高考物理一轮复习 第七章 第3节 电学设计性实验

【答案】 (1)如图所示 (2)3.0 7.5
【例 3】 常用的电流表有内阻，现要测量电流表 G1 的 内阻 r1，电路如图 7-3-3 所示．供选择的仪器如下：
图 7-3-3
A．待测电流表 G1(0～5 mA，内阻约 300 Ω) B．电流表 G2(0～10 mA，内阻约 100 Ω) C．定值电阻 R1(30 Ω) D．定值电阻 R2(300 Ω) E．定值电阻 R3(3 kΩ) F．滑动变阻器 R4(0～20 Ω) G．电源(电动势 6.0 V，内阻不计) H．开关 S 及导线若干
【例 1】 (2014·海南高考)用伏安法测量一电池的内 阻．已知该待测电池的电动势 E 约为 9 V，内阻约数十欧， 允许输出的最大电流为 50 mA.可选用的实验器材有：
电压表 (量程 5 V)；电压表 (量程 10 V) 电流表 (量程 50 mA); 电流表 (量程 100 mA) 滑动变阻器 R(最大电阻 300 Ω)； 定值电阻 R1(阻值为 200 Ω，额定功率为18 W)； 定值电阻 R2(阻值为 200 Ω，额定功率为 1 W)；
第 3 节 电学设计性实验
考点一 设计性实验的答题思路与方法
1.设计型实验的一般原则
科学性
可行性
精确性 简便、 直观性
设计的方案有科学的依据和正确的方法， 符合物理学的基本原理 按设计方案实施时，应安全可靠，不会对 人身、器材造成损害；所需装置和器材要 易于置备，且成功率高 在选择方案时，应对各种可能的方案进行 初步的误差分析，尽可能选用精确度高的 方案 设计方案应便于操作、读数，便于进行数 据处理，便于实验者直观、明显地观察
【解析】 (1)由于题目中电流表和电压表的电阻未知， 所以电路设计为图甲或图乙均可．
甲
乙
(2)由于电池允许通过的最大电流为 50 mA，所以电路中 需串联定值电阻 R1 或 R2 作为保护电阻，且最大功率应满足 P ＝I2R＝0.052×200 W＝0.5 W，故定值电阻应选 R2.
(3)U-I 图象的斜率即为电池的内阻． (4)图甲中电压表会造成分流而引起误差；图乙中电流表 会造成分压而引起误差．
2.测量电路的选择
(1)伏安法 测电阻
Rx较小或Rx≪RV或Rx< ⇒电流表外接 Rx较大或Rx≫RA或Rx> ⇒电流表内接
RARV RARV
3．控制电路的选择 控制电路即滑动变阻器在电路中的连接，常有两种不同 的形式，图甲为限流式，图乙为分压式．
甲
乙
在具体实验中，滑动变阻器是采用分压式还是限流式， 可按以下标准进行判断：
2．实验数据的迁移 数据探究性实验的主要功能是通过实验提供的数据信 息，分析各数据中的内在联系，找出数据中所包含的物理规 律．常用的数据处理方法(如平均值法、图象法、逐差法、比 较法等)和误差分析方法都应该掌握．
【例 2】 (2015·潍坊模拟)一同学要测量某电池的电动 势 E 和内阻 r，实验器材如下：
【答案】 (1)见解析 (2)定值电阻在电路中消耗的功率 会超过18W，R2 的功率满足实验要求
(3)51.0(49.0～53.0 均可) (4)见解析
【反思总结】 设计实验的思维流程
考点二 实验方法及数据处理方法的迁移运用 1．实验方法迁移 基本的实验方法包括：实验原理的设计方法、实验误差 的控制方法和实验数据的处理方法，将基本的实验方法和物 理原理合理迁移，可设计出测量不同的物理量、可探究不同 问题的实验方案．教材中所学过的物理规律、物理公式中只 要含有某一物理量，则该规律、公式就可作为研究或测定该 物理量的原理而进行相应的实验方法设计．如用伏安法测电 阻，R＝UI ，也可迁移到测电压表内阻和电流表内阻．
丙 图 7-3-2 (2)实验中移动滑动变阻器触头，读出电压表 V1 和 V2 的 多组数据 U1、U2，绘出 U1-U2 图象如图 7-3-2 丙所示，则电 源的电动势 E＝________V，内阻 r＝________Ω.
【解析】 (1)连接实物电路图时，注意电流的流向．先 将 R0 与滑动变阻器串联起来，再将电压表 V1 并联在电源和 开关两端，电压表 V2 并联在 R0 两端．(2)电压表 V1 测量电源 的端电压，电压表 V2 的示数与 R0 阻值之比为通过电源的电 流，由闭合电路欧姆定律可知，U1＝E－UR02r，所以图线的纵 截距为电源的电动势，故 E＝3.0 V；斜率为Rr0＝32，所以电源 的内阻 r＝7.5 Ω.
A．电压表 V1(量程 3 V，内阻约为 3 kΩ) B．电压表 V2(量程 1.5 V，内阻约为 2 kΩ) C．定值电阻 R0，阻值为 5 Ω D．滑动变阻器 R，最大阻值 10 Ω E．导线和开关
(1)根据图 7-3-2 甲所示实验电路，在图 7-3-2 乙中完成实 物电路的连接．
甲
乙
图 7-3-2
开关 S；导线若干．测量数据如坐标纸上 U-Ⅰ图线所示． 图 7-3-1

(1)在虚线方框内画出合理的电路原理图，并标明所选器 材的符号．
(2)在设计的电路中，选择定值电阻的根据是________． (3)由 U-I 图线求得待测电池的内阻为________Ω. (4)在你设计的实验电路中，产生系统误差的主要原因是 ____________________________________________________ __________________________．
(1)负载电阻的阻值 Rx 远大于滑动变阻器总电阻 R，需用 分压式电路．
(2)要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连 续可调，需用分压式电路．
(3)负载电阻的阻值 Rx 小于滑动变阻器的总电阻 R 或相 差不多，并且电压、电流表示数变化不要求从零起调，可采 用限流式．
(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接 法，因为限流式接法消耗的总功率较小．
4．实验器材的选择 (1)安全因素 通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流． (2)误差因素 选择电表时，保证电流和电压均不超过其量程．使指针 有较大偏转(一般取满偏度的13～23)；使用欧姆表选挡时让指 针尽可能在中值刻度附近．
(3)便于操作 选滑动变阻器时，在满足其他要求的前提下，可选阻值 较小的． (4)实验的实际要求．