高三人教版物理總復(fù)習(xí)配套文檔：第7章 專題七 電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（高考）

1、專題七電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)考綱解讀 、器材，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理的方法考點(diǎn)一設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的解題思路與方法1明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)真審清題意，看清題目的要求即審題時(shí)要看清題目要求測定什么物理量，驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設(shè)計(jì)達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路等2明確實(shí)驗(yàn)原理解決設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題的關(guān)鍵在于選擇實(shí)驗(yàn)原理如果實(shí)驗(yàn)需要測定某些電學(xué)量，應(yīng)弄清待測物理量可通過哪些規(guī)律、公式求得，與哪些物理量有直接聯(lián)系，可用哪些物理量定量地表示，用何種方法測定相關(guān)量，進(jìn)而得出待求量3正確地選擇實(shí)驗(yàn)電路(1)控制電路的選擇滑動變阻器選用限流式接法或分壓式接法的依據(jù)：負(fù)載電阻兩端的電壓要求變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，

2、應(yīng)選分壓電路若負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動變阻器總阻值R，應(yīng)選分壓電路若負(fù)載電阻的阻值Rx小于滑動變阻器總阻值R或相差不多，且沒有要求電壓從零可調(diào)，應(yīng)選限流電路兩種電路均可時(shí)，限流電路優(yōu)先，因?yàn)橄蘖麟娐废牡目偣β市√厥鈫栴}要具體問題具體分析(2)測量電路的選擇對伏安法測電阻，應(yīng)根據(jù)待測電阻的大小選擇電流表的不同接法圖1阻值判斷法當(dāng)RVRx時(shí)，采用電流表“外接法”，如圖1甲所示；當(dāng)RxRA時(shí)，采用電流表“內(nèi)接法”，如圖1乙所示倍率比較法a當(dāng)，即Rx時(shí)，既可選擇電流表“內(nèi)接法”，也可選擇電流表“外接法”；b當(dāng)>即Rx<時(shí)，采用電流表外接法；c當(dāng)<即Rx>時(shí)，采用電流表內(nèi)接

3、法試觸法(如圖2所示)圖2與比較大小：a若>，則選擇電流表外接法；b若>，則選擇電流表內(nèi)接法例1有一額定電壓為10 V、額定功率在10 W15 W之間的用電器，小李同學(xué)想測定它的額定功率實(shí)驗(yàn)室的工作人員提供了以下實(shí)驗(yàn)器材供其選用：A直流電源E一個(gè)(電動勢為15 V，內(nèi)阻不計(jì))B直流電壓表V一個(gè)(量程為03 V，內(nèi)阻為2 k)C直流電流表A一個(gè)(雙量程0 A3 A，內(nèi)阻約為20 和4 )D滑動變阻器一個(gè)：R阻(規(guī)格05 、 A)E定值電阻三個(gè)：R12 k，R24 k，R36 kF單刀單擲開關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線若干根(1)小李同學(xué)研究以后發(fā)現(xiàn)，電壓表量程不能滿足實(shí)驗(yàn)要求為完成測量，他將電壓表進(jìn)

4、行了改裝：在電壓表V上串聯(lián)一個(gè)定值電阻，利用分壓關(guān)系，以滿足電表偏轉(zhuǎn)的要求在三個(gè)給定的定值電阻中應(yīng)選用_(填寫所用器材的符號)(2)改裝后的電壓表用表示，選好器材后，他設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)電路圖，如圖3甲所示根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，電路_較為合理 甲乙圖3(3)若該用電器正常工作時(shí)，電流表的指針如圖乙所示，則它的額定功率為_W(保留兩位有效數(shù)字)解析(1)用電器的額定電壓為10 V，所以電壓表的量程至少應(yīng)為10 V，假設(shè)改裝后的電壓表的量程為10 V，則有，解得Rx k，所以應(yīng)選用R3，此時(shí)改裝后的電壓表量程為12 V.(2)用電器的電阻值約為R10 R阻<R，所以滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法又因?yàn)镽&

5、lt;，故應(yīng)采用電流表外接法所以電路B能較準(zhǔn)確地完成該實(shí)驗(yàn)(3)由題圖乙可知，電流表的示數(shù)為I A，所以用電器的功率為PUI10× W12 W答案(1)R3(2)B(3)12實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法的遷移應(yīng)用1實(shí)驗(yàn)方法的遷移基本的實(shí)驗(yàn)方法包括：實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)誤差的控制方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，將基本的實(shí)驗(yàn)方法和物理原理合理遷移，可設(shè)計(jì)出測量不同的物理量、探究不同問題的實(shí)驗(yàn)方案教材中所學(xué)過的物理規(guī)律、物理公式中只要含有某一物理量，則該規(guī)律、公式就可作為研究或測定該物理量的原理基礎(chǔ)而進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)如用伏安法測電阻，R，也可遷移到測電壓表內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻上

6、去2缺少電壓表、電流表或電表量程不夠的處理方法在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)實(shí)驗(yàn)器材中有兩只電壓表沒有電流表，有時(shí)有兩只電流表而沒有電壓表，遇到這類問題時(shí)可將電流表作為電壓表用或?qū)㈦妷罕碜鳛殡娏鞅碛茫⒁饬砍淌欠窈线m，必要時(shí)需進(jìn)行改裝，擴(kuò)大量程3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用與創(chuàng)新數(shù)據(jù)探究性實(shí)驗(yàn)的主要功能是通過實(shí)驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)信息，分析各數(shù)據(jù)中的內(nèi)在聯(lián)系，找出數(shù)據(jù)中所包含的物理規(guī)律常用的數(shù)據(jù)處理方法(如平均值法、圖象法、逐差法、比較法等)和誤差分析方法應(yīng)該掌握對于用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一定要明確縱軸、橫軸所表示的物理量，正確地進(jìn)行描點(diǎn)連線，然后根據(jù)物理規(guī)律列出與該圖線對應(yīng)的方程式；若題目不需要利用斜率和截距進(jìn)行

7、求解(或題目沒有給出斜率和截距的大小)，可在直線圖象中找出兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)代入方程，組成方程組進(jìn)行求解若題目給出了斜率和截距的小，須將方程化簡成ykxb的形式求解例2待測電阻Rx的阻值約為20 ，現(xiàn)要測量其阻值，實(shí)驗(yàn)室提供器材如下：A電流表A1(量程150 mA，內(nèi)阻約為10 )B電流表A2(量程20 mA，內(nèi)阻r230 )C電壓表V(量程15 V，內(nèi)阻約為3 000 )D定值電阻R0100 E滑動變阻器R1，最大阻值為5 ，額定電流為 AF滑動變阻器R2，最大阻值為5 ，額定電流為 AG電源E，電動勢為4 V(內(nèi)阻不計(jì))H電鍵S及導(dǎo)線若干(1)為了使電表調(diào)節(jié)范圍較大，測量準(zhǔn)確，測量時(shí)電表讀數(shù)不得

8、小于其量程的，請從所給的器材中選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材_(均用器材前對應(yīng)的序號字母填寫)；(2)根據(jù)你選擇的實(shí)驗(yàn)器材，請你在虛線框內(nèi)畫出測量Rx的最佳實(shí)驗(yàn)電路圖并標(biāo)明元件符號；(3)待測電阻的表達(dá)式為Rx解析(1)由于電源電動勢為4 V，電壓表V的量程為15 V，達(dá)不到其量程的三分之一，故電壓表不能使用；可用電流表A2與定值電阻R0串聯(lián)擴(kuò)大其電壓量程，當(dāng)作電壓表與電流表A1配合使用伏安法測量待測電阻阻值，由于改裝的電壓表內(nèi)阻已知，故電流表用外接法，改裝的電壓表量程為20 mA×130 V，滑動變阻器最大阻值為5 ，無法起到限流作用，故滑動變阻器采用分壓式接法；此時(shí)考慮到干路最小電流約為 A

9、，故滑動變阻器只能選擇R1，經(jīng)過估算當(dāng)電流表A1滿偏時(shí)，電流表A2也正好滿偏，非常匹配，因此滿足電表讀數(shù)不得小于其量程的三分之一要求故實(shí)驗(yàn)器材選擇ABDEGH.(2)如圖所示(3)待測電阻Rx，其中I1、I2分別為電流表A1和A2的示數(shù)答案(1)ABDEGH(2)見解析圖(3)I1、I2分別為電流表A1和A2的示數(shù)例3某課題研究小組，選用下列器材測定某型號 所用鋰電池的電動勢E和內(nèi)阻r.(電動勢約為4 V，內(nèi)阻在幾歐到幾十歐之間)A電壓表(量程6 V， k)B電流表(量程2 mA，內(nèi)阻約為50 )C電阻箱R(0 )D開關(guān)S一只、導(dǎo)線若干(1)某同學(xué)從上述器材中選取了電流表和電阻箱測鋰電池的電動

10、勢和內(nèi)阻，你認(rèn)為可行嗎？請說明理由：_.(2)今用上述器材中的電壓表和電阻箱測鋰電池的電動勢和內(nèi)阻，請?jiān)谔摼€框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(3)用(2)中實(shí)驗(yàn)電路測得的8組U、R數(shù)據(jù)，已在坐標(biāo)系中描出了各點(diǎn)，如圖4所示，請?jiān)趫D中作出圖線根據(jù)圖線求得E_V，r_.(保留兩位有效數(shù)字)圖4解析(1)將電流表、電阻箱串聯(lián)在鋰電池上，估算通過電路的最小電流大于2 (2)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示(3)根據(jù)坐標(biāo)中描出的各點(diǎn)，畫出的圖線，如圖所示根據(jù)I，UEIr推出·由此可知圖線的截距為電動勢的倒數(shù)，斜率為內(nèi)阻和電動勢的比值，由此可得出E V，r .答案見解析(限時(shí)：30分鐘)1電子所帶的電荷量(元電荷e)最先是由

11、密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測量出的，圖1是該實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，將兩塊水平放置的金屬板A、B連接到電路中，板間產(chǎn)生豎直向下的勻強(qiáng)電場用一個(gè)噴霧器把許多油滴從上板中間的小孔噴入電場，油滴從噴口出來時(shí)由于與噴口摩擦帶負(fù)電在實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)金屬板間的電壓，利用顯微鏡觀察，找到懸浮不動的油滴所用部分器材已在圖中給出，其中E為直流電源，R為滑動變阻器，V為電壓表，S為開關(guān)，此外還有若干輕質(zhì)導(dǎo)線圖1(1)在圖中畫線連接成實(shí)驗(yàn)電路圖(其中是已經(jīng)連接好的導(dǎo)線)(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到某個(gè)懸浮不動的油滴半徑為r，此時(shí)電壓表的示數(shù)為U，金屬板A、B間的距離為d.已知油滴密度為，重力加速度為g，空氣浮力不計(jì)，則該油滴所帶的電荷量為_

12、(用題目中所給的物理量表示)答案(1)如圖所示(2)解析(2)油滴處于靜止?fàn)顟B(tài)，則有qmg，其中m·r3，聯(lián)立解得q.2實(shí)際電流表有內(nèi)阻，可等效為理想電流表與電阻的串聯(lián)現(xiàn)在要測量電流表的內(nèi)阻r1.供選擇的儀器如下：A待測電流表(05 mA，內(nèi)阻約300 )B電流表(010 mA，內(nèi)阻約100 )C電壓表(量程6 V)D電壓表(量程15 V)E滑動變阻器R3(01 000 )F滑動變阻器R4(0500 )G定值電阻R1(300 )H定值電阻R2(10 )I直流電源(E3 V)J開關(guān)S及導(dǎo)線若干(1)請選擇合適的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，并把電路圖畫在虛線框中(在圖中標(biāo)明所選器材的代號)(2)根

13、據(jù)測量所得物理量有r1_.答案(1)見解析圖(2)解析按照伏安法測電阻的原理，用電流表、來測量待測電流表的內(nèi)阻，電路圖如圖所示由I1r1(I2I1)R1解得r1.3當(dāng)小燈泡發(fā)光時(shí)其燈絲的電阻會隨著發(fā)光亮度的變化而變化某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，按照自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖測量小燈泡的電流 I和電壓U，得到如下表所示的數(shù)據(jù).I(A)U(V)(1)請你根據(jù)上表數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，在虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖可用的器材有：電壓表、電流表、滑動變阻器(010 )、電源、小燈泡、開關(guān)和導(dǎo)線若干(2)在圖2所示坐標(biāo)紙上畫出小燈泡的UI曲線，并定性分析燈絲的電阻與燈泡發(fā)光亮度的變化關(guān)系：_.(3) V、 的電源兩端，利用上面的U

14、I曲線可求出小燈泡的實(shí)際功率是_W，電源效率為_(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)圖2答案(1)如圖甲所示(2)如圖乙所示燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大(3)53%解析電壓取值范圍大，應(yīng)采用分壓式接法，燈絲電阻較小，采用電流表外接法由圖象得燈絲電阻隨發(fā)光亮度的增加而增大在UI 的伏安特性圖線，兩圖線交點(diǎn)為( A, V)，故PUI× W，×100%53%.4要測量一電源的電動勢E(小于3 V)和內(nèi)阻r(約1 )，現(xiàn)有下列器材：電壓表V(03 V15 V)、電阻箱(0 )、定值電阻R02 、開關(guān)和導(dǎo)線某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)所給器材設(shè)計(jì)了如圖3甲所示的實(shí)驗(yàn)電路圖3(1)電路中定值電阻R0的作用是保

15、護(hù)_(填“電源”或“電壓表”)(2)A同學(xué)調(diào)節(jié)電阻箱阻值R，讀出對應(yīng)的電壓表讀數(shù)U，得到兩組數(shù)據(jù)：R1 時(shí)U1 V；R2 時(shí)U2 V由這兩組數(shù)據(jù)可求得電源的電動勢為E_V，內(nèi)阻r_.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)B同學(xué)計(jì)劃用作圖法處理數(shù)據(jù)，他調(diào)節(jié)電阻箱阻值R，得出了若干組數(shù)據(jù)，并描點(diǎn)連線得出了如圖乙所示的圖線，圖線縱坐標(biāo)表示電壓表讀數(shù)的倒數(shù)，圖線的橫坐標(biāo)表示.若所得圖線的斜率為k，在坐標(biāo)軸上的截距為b，則該電源的電動勢E_，內(nèi)阻r_.(用k和b表示)(4)比較A、B兩位同學(xué)的做法，_同學(xué)得出的結(jié)果誤差更小答案(1)電源(2)(3)(4)B解析(1)電路中定值電阻R0的作用：在調(diào)節(jié)電阻箱時(shí)，使電

16、路中的電流不至于太大而燒壞電源(2)由閉合電路歐姆定律可得I，將題給數(shù)據(jù)代入可得E V，r .(3)由閉合電路歐姆定律可得I，整理可得·，所以k，b，故E，r.(4)B同學(xué)運(yùn)用圖象處理數(shù)據(jù)，涉及的測量數(shù)據(jù)較多，誤差更小圖45某物理實(shí)驗(yàn)小組利用實(shí)驗(yàn)室提供的器材測量一待測電阻的阻值可選用器材的代號和規(guī)格如下：電流表A1(量程250 mA，內(nèi)阻r15 )電流表A2(量程300 mA，內(nèi)阻r2約為5 )待測電阻Rx(阻值約為100 )滑動變阻器R(最大阻值10 )蓄電池E(電動勢為6 V，內(nèi)阻r約為1 )單刀單擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干(1)小組同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖4所示，但兩

17、只電表的代號沒有明確請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖5中的實(shí)驗(yàn)器材按電路原理圖連成實(shí)驗(yàn)電路，并在電表下方的虛線框內(nèi)標(biāo)明兩只電表的代號圖5(2)他們需要直接測量的物理量是_，用所測物理量表示待測電阻的計(jì)算式為Rx_.答案(1)見解析圖(2)電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2解析(1)題中沒給電壓表，而是給了兩只電流表，可將已知阻值的電流表A1作為電壓表使用，因此與Rx并聯(lián)的電流表為A1，右側(cè)的電流表為A2，實(shí)驗(yàn)器材連線如圖所示(2)實(shí)驗(yàn)中讀出電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2，則電阻Rx兩端的電壓為UI1r1，電流為II2I1，所以Rx.6某實(shí)驗(yàn)小組要測量一個(gè)用電器L的額定功率(額定電壓

18、為10 V、額定功率在12 W15 W之間)，測量電路的部分導(dǎo)線已經(jīng)接好(如圖6所示)實(shí)驗(yàn)室有下列器材可供選用：圖6直流電源：E1(電動勢為3 V，內(nèi)阻很小)E2(電動勢為15 V，內(nèi)阻很小)直流電流表：A1(量程00.6 A， )A2(量程03 A， )直流電壓表：V(量程為3 V、內(nèi)阻為3 k)滑動變阻器：R1(阻值范圍020 )R2(阻值范圍0200 )定值電阻：R33 k、R49 k、R525 k開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干為使測量盡可能準(zhǔn)確、方便，請回答：(1)電源應(yīng)該選擇_(填“E1”或“E2”)；(2)電流表應(yīng)該選擇_(填“A1”或“A2”)；(3)滑動變阻器應(yīng)該選擇_(填“R1”或“R2”)；