高三物理二轮复习研究课(二)

电 学 设 计 性 实 验
一．知识概要：
1．设计性实验的基本原则：
2．设计性实验的基本思路：
二．例题讲解：
例1：某同学在实验室测汽车电热器的电功率，此电热器额定电压为12V 。

该同学用的学生电源的输出电压为16V ，导线、开关等已经备齐，供选择的器材有：
A ．0～3A 电流表；内阻约几Ω
B ．0～0.6 A 电流表；内阻约几Ω
C ．0～3V 电压表；内阻约几千Ω
D ．0～15V 电压表；内阻约几千Ω
E ．0～10Ω，0.5A 滑动变阻器；
F ．0～10Ω，4A 滑动变阻器。

该同学测量的数据记录如下：
（1）合理选择使用的器材：电流表__ _，电压表___ _，滑动变阻器___ __。

（填序号）
（2）在图甲的方框中画出合理的电路图。

（3）在图乙的坐标纸上作出U —I 图像。

（4）电热器的额定功率为_______W 。

图（甲）
图（乙）
例2．从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测出多组数据。

（1）画出电路图，标明所用器材的代号。

（2）若选测量数据中的一组来计算r1，
则所用的表达式为r1= ，
式中各符号的意义是：。

例3：为了测量量程为3V的电压表V的内阻（内阻约2000Ω），实验室可以提供的器材有：
，量程为0.6A，内阻r约为0.1Ω，
电流表A
1
电压表V
，量程为5V，内阻约3500Ω，
1
阻值范围为0——9999Ω，
电阻箱R
1
滑动变阻器R
，最大阻值约为100Ω，额定电流1.5A
2
电源E,电动势6V，内阻约为0.5Ω
单刀单掷开关k、导线若干
(1)请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验
电路，画出电路原理图（电路原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注），要求测量尽量准确。

(2)说明实验所要测量的量：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；写出计算电压表V 的内阻R V 的计算公式为R V ＿＿＿＿＿＿
三．［课后针对训练］
1．在测定一节干电池（电动势约为1.5V ，内阻约为2Ω）的电动势和内阻的实
验中，变阻器和电压表各有两个供选：A 电压表量程为15V ，B 电压表量程为3V ，A 变阻器为（20Ω，3A ），B 变阻器为（500Ω，0.2A ）
电压表应该选 （填A 或B ），这是因
为 .
变阻器应该选 （填A 或B ），这是因
为 .
2．要求测量由2节干电池串联而成的电池组的电动势ε和内阻r （约几欧），提供下列器材：电压表V （量程3V ，内阻1k Ω）、电压表V 2（量程15V ，内阻2k Ω）、电阻箱（0～9999Ω）、电键、导线若干。

某同学用量程为15 V 的电压表连接成如图所示的电路，实验步骤如下：
（l ）合上电键S ，将电阻箱R 阻值调到R 1＝10Ω，读得电压表的读数为U 1
（2）将电阻箱R 阻值调到R 2＝20Ω，读得电压表的读数为U 2，由方程组U 1
＝ε－U 1r/R 1、U 2＝ε－U 2/R 2 解出ε、r
为了减少实验误差，上述实验在选择器材和实验步骤中，应做哪些改进？
3．为了测定电流表A 1的内阻，采用如图1所示的电路。

其中：A 1是待测电流表，量程为A μ300，内阻约为Ω100；
A
2是标准电流表，量程是A
μ
200；
R
1是电阻箱，阻值范围Ω
9.
999
~
0；
R
2是滑动变阻器； R
3
是保护电阻；
E是电池组，电动势为4V，内阻不计；
S
1是单刀单掷开关，S
2
是单刀双掷开关。

（1）将开关S
2扳到接点a处，接通开关S
1
，调整滑动
变阻器R
2使电流表A
2
的读数是150μA；然后将开关S
2
扳到接点b处，，保持
R 2不变，调节电阻箱R
1
，使A
2
的读数仍为150μA。

若此时电阻箱的阻值为
86.3Ω，则待测电流表A
1的内阻R
3
= Ω。

（2）上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器R
2
的滑动端位置，都要保证两块电
流表的安全。

在下面提供的四个电阻中，保护电阻R
3
应选用：（填写阻值相应的字母）。

A．200KΩB．20KΩC．15KΩD．20Ω
（3）下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用。

即要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻器（填写阻值相应的字母）。

A．1kΩB．5kΩC．10kΩD．25kΩ
4．要测量一块多用电表直流10mA档的内阻R
A
（约为40Ω），除此多用电表外，还有下列器材：直流电源一个（电动势E约为1.5V，内阻可忽略不计），电阻一个（阻值R约为150Ω），电键一个，导线若干。

要求（1）写出实验步骤；（2）给出R
A
的表达式.
参考答案：
例１答案：（1）使用器材：电流表__B___，电压表___D___，滑动变阻器__F___。

（2）
（3）
（4）电热器的额定功率为___6____W 。

例2答案：（1）如下图所示的两个图中任一个均可（分压式更好） （2）21
2
1r I I r
，I 1、I 2分别表示通过电流表A 1和A 2的电流，r 1、 r 2分别是它们的电阻。

例3：电路原理图：
A
V
电热器
U /V
I /A
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
12.0
10.0 8.0 6.0 4.0 2.0
· ·
· · · · V
V 1 R 2
R 1
K
需测量的物理量：电压表V 1的读数U 1，电压表V 的读数U ，电阻箱的电阻R 表达式：R V =
1
1UR U U
课后针对训练：
1答案．B ， A 电压表量程过大，误差较大；
A ，
B 变阻器额定电流过小且调节不便
2答案：．应选用量程为3V 的电压表．
改变电阻箱阻值R ，读取若干个U 的值，由I ＝U/R 计算出电流的值，然后作出U －I 图线，得到ε、r 。

3．（1）86．3 （2） B （3） C
4．步骤：（1）用多用电表的直流电压档测电源电动势E ，（2）用多用电表的Ω档测电阻的阻值R ，（3）将多用电表的置于电流10mA 档，与电阻R 串联后接在电源两端，合上电键，记下多用电表读数I ，
表达式：R A =
E
I
- R。