖6裝置得到的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果。）實(shí)驗(yàn)器材：AB長(zhǎng)等于20座 米；伏特表用學(xué)生萬(wàn)用 示教電表的10伏檔；R、為./2361型電 阻箱；滑線式變阻器 凡伊二200歐電源用蓄電池。電動(dòng)勢(shì)

17、為6伏。從表一可以看到，當(dāng)時(shí)（如 .=200歐,Rx =9000歐，滑動(dòng)觸頭移動(dòng) 時(shí)電壓表讀數(shù)比較均勻，電壓調(diào)節(jié)方便；當(dāng)RgR、時(shí); 如R. = 200歐，R、=2歐，此時(shí)移動(dòng)滑動(dòng)觸 頭要么不變，要么變化很劇烈，這對(duì)調(diào)節(jié)電壓帶來(lái)不便，即使其 2670 電壓變化范圍仍為。幡伏，但對(duì)調(diào)節(jié) 電壓仍然不利。若用限流式接法，不但調(diào)壓范受到R與凡相對(duì)值的影響，同時(shí)調(diào) 節(jié)電壓，是否方便也受到R、b與&相 對(duì)值的影響，為了驗(yàn)證這一點(diǎn)我們?cè)O(shè) 置了圖7實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)器材與圖6 實(shí)驗(yàn)裝置完全一樣，之間長(zhǎng)度仍為 20厘米，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表二。表 一實(shí)驗(yàn)條件移動(dòng)觸頭C使4。由電壓表讀 數(shù)變化由即二200歐R, = 9(

18、XM)歐0厘米至厘米0伏至1伏5厘米至10厘米1伏至2. 4伏10國(guó)米至20厘米2.4伏至6伏15厘米至20J里米4伏至6伏Ru = 200/2R, = 10C0厘米至5厘米0伏至0. 3伏5厘米至10犀米0. 3伏至0. 7伏10厘米至15厘米0. 7伏至1. 3伏15厘米至20厘米1. 3伏至6伏跖=200。& = 2。0厘米至5厘米兒乎不變5厘米至10厘米0伏至0. 1伏10厘米至15厘米0. 1伏至0. 2伏15厘米至20厘米0. 2伏至6伏 2671 表二實(shí)驗(yàn)條件電壓變 化范圍移動(dòng)觸頭C 使4。由電壓表讀數(shù) 變化由A出=2(X)歐4=2歐近似為0描伏0耀15庠米幾乎不動(dòng)15耀20厘米

19、幾免0描伏R、r = 200 歐R, = 20 歐0. 4耀6伏。耀5厘米0. 4通).7伏5耀10厘米0. 7耀1. 0伏10耀15厘米1. 0耀1.7伏15耀50厘米1. 7伏R w = 200 歐 尺二 2(X)歐3燃伏0耀5厘米3帖4伏5耀10厘米3. 4班伏10耀15厘米4罐1. 8伏15耀20匣米4. 8瓶伏Rar = 200 歐& =9000 歐5. 87 耀6伏0檢0厘米幾乎不動(dòng)第一欄中（8氏，電壓變化范圍較寬，但在移動(dòng)觸頭C調(diào) 整電壓時(shí)，電壓表讀數(shù)在很長(zhǎng)一段距離內(nèi)幾乎不變，這就相當(dāng)于 滑動(dòng)變阻器有效長(zhǎng)度縮短，這對(duì)調(diào)整電壓帶來(lái)很大不便，因?yàn)楫?dāng) C越接近8時(shí)，電壓變化越劇烈，很難

20、調(diào)節(jié)電壓。第四欄/?姐* 由于Am分壓能力小，達(dá)不到提供可變電壓的目的。第二欄, 尤其第三欄調(diào)壓較為理想。綜上所述：實(shí)驗(yàn)中調(diào)壓線路（或稱限流器，制流器）一般 宜采用分壓式線路。分壓式線路宜用變阻器阻值小，額定電流 大的變阻器。對(duì)于限流式線路，變阻器的阻值最好10倍于負(fù)載 電阻的阻值，這既有利于使調(diào)壓范圍大些，同時(shí)也有利于利用整 個(gè)變阻器的有效長(zhǎng)度。至少也應(yīng)該用變阻器的阻值與/?也相當(dāng)，不 能用變阻器阻值遠(yuǎn)小于負(fù)載阻值或遠(yuǎn)大于負(fù)載限值的線路來(lái)調(diào)壓。 2672 連接滑動(dòng)變阻器的方法（一）近年高考都考滑動(dòng)變阻器的接連，考查學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和 提供的器材規(guī)格合理地設(shè)計(jì)電路的能力。江蘇如東縣拼茶中學(xué)徐

21、正璜老師就滑動(dòng)變阻器兩種接法的特點(diǎn)，連接方法這個(gè)問(wèn)題：1.分壓接法的優(yōu)勢(shì)與限流接法的弱點(diǎn)分壓接法如圖1所示；限流接法如圖2所示。分壓接法的優(yōu)勢(shì) 在于用電器上電壓的變化范圍大，而且可以從零開始連續(xù)變化, 而限流接法的弱點(diǎn)也正在于此，用電器上電壓調(diào)節(jié)范圍小，且不 能從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)。閃此分壓接法常用于校準(zhǔn)電表，研究用電 器在不同電壓下的特性等?！绢}1】（93新高考 23題）為了測(cè)定一個(gè)6人 3卯的小電珠在不同電壓 下的功率，所需的實(shí)驗(yàn)器 材如圖3所示，已知電流圖2圖3表的內(nèi)阻可忽略，滑線電 阻的阻值為10歐，安培 表的量程（0耀0. 6安，0耀3 安），伏特表量程（0耀3伏，0 耀15伏），如圖所

22、示，測(cè)量時(shí)要 求電珠兩端的電壓從0伏開始連 續(xù)調(diào)節(jié)，測(cè)得多組數(shù)據(jù)，請(qǐng)按要 求在實(shí)物圖上連線。評(píng)析：（1）題設(shè)條件明確要 求電珠兩端的電壓從0開始連續(xù) 調(diào)節(jié)，這只能選取分壓接法。答題時(shí)應(yīng)先作出原理圖或電路將I, 然后再照?qǐng)D按順序連線。答題時(shí)還須注意正確選取電表的量程。答：如圖4所示。（2）當(dāng)電路中器材有明確的規(guī)格參數(shù)時(shí)，必須將分壓接法和 限流接法進(jìn)行比較，從實(shí)蛤的可行性和安全性兩個(gè)角度，全而考 2673 慮題設(shè)條件中的各個(gè)參數(shù)，特別 是電流參數(shù)，使各器件都能在額 定范圍內(nèi)工作?！绢}2】（94新高考25題） 圖5為用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電 阻阻值的實(shí)驗(yàn)所需的器材，實(shí)物 圖，器材規(guī)格如下：圖4（1）待

23、測(cè)電阻R、約100歐;（2）直流毫安表（量程010毫安，內(nèi)阻50歐）；（3） 直流電壓表（量程0 3伏，內(nèi)阻5千歐）;待測(cè)電阻（4）直流電源（輸出電 壓4伏,內(nèi)阻可不計(jì)）;（5）滑動(dòng)變阻器（阻值范圍015歐，允許最 大電流1安）：（6）電鍵一個(gè)，導(dǎo)線若干條。根據(jù)器材的規(guī)格和 實(shí)驗(yàn)要求，在本題的實(shí) 物圖上連線。答：如圖6所不。評(píng)析：此題給出了實(shí)驗(yàn)要求和器材規(guī)格,首先應(yīng)當(dāng)考慮采用伏安法測(cè)電阻的“外接法”還是“內(nèi)接法”,因毫安表內(nèi)阻與待測(cè)電阻相近，故應(yīng)選用“外接法:接著考慮變阻器的連接方式，由于滑 動(dòng)變阻器的最大阻值為15歐，因此如果將滑動(dòng)變阻器串連在電路 中，整個(gè)電路的總電阻最大約為165歐。電源

24、的輸出電壓為4伏, 這樣電路中的電流將超過(guò)24毫安，遠(yuǎn)大丁直流毫安表的量:程。所 以應(yīng)把滑動(dòng)變阻器接成分壓電路。最后連接元件實(shí)物便可得到正 2674 2675 似乎限流接法無(wú)優(yōu)勢(shì)可言也無(wú)考查的必要,其實(shí)不然。K乙丙C.直流電源（額定電流0. 2為了測(cè)量盡量準(zhǔn)確，應(yīng)選用圖7中 答：丁圖。圖。確答案。2 .限流接法的優(yōu)勢(shì)與分壓接法的弱點(diǎn) 限流接法的接法較簡(jiǎn)單，連續(xù)三年高考都考查了分壓接法,【題3】為了測(cè)： 一個(gè)阻值約為25歐， 額定電流為0. 5安的 電阻心實(shí)驗(yàn)室中備有下列器材：甲4.毫安表（量程 為0200毫安，內(nèi)阻 50歐）；/?.伏特表 （量程為0-3伏，內(nèi)阻20千歐）;安,電動(dòng)勢(shì)4V）；

25、0.滑動(dòng)變阻器（阻值范圍020歐，額定電流 0. 5安）：E.電鍵一只，導(dǎo)線若干。評(píng)析：本題也應(yīng)同樣先根據(jù)待測(cè)電阻小于毫安表內(nèi)阻確定用 “外接法”測(cè)電阻電路（乙、丁圖）。對(duì)乙圖，由于電源電動(dòng)勢(shì)為4 伏，待測(cè)電阻約為25歐且亳安表內(nèi)阻為50歐，因此亳安表不會(huì)超 載。但不應(yīng)就此下結(jié)論，題設(shè)中尚有電源額定電流0. 2安未考慮, 而乙圖外電路總電阻不大于滑動(dòng)變阻揩總電阻20歐姆，故乙圖流 過(guò)電源的電流定大于0. 2安，所以只能選丁圖。由此可見，分壓接法的弱點(diǎn)在于外電路電阻阻值小，流過(guò)電 源和變阻器”部分（如圖1的電流大，對(duì)電源和變阻器額定電流 的耍求高。而限流接法則正好克服了這一點(diǎn)。設(shè)計(jì)電路應(yīng)根據(jù)題

26、設(shè)具體條件的要求全面考慮，不可死記硬背。連接滑動(dòng)變阻器的方法D滑動(dòng)變阻器具有多種用途和接線方式。滑動(dòng)變阻器在電學(xué)實(shí) 驗(yàn)中使用頻率極高，是重要的電學(xué)儀器，是教學(xué)的重點(diǎn)。選擇何 種方式將滑動(dòng)變阻器接入電路具有較高的技巧性，學(xué)生不易掌握, 也是教學(xué)的難點(diǎn)?；瑒?dòng)變阻器有三種基本用途：（1）保護(hù)電路：選定滑片位置, 使加在負(fù)載、電壓表、電流表等電學(xué)元件上的電壓以及流過(guò)它們圖2和電源的電流在額定值 以內(nèi)；（2）調(diào)節(jié)、控 制：改變滑片位置，使 加在工作元件及工作電 路上的電壓利流過(guò)它們 的電流在額定值內(nèi)變 化：（3）變阻負(fù)載：作 為能改變接入電路電阻的負(fù)載電阻往往兼具保護(hù)、調(diào)節(jié)作用?；瑒?dòng)變阻器接入電路時(shí)有兩

27、種基本接線方式：（1）接成限流 器，如圖1所示（分成、間短路和斷路兩種接線方式）；（2） 接成分壓器，如圖2所示?；瑒?dòng)變阻器接入電路時(shí)應(yīng)該接成限流電路還是接成分壓電路? 這取決于多種因素的制 約。江蘇揚(yáng)州市第五中 學(xué)陳金鵬老師對(duì)滑動(dòng)變 據(jù)作了介紹：滑動(dòng)變阻器作為負(fù)囪.圜/因3囹4載電阻時(shí)總是接成限流電路。例如，用安培表和伏特表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻實(shí)險(xiǎn) 中的滑動(dòng)變阻器，見圖3。又如，研究電源的輸出功率與外電路電 阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)中的滑動(dòng)變阻器，見圖4，都作為負(fù)載電阻，都接成限 流電路。 2676 滑動(dòng)變阻器在電路中主耍起保護(hù)、調(diào)節(jié)作用時(shí)，應(yīng)依據(jù)下述 諸原則，以確定其具體的接線方式。1 .確保電路安

28、全原則 電路安全是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中必須考慮的第一位因素滑動(dòng)變阻器必須接成適當(dāng)電路，以確保流過(guò)電源、用電器、 電表及變阻器本身的電流在各自的額定值以內(nèi)。例1圖5為伏安法 測(cè)量一個(gè)定值電阻阻值 的實(shí)驗(yàn)所需的器材實(shí)物 圖。器材規(guī)格如下：芯（1）待測(cè)電阻R、金?。s100歐）（2）直流毫安表（量程0-10毫安，內(nèi) 阻50歐）+侍劌密阻 2677 （3）（4）（5）（6）直流電壓表（量程03伏，內(nèi)阻5千歐）直流電源（輸出電壓4伏，內(nèi)阻不計(jì)）滑動(dòng)變阻器（阻值范圍015歐，允許最大電流1安） 電鍵一個(gè)，導(dǎo)線若干條根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求，在本題的實(shí)物圖上連接。分析與解 若將滑動(dòng)變阻器接成限流器，當(dāng)接入電路電阻取

29、最大值15歐時(shí)，流過(guò)電路的電流為24亳安，超過(guò)毫安表的量程, 違反了電路安全原則，故變阻器一定要接成分壓器，如圖6所示。 值得注意的是，由=/R總，/ = /、+心，尺總=（15-&）+ 五噸-V菸人可求得,僅當(dāng)凡w5.7歐時(shí)，流過(guò)毫安表的電流 R? +（氏 + 電）-、（W10毫安，電路才是安全的。2 .減小實(shí)驗(yàn)促差原則實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況，選擇變阻器的合適接法，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較精確。/. 凡（1）使電流、電壓的調(diào)節(jié)范圍較大：變 廣0 阻器的適當(dāng)接法應(yīng)使加在負(fù)載電阻上的電壓口人弋和流過(guò)的電流能在較大范圍內(nèi)變化，以便多干音京 測(cè)幾組數(shù)據(jù)，取平均值，減小偶然誤差。乙二|1滑動(dòng)變阻器的總電阻R。遠(yuǎn)小

30、于負(fù)載電陽(yáng)A時(shí)，應(yīng)接成圖2式的分壓電路。設(shè)/?二 10叫），忽略電源內(nèi)阻，若接成圖1的限流電 路，則電路中的最大電流、最小電流分別為1m = SR = e/（A+/?。）=10e/ （11/?） 顯見，/二/.,電流的調(diào)節(jié)范圍很小。若接成圖2的分壓電路，則有= hnin =于是，電流的調(diào)節(jié)范圍較大?；瑒?dòng)變阻器的總電阻R。遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻R時(shí)，兩種電路都有 較大的調(diào)節(jié)范圍。設(shè)R = 10R,忽略電源內(nèi)阻,接成限流器時(shí)。Lw = R，/./（+R。）=川心心= 10”向 接成分壓電路時(shí)，結(jié)論仍為式。（2）使變阻沸的有效調(diào)節(jié)范圍較大：當(dāng)勺遠(yuǎn)大于A時(shí)，接成 限流電阻可使流過(guò)負(fù)載的電流有較大調(diào)節(jié)范圍，但變

31、阻器滑片有 效移動(dòng)范圍較小，不能減小誤差。設(shè)仆=100A,忽略電源電阻, 圖1的，小、/兩分別為1ms + Ro） =e/101/?,= 101 lrnin用電流表測(cè)量電路電流時(shí)，電路中的最大電流/小不能超過(guò)電流表 量程。為便于討論，設(shè)兩者相等，為了使測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確，電 路中的電流應(yīng)在0.2/京/小之間變化。圖1中，滑片從右向左移 動(dòng)時(shí)，當(dāng)變阻器接入電路電阻修減小到等于4R時(shí)，即滑片移 至非?？拷?，使、間距離比、/）間距離=4： （100-4） =1：24,電路中電流才增大到0.2/會(huì)，此前滑片的移動(dòng)是無(wú)效的, 無(wú)效移動(dòng)距離占總長(zhǎng)的96%。滑片此后的移動(dòng)是有效的，但有效 2678 移動(dòng)距離

32、僅占總長(zhǎng)的4%,可見有效調(diào)節(jié)范圍很小。接成分壓電路 則能消除弊端。（3）使測(cè)量?jī)x表有合適的量程：選擇變阻器的合適接法使測(cè) 量?jī)x表有合適量程系指，流過(guò)表的電流、加在表兩端的電壓既不 能太大，也不能太小，太大則超過(guò)量程，損壞電表；太小則指針 偏角太小，讀數(shù)誤差較大。例2用伏安法測(cè)量一個(gè)電阻的阻值，備用儀器及元件有（1）待測(cè)電阻收,約25千歐（2）直流電流表，量程0懈00蘆1,內(nèi)阻300。（3）直流電壓表 量程0耀10匕 內(nèi)阻約為100千歐（4）直流電源兩種：（g） 一節(jié)干電池，電動(dòng)勢(shì)1. 5伏，內(nèi)阻 不計(jì)；（e2）直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓15伏（5）滑動(dòng)變阻器心，總電阻15千歐（6）電鍵K,導(dǎo)線若干

33、試從以上所提供的儀器和元件中選擇合適的規(guī)格及適宜的線 路，使被測(cè)電阻的測(cè)量結(jié)果達(dá)到盡可能高的精確度。繪出電路圖 并標(biāo)明所選儀器及元件的規(guī)格。分析與解 由于凡的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的廠=內(nèi)阻且和。的內(nèi)阻接近，故選用安培表內(nèi)接 一_ 電路，如圖7所示。l一二二若選用一節(jié)干電池作為電源，變阻器無(wú) 彳論接成限流播或是分壓器，和的最大讀數(shù)相同，分別為60加1和1.5匕指針偏角太 圖7 小，誤差較大，故應(yīng)選用（.）作為電源。若滑動(dòng)變阻器接成限流電路，流過(guò)H,的最小電流為375M， 超過(guò)的量程，故變阻器必須接成分壓器。3 .節(jié)約電源電能原則：當(dāng)限流電路和分壓電路均可使用時(shí)。 例如滑動(dòng)變阻器的總電阻和負(fù)載電阻阻值接近

34、，應(yīng)該優(yōu)先選用限 流電路。因?yàn)樵谪?fù)載電阻消耗功率不變的前提下，限流電路消耗 的總功率小于分壓電路消耗的總功率。 2679 設(shè)變阻器接成兩種電路時(shí)流過(guò)負(fù)載的電流皆為/。，接成限流 電路時(shí)，電源消耗的功率為P=el。接成分東出路時(shí)，電源消耗的功率為P=e(/()+ /?) P式中12是滑動(dòng)變阻器上和負(fù)載電阻R并聯(lián)部分治上的電流，見圖 2o選擇滑動(dòng)變阻器的接線方式時(shí)，除了需要考慮上述三原則外, 還需考慮某些實(shí)驗(yàn)的特殊要求。例如用標(biāo)準(zhǔn)伏特表、安培表校準(zhǔn) 改裝成的伏特表、安培表，若要求加在伏特表兩端的電壓及流過(guò) 安培表的電流能從0連續(xù)變化到滿量程，則變阻器必須接成分壓器 方能滿足實(shí)驗(yàn)要求?；€變阻器是用

35、途很廣泛的電學(xué)器材，它在電路中的作用是 通過(guò)自身的電阻值變化，達(dá)到改變某一用電器或電路中的電流及 電壓的目的。在中學(xué)里，要求知道它的結(jié)構(gòu)、用途并掌握其使用 方法。但從多次中考、高考的結(jié)果來(lái)看，無(wú)論從其結(jié)構(gòu)示意圖或 者從實(shí)物圖上考核其使用方法時(shí)，總有相當(dāng)一部分考生發(fā)生這樣 或那樣的錯(cuò)誤。浙江省金華縣湯溪中學(xué)邵曉明老師作了如下分析：滑線變阻器的結(jié)構(gòu)，如圖所示：6:f t.b為電阻A的兩端點(diǎn)的。b接線柱，是可在電阻口 、,P b丁3上滑動(dòng)的觸片；C、dI為與P連接導(dǎo)通的金圖1圖2屈桿兩端的接線柱。顯然，若只C、，兩端接入電路中，則相當(dāng)于 短路；若只將、分兩端接入電路中，則它只起一個(gè)固定電阻 (/?)

36、的作用。這兩種接法都不起變阻器的作用。 2680 滑線變阻器的連接限流（降壓）接法 如圖2,將a或的任一端與c或”的任 一端串接在電路中。這相當(dāng)于在電路中串接了一個(gè)可變電阻。當(dāng) 移動(dòng)滑動(dòng)觸頭。時(shí)，可改變此串聯(lián)電阻的大小，從而調(diào)節(jié)通過(guò)用 電器（電燈）的電流。設(shè)滑線變阻器總阻值為/?,其中串入電路的部分電阻為凡， 電燈的電阻為心，電源電動(dòng)勢(shì)為 （內(nèi)阻不計(jì)），則電路中的電流 強(qiáng)度/ = /（&/+&），故小兩端所分得的電壓為Uo = IRq = e/?0/（凡 + R,）=e/（1 + RJR。）使R,從0變到R時(shí)，1J。將相應(yīng)地從變到/ 1 + R/R。）。電壓 變化范圍是：（/= -/（1 +

37、R/凡）二/（1 +凡/K）由此式可以 看出，電壓變化范圍的大小取決于時(shí)與比值的大小。如果R 的值比較接近%的值，或者小于心的值，那么仆兩端的電壓變 化范圍就比較小。例如當(dāng)A = 0. 1及。時(shí) AU = 6/11 =0. 09,當(dāng) /?=役0時(shí),AU = 0. 5o如果尺比幾大得比較多的情況下,那么 就可以得到較大范圍內(nèi)的電壓變化。如當(dāng)R = 10凡時(shí), AU=e/l. 1=0. 9eo顯然，這種接法不可能使凡兩端的電壓調(diào) 節(jié)到零。分壓接法如圖3所示，將、6兩端接到電源上，使變阻器整個(gè)電阻R的兩端產(chǎn)c |& d生電勢(shì)差，這樣從0到/）電勢(shì)是逐點(diǎn)變化一下一. 的，即滑動(dòng)點(diǎn)P與0、之間的電勢(shì)差隨

38、著：一匚三 點(diǎn)位置的變化而變化。用電器（電燈）一I-一端與a或b任一端連接，另一端與0或d的 任一端連接，加在用電器（電燈）上的電壓閔二囹3 就可隨P點(diǎn)的移動(dòng)而改變其大小。設(shè)滑線變阻器中與R。并聯(lián)的部分為此，則由電路計(jì)算得R。 兩端的電壓U = RR0w/ （ RR - + RR） 2681 使艮從0變化到R時(shí)，%將相應(yīng)地從0變到小可見，R兩端 電壓變化范圍是與R、旦的大小無(wú)關(guān)。分壓接法與降流(降壓)接法相比，具有加在用電器兩端的 電壓變化范圍大的優(yōu)點(diǎn)，即可以從零調(diào)起，通過(guò)的電流也可以從 零開始?；€變阻器的選擇給定一些電路器材，耍求選擇適當(dāng)?shù)幕€變阻器與連接方法 時(shí)，應(yīng)該考慮兩個(gè)方面。首先考慮是否有足夠的電壓調(diào)節(jié)范圍。分壓接法總能保證實(shí) 現(xiàn)這一點(diǎn)。限流接法就不一定。當(dāng)然有時(shí)并不需要有太大的電壓 調(diào)節(jié)范圍，就可以采用限流接法。只有當(dāng)變阻器的電阻A遠(yuǎn)比用 電器電阻R。小時(shí)，才可不考慮限流接法。然后考