物理电学设计性实验

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高中物理电学综合实验教案

高中物理电学综合实验教案
实验名称：电阻与电流关系的研究
实验目的：通过实验探究电阻与电流之间的关系，加深学生对电学知识的理解。

实验器材：电源、导线、电阻器、安培表、伏特表
实验原理：
根据欧姆定律，电阻器两端的电流和电压成正比，电流等于电压除以电阻值，即I=U/R。

实验步骤：
1. 搭建电路：将电阻器连接在电路中，连接上电源、安培表和伏特表。

2. 设置电压：调节电源的电压，使其保持一个固定值。

3. 测量电流：通过安培表测量电路中的电流值。

4. 测量电压：通过伏特表测量电阻器两端的电压值。

5. 记录数据：记录电压和电流的数值，计算出电阻器的阻值。

6. 重复实验：多次改变电阻器的阻值，重复以上步骤，得到不同电阻值下的电流和电压数据。

实验结果及分析：
根据测得的数据，绘制出电流与电压的关系曲线图，将电阻与电流的关系进行分析，验证欧姆定律。

实验总结：
通过此实验，学生能够深入理解电阻与电流之间的关系，掌握欧姆定律的应用。

同时，通过实际操作，提高了学生的实验能力和数据处理能力。

扩展实验：
1. 探究电阻器的温度对电阻值的影响。

2. 研究串联电路和并联电路中的电流分布情况。

实验注意事项：
1. 操作仪器时要谨慎，避免电击危险。

2. 实验结束后要及时关闭电源，保持实验室安全。

3. 实验数据的记录要准确，实验结果的分析要完整。

以上为电阻与电流关系的研究实验的教案，希望对您有帮助。

祝教学顺利！。

高考物理电学设计性实验

十九、定值电阻在电学设计性实验中的巧用设计性物理实验是近几年高考试题中的一个新亮点，也是高三复习教学的重点之一;它要求学生对课本实验原理、方法有较为透彻的理解，能正确使用实验中用过的仪器，并能正确运用在这些实验中学过的方法综合分析解决新的实验问题。

设计性实验主要以电路设计为主.电路设计经常要用到定值电阻，定值电阻如何使用往往是学生最感困惑的地方，也是教学的薄弱环节.鉴于此，本专题将对电学实验设计的基本原则和基本思想特别是定值电阻在其中的巧用进行系统的介绍，并对相应问题归类分析。

一. 基本原则1. 安全性：保证不损坏实验器材。

2. 精确性：电表指针偏转要明显，尽可能减小实验误差，并测得多组数据。

3. 方便性：在保证实验正常进行的前提下，选用的电路和器材应便于操作，所得的实验数据便于处理。

（又称可“操作性”）以上原则是必须遵循的原则。

另外有一个附加要求，即在同时满足以上原则的基础上，尽可能地节省器材，节约能源。

（在平时练习中，若题目无特别说明，一般不予以考虑。

）二. 基本思想1. 分压、限流电路的选择根据分压、限流电路的特点和制约电路的几种因素，有以下选择：（1）若负载电阻的阻值远大于滑动变阻器的总电阻，因滑动变阻器限流作用弱，如果采用限流电路，电表指针在滑动变阻器阻值改变后偏转不明显，无法测得多组数据，故应采用分压电路。

（2）如果负载电阻的阻值与滑动变阻器的总电阻相差不大，分压、限流电路都可。

（3）若要求负载上电压或电流从零开始连续变化，须用分压电路。

（4）两种电路均可的情况下，若要求电源消耗功率小，须用限流电路。

（证明从略）2. 其它设计思想（5）若知道电压表的量程和阻值，则电压表兼有电流表的功能。

（6）若知道电流表的量程和阻值，则电流表兼有电压表的功能。

（7）根据电压表的构造可知，可以用电流表和电阻串联作电压表使用涉及知识：1.伏安法测电阻2. 半偏法测电阻3.电流表电阻的测量4.电压表电阻的测量5.伏安法测电源的电动势和内电阻6.电表的改装一、定值电阻作为保护电阻定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用,这类问题的关键是弄清题目的设计原理，根据提供的数据进行必要的估算，确定好保护电阻在电路中的位置. 串联电阻具有分压作用，并联电阻具有分流作用，利用定值电阻的这种作用，可以用定值电阻来保护电表、待测元件、电源、滑动变阻器等器材的使用安全，这种做法遵循的是电学实验中的“安全性原则”．【例1】测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5V，r约为1.5Ω)．实验器材：量程3V的理想电压表V；量程0.5A的电流表A(具有一定内阻)；定值电阻4R=Ω；滑动变阻器'R；电键K；导线若干．(1)画出实验电路原理图，图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出．(2)实验中，当电流表读数为1I时，电压表读数为1U；当电流表读数为2I时，电压表读数为2U,则可以求出E= ，r= ．(用1212I I U U、、、及R表示)〖解析〗(1)测量电源电动势和内阻的实验原理是闭合电路欧姆定律．电压表用来测路端电压，电流表用来测干路中的总电流．当电路中电流达到最大值(电流表的量程)0.5A时，路端电压最小值为(4.50.5 1.5)U E Ir=-=-⨯V 3.75=V，大于电压表量程，故电压表不能直接用于测量路端电压．若将题中的定值电阻与电源串联，便组成一个等效电源．等效电源的内阻为R r+，最小路端电压为'()[4.50.5(4 1.5)]U E I R r=-+=-+V 1.75=V，小于电压表量程，故可以保证测量的安全．实验电路原理图如图1所示．(2)由闭合电路欧姆定律可得，11()E U I R r=++,22()E U I R r=++,两式联立解得：211221I U I UEI I-=-,1221U Ur RI I-=--【例2】利用下面适当的实验器材，设计一电路来测量电流表1A的内阻1r，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测出多组数据.A.电流表1()A量程0～10mA、内阻1r待测(约40Ω);图 1---179------180---B.电流表2()A 量程0～500μA 、内阻2750Ωr =;C.电压表()V 量程0～10V 、内阻3=10k Ωr ;D.定值电阻1()R 阻值约100Ω、做保护电阻用;E.滑动变阻器2()R 总阻值约为50Ω;F.电源()E 电动势1.5V 、内阻很小;G.开关()S 、导线若干.(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1r ，则所用的表达式为1r = ，说明式中各符号的意义.〖解析〗由1A 的量程和内阻值可知，其两端的最大电压大约为30101040V 0.4V U -=⨯⨯=<10V .为便于测量的精确度尽可能高，10V 的电压表不能选用，要测量1A 的内阻值1r ，由伏安法测电阻原理必须知道它两端的电压1U 和其中的电流1I ，而电流1I 可由其读数读出，把电流表2A 和电流表1A 并联起来，电流表2A 的读数为2I ，则22I r 即为电流表1A 两端的电压，在这里电流表2A 当作电压表使用.如果滑动变阻器作限流使用，电路中电流的最小值约为:0121 1.57.9mA 1005040E I R R r ===++++>500μA ,滑动变阻器应采用分压接法.点评该电路仅需保护支路，保护电阻的位置有如图2，3所示两个方案，通过估算可知保护电阻在干路的保护能力比在支路的保护能力略强，但相差极小,故这两种方案均可.【例3】有一电压表1V ,其量程为3V ，内阻约为3000Ω,要准确地测量该电压表的内阻，提供的实验器材有: 电源E :电动势约为15V ，内阻可忽略不计; 电流表1A :量程为0～100mA ，内阻1r =20Ω 电压表2V :量程为0～2V ，内阻2=2000Ωr ; 定值电阻1R :阻值20Ω; 定值电阻2R :阻值3Ω;滑动变阻器0R :最大阻值10Ω，额定电流1A ; 单刀单掷开关S ，导线若干.(1)实验中应选用的电表是 ;定值电阻应选用 .(2)设计一个测量电压表1V 内阻的实验电路，画出原理图.(3)说明实验所要测量的量: . (4)写出电压表1V 内阻的计算表达式 . 〖解析〗电压表1V 两端的电压由其读数读出，当电压表1V 接入电路中时，流过它的最大电流约为131mA 3000I ==远小于电流表1A 的量程，电流表1A 不能使用，由题所给实验器材只能把电压表2V 当作电流表使用，流过电压表2V 的最大电流为'221mA 2000I ==正符合要求，变阻器的阻值为10Ω远小于电压表12V V 、的总电阻，应采用分压接法，变阻器的额定电流为1A ，需要一个定值电阻作为保护，其阻值设为x R ，由0x E I R R =+可求得215105Ω1x E R R I =-=-=,定值电阻应选1R ，流过电压表1V 的电流等于电压表2V 的电流，电压表2V 的电流I 等于它的示数2U 除以它的内阻2r ，所以电压表1V 的内阻11122V U U R r I U ==,电路图如图4所示.点评该题的特点是不仅电表需要保护，而且滑动变阻器也需要保护，故保护电阻只能连在干路上. 二、定值电阻可以用来完善实验条件为了提高测量精确度，实验中常常需要满足一定的实验条件，以减小测量的系统误差，常采用的方法就是增大待测量，利用定值电阻和电表等元件连接可以达到此目的，这遵循的是电学实验中的“精确性原则”．【例4】某待测电阻x R 的阻值约为20Ω，实验室提供如下器材：A.电流表1A (量程150mA ，内阻110r =Ω)B.电流表2A (量程20mA ，内阻230r =Ω)C.定值电阻010R =ΩD.滑动变阻器R ，最大阻值为10ΩE.电源E ，电动势4E =V (内阻不计)F.开关S 及导线若干(1)根据上述器材完成此实验，测量时要求电表读数不得小于其量程的13，请你画出测量x R 的一种实验原理图(图中元件用题干中相应的物理量符号标注).(2)实验时电流表1A 的读数为1I ，电流表2A 的读数为2I ,用已知量和测得的物理量表示x R = 〖解析〗(1)测量电阻的基本原理是欧姆定律.由于题中只给了两只电流表，没有给电压表，故在测量电路中必须要让其中一只电流表充当电压表来测量被测电阻两端的电压．由串、并联电路性质，应该选择量程较小的那只电流表2A 与待测电阻并联，而另一只量程较大的电流表1A 用来测通过待测电阻的电流，若电流表1A 达到其量程的13即50mA ，根据并联电路性质可得通过电流表2A 的电流为图 3图 2图 4图 5---181---2×50mA=20mA 5．这一值达到其满偏值，不可采用；当电流表2A 达到其量程的13，电流表1A 不能达到量程的13，故不能满足本实验的条件.为此必须减小电流表2A 的电流，将定值电阻与电流表2A 串联后增大了这一支路的电阻，从而减小了这一支路的电流，通过估算可知，能满足实验条件，从而提高了实验的精确度.若滑动变阻器采用限流式接法，可估算出当电流最小为4133mA 1020x E I R R ==≈++，此时通过电流表2A 的电流202x x R I I R R r =++20133102030=⨯++44.3mA>20mA ≈，会超过其量程，2A 会烧毁，故必须采用分压式接法．实验电路如图5所示．（2）由欧姆定律可得：20212()()x I R r I I R +=-，解得：20212()x I R r R I I +=-三、定值电阻用于改装电表，扩大电表量程在有些需要测电流或电压的实验中，当只有表头没有电流表或电压表，或者有电流表或电压表但它们的量程过小不能满足实验的要求时，为了完成实验，必须对其进行改装或将电表的量程扩大．表头串联(并联)一个定值电阻可以将其改装成电压表（电流表），电流表（电压表）并联（串联）一个定值定值，可以将其量程扩大. 【例5】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室有如下器材：A.待测干电池B.表头G (量程3mA ,内阻120r =Ω)C.电流表A (量程0.6A ,内阻20.2r =Ω)D.滑动变阻器甲（最大阻值10Ω）E.滑动变阻器乙（最大阻值100Ω）F.定值电阻（1=100ΩR ）G.定值电阻（2=500ΩR ）H.定值电阻（3=1.5k ΩR ）开关、导线若干 (1)由于没有电压表，他决定用表头和定值电阻改装，定值电阻应选用，为了方便并能较准确地测量，滑动变阻器应选．(填写各器材前的序号) (2)请画出实验电路 (3)若某次测量中表头G 的示数为1I ，电流表A 的示数为2I ,改变滑动变阻器阻值后，表头G 的示数为'1I ，电流表A 的示数为'2I ,则电源的内阻r = ，电动势E = . 〖解析〗(1)改装后的电压表的量程应比一节干电池（电动势为1.5V ）的电动势略大些．将三个定值电阻1R 、2R 、3R 分别代入1()g U I r R =+中分别得0.36V 、1.56V 、4.56V ，故定值电阻应选2R (G)；从精确性原则出发，滑动变阻器阻值应尽可能小些，故选甲（D ）．(2)实验电路如图6所示．(3)由闭合电路欧姆定律得，11212()()E I r R I I r =+++，'''11212()()E I r R I I r =+++ 联立解得:'1121''1212()()I I R r r I I I I -+=+-- '121121211''1212()()()()I I I I R r E R r I I I I I +-+=+++-- 【例6】实验室准备了下列器材:电流表1A (量程为0.6A ，内阻约0.1Ω); 电流表2A (量程为600μA ，内阻为100Ω;定值电阻1R (9900Ω); 滑动变阻器2R (0～10Ω);电源(6V E =，内阻不计，允许通过的最大电流为0.5A ); 待测电阻x R (约10Ω);开关S 一个，导线若干. 要求选择上述器材，设计一个用伏安法测电阻x R 的电路.分析由于本实验没有提供的电压表，而所给的电流表量程太小，故应先将电流表2A 与定值电阻1R 串联改装成一个大量程的电压表，再设计电路.(电路图如图7所示，具体解答略)四、定值电阻可以当电压表使用在有些需要测电压的实验中，没有电压表或给定的电压表不能用来直接测电压，此时可利用定值电阻与其他电表组合，间接测出待测元件两端的电压．【例7】要测量某一电流表A 的内阻1r ，给定的器材有： A.待测电流表A (量程300μA ，内阻1r 约为100Ω) B.电压表V (量程3V ，内阻21k Ωr =) C.电源E (电动势4V ，内阻忽略不计) D.定值电阻112ΩR = E.滑动变阻器2R (阻值范围O ～20Ω，允许最大电流0.5A ) F.电键S 一个，导线若干要求测量时两电表指针的偏转均超过其量程的一半． (1)画出实验电路图． (2)电路接通后，测得电压表读数为U ，电流表读数为I ，用已知量和测得的量表示电流表内阻1r = 〖解析〗(1)由于电流表两端允许的最大电压为6130010100V=0.03V m A U I r -=⋅=⨯⨯，远小于电压表量程3V ，故不能用电压表直接测电流表两端电压，只能将电压表接在测量电路的干路中作电流表使用，而将定值电阻1R 与电流表并联作为间接电压表使用，该间接电压表所测电压为12()U I R r -.当电压表示数为其量程一半即1.5V 时，滑图 6图 7图 8---182---332 1.5A=1.510A=1500μA 110V U I r -==⨯⨯，通过电流表的电流为111161μA V R II r R =≈+,故两表可同时达到或超过其量程的一半，满足实验条件，方案可行．另外考虑到安全性与精确性，电路应采用分压式电路，实验电路如图8所示． (2)根据欧姆定律得：112()U Ir I R r =- ，所以有1112UR r R Ir =-. 【例8】某待测电阻Rx 的阻值在80～100Ω之间，现要测量其电阻的阻值，实验室提供如下器材： A ．电流表1A (量程0.9mA 、内阻约为110r =Ω) B ．电流表2A (量程300μA 、内阻2r 为30Ω) C ．电流表3A (量程0.6A 、内阻3r 约为0.2Ω) D ．电压表(量程4V 、内阻约为20k Ω) E ．定值电阻020R Ω＝F ．滑动变阻器R ，最大阻值约为10ΩG ．电源E (电动势15V )H ．开关S 、导线若干 (1)在上述提供的器材中，要完成此实验，应选用 (填字母代号) (2)测量要求电表读数不得小于其量程的13，请你在虚框内画出测量电阻Rx 的一种实验电路原理图(图中元件用题干中相应的英文字母标注) (3)用已知量和测量的量表示Rx 的表达式Rx = ，说明式中各字母所表示的物理量： . 〖解析〗(1)测电阻的最基本的方法是“伏安法”，有“伏安法”可知器材需要电压表和电流表，所给的电压表的量程为4V 小于电源的电动势15V ,为使测量精确度高，电压表不能使用，待测电阻x R 中的最大电流约为：15A=0.1875A 80x E I R == 电流表3A 不能使用，若把电流表1A 或2A 改装为量程约为15V 电压表，由1511g R n -r r I r==-⋅()()可分别计算出需串联的电阻大约为：1315(1)1016656.70.91010R -=-⨯≈Ω⨯⨯2615(1)30499703001030R -=-⨯≈Ω⨯⨯题中没有符合要求的电阻，需要用定值电阻当作电压表使用，需要知道其中的电流. (2)滑动变阻器的阻值x R R <，电表量程较小，控制电路采用分压电路；“伏安法”测电阻，测量中要求电压表读数不得小于其量程的13，1A 表测大电流，2A 表测小电流，如果2A 、0R 串联后与x R 并联，如图9所示，电流表1A 的电流为：2021211()113137.5μA 33m m m x I R r I I I R ++=<＝.如果2A 、x R 串联后与0R 并联，如图10所示，电流表图 9 图 101A 的电流为：2212101()113550μA 33m x m m I R r I I I R ++=>＝，因此测量电阻x R 与2A 串联后与0R 并联. (3)由()1222()x I I I R r +0-R ＝得：12022x I I R R r I -=- 其中2r 为2A 表的内阻，0R 为定值电阻，1I 为1A 表示数，2I 为2A 表示数.五、定值电阻可以当电流表使用在有些需要测电流的实验中，没有电流表或给定的电流表不能满足实验要求，此时可利用定值电阻与其他电表组合，间接测出待测元件两端的电流．【例9】现要测量某一电压表V 的内阻．给定的器材有：待测电压表V (量程2V ，内阻约为4k Ω)；毫安表mA (量程1.2mA ，内阻约500Ω)；直流电源E (电动势约2.4V ,内阻不计)；定值电阻3个：14000ΩR =，210000ΩR =，315000ΩR =；电键S 及导线若干.要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半．（1）试从3个定值电阻中选用比较合适的1个，与其他器材一起组成测量电路，并画出测量电路的原理图．(要求电路中各器材用题中给定的符号标出) （2）电路接通后，若电压表读数为U ,电流表读数为I ,则电压表内阻V R = .分析原理如图11示，该实验中定值电阻有双重作用，既可以保护电压表两端的电压不会超过其量程，又充当了电流表的作用，通过1R 的电流为1UR ，从而可以推算出电压表的内阻. 〖解析〗（1）由于电压表可显示出其两端的电压，要测出电压表的内阻，只需要测出通过电压表的电流即可，因此初步考虑将电流表与电压表串联.当通过电流表的电流达到其量程的一半即0.6mA 时，电压表两端电压为30.6104000V=2.4V U -=⨯⨯,已大于电压表的量程，看来两表不能同时达到或超过其量程的一半，不满足实验条件，为此必须用一定值电阻与电压表并联，以减小通过电压表的电流.由上述估算可知，要使电压表两端电压也超过其量程的一半，定值电阻分得的电流必须达到或接近总电流的一半，故定值电阻的阻值与电压表的内阻相当，从题给的三个定值电阻看，图 11---183---只有1R 比较合适，此时定值电阻相当于一个间接电流表，其测得的电流为11R UI R =,这样就可以进一步算出通过电压表的电流了.电路图如图11所示.（另解：实验电路如图11所示，若选用电阻1R ，则并联电阻2000R Ω并＝，电压表读数为：2.42000 1.92V 1V 2000500mA E U R R r ==⨯=>++并并,电流表读数: 2.40.96mA 0.6mA 2000500mA E I R r ===>++并并1R 符合要求，同理可得23R R 、不符合要求；故选1R ．(2)由欧姆定律得：1111V R U U UR R U I I IR UI R ===--- 点评：本题涉及实验器材选取和电路设计等，对考生的分析综合能力提出了较高要求，解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材，由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手.【例10】要测量电压表1V 的内阻V R ，其量程为2V ，内阻约为2k Ω。

高考物理一轮复习微专题7 处理电学设计性实验的思路与方法课件

[典例 2] 一微安表的刻度盘只标注了表示量程 Ig＝100 μA
的刻度线，尚未标注其他刻度线，请用下列全部器材测量微安表的内阻．
待测微安表：内阻 Rg 约为 2 kΩ
毫伏表：量程 250 mV，最小分度 5 mV，内阻约为 1 kΩ 滑动变阻器 R1：0～50 Ω 滑动变阻器 R2：0～3 kΩ 直流电源 E：电动势 E＝1.5 V，内阻 r 约为 1 Ω 开关 S，导线若干
节，即选用⑥.
• (2)直接根据电路图连接实物图，如图所示．
(3)①实验前要保护电路，故将滑动变阻器的滑片移至最左端； ③为了得到多组数据，应多次移动滑片，记录下相应的读数 U、I.
(4)电压表中通过的电流为 I－UR，电压表的内阻为 r1＝I－URU1，U －I 图线的斜率为 k，即UI ＝k，则电压表的内阻 r1＝Rk1－R1k.
• 2．深刻理解实验原理
• 实验原理是实验的核心，实验方法、实验步骤、仪器的选择、数据的处理等一切与实验相关的问题都是依据实验原理而来的．把握住实验原理，许多问题就会迎刃而解．
• [典例1] 测量电压表内阻的电路如图甲所示，供选择的器材如下：
• ①待测电压表V(0～3 V，内阻约3 000 Ω)；
[解析] (1)电流表 A 满偏时电流为 10 mA，电压表 V 满偏时电
流约为 1 mA，故为了更好地匹配两个电表的示数同时达到适当的偏
转角度，应使用定值电阻分流约 9值电阻的阻值为1
000 3
Ω，即选用 R1＝400 Ω 的定值电阻③；
滑动变阻器是分压式接法，应选用阻值较小的滑动变阻器，方便调
乙
(3)补全实验步骤： ① 按电路原理图连接实物电路， ______________________ __________________________________________________； ②闭合开关 S，移动滑片至某一位置，记录电压表 V 的读数 U，电流表 A 的读数 I； ③__________________________________________________； ④以 U 为纵坐标，I 为横坐标，作出相应图线，如图丙所示． (4)根据 U－I 图线的斜率 k 及定值电阻，写出待测电压表内阻的表达式： ___________________________________.

初中物理四个电学实验实验报告和评分表,探究串并联电路中电流和电压的规律,电阻的测量

《探究串联电路中电流的规律》实验报告学校：姓名：实验目的：探究串联电路中的电流规律。

实验器材：电源、电流表、三个小灯泡（其中至少两个规格不同）、开关、导线若干实验电路图：实验步骤：1、检查实验器材。

2、设计实验电路，画出测量A点电流的电路图。

3、按照电路图连接实物电路，检查电路连接是否正确，若没有问题，方可闭合开关，使两个灯泡均发光，记录A点电流。

4、将电流表分别串联在电路中的B点、C点，并分别记录测量的电流值。

5、换上另外两个规格不同的小灯泡，重复实验一次。

6、整理器材。

实验数据记录表格：实验结论：澧县2021年学生实验操作考核评分表实验名称：探究串联电路中电流的规律学校：姓名：第轮号总分：监考老师：《探究并联电路中电流的规律》实验报告学校：姓名：实验目的：探究并联电路中干路电流与各支路电流的关系。

实验器材：电源、电流表、三个小灯泡（其中至少两个规格不同）、开关、导线若干。

实验电路图：实验步骤： 1、检查实验器材。

2、设计实验电路，画出测量A 点电流的电路图。

3、按照电路图连接实物电路，检查电路连接是否正确，若没有问题，方可闭合开关，使两个灯泡均发光，记录A 点电流。

4、将电流表分别串联在电路中的B 点、C 点，并分别记录测量的电流值。

5、换上另外两个规格不同的小灯泡，重复实验一次。

6、整理器材。

实验数据记录表格：实验结论：。

澧县2021年学生实验操作考核评分表实验名称：探究并联电路电流的规律学校：姓名：第轮号总分：监考老师：《探究串联电路中电压的规律》实验报告实验目的：探究串联电路两端的总电压和各部分电路两端电压的关系。

实验器材：电源、电压表、三个小灯泡（其中至少两个规格不同）、开关、导线若干。

实验步骤：1、检查实验器材。

2、设计实验电路，画出测量A、B两点间电压的电路图。

3、按照电路图连接实物电路，检查电路连接是否正确，若没有问题，方可闭合开关，使两个灯泡均发光，记录A、B两点间的电压。

【2018新课标高考必考知识点教学计划教学安排教案设计】高二物理：电学设计性实验的处理专题

年级高二学科物理版本通用版课程标题电学设计性实验的处理专题编稿老师冯方勇一校付秋花二校黄楠审核曹文慧设计性实验的答题思路与方法1. 明确实验目的。

审题时要看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或者要求设计达到何种标准的电路。

2. 广泛联系、寻找原型、确定实验原理。

3. 根据实验原理与实验器材，迁移实验方法，确定实验方案。

4. 实验电路的选择（1）实验电路的选择伏安法测电阻伏安法测E 和r R r 较小或R r ＜＜R V 或r A V R R R ＜时采用电流表外接法R r 较大或R r ＞＞R V 或r A V R R R ＞时采用电流表内接法 ①电源内阻较小 ②已知R V ，不知R A①电源内阻较大 ②已知R A ，不知R V（2）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。

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：①负载电阻的阻值R x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R x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的总功率较小。

例题中国机器人农民发明家吴玉禄（被誉为中国的特斯拉）只有小学文化，为了给他的机器人吴老二找一个可充电电池，他在废品站找到了一个像电池一样有两个电极的装置，上面标有“TNT”字样，他高兴地拿回去充电，结果差点丢了性命。

如果你是他的儿女，为了安全起见，你能给他提出一些建议或帮助吗？（1）经上网查找这是只工业电雷管，由电能转化成热能而引发爆炸的，利用了电流的热效应。

给你一个多用电表你会选择________（直流电流、直流电压、电阻）挡来判断它是否为电池，可保证既安全又方便。

高中物理电学设计性实验探究

④ 对待测电阻是大电阻或小电阻的判断
还可把半偏法运用到比
ａ．比值法：若鲁＞，说明Ｒ接近于为
例阻
法的
中半
，作为测电压表内偏法，如图５ｂ所
较小电阻，用外接法；而当＂ｔＲｖ＜时则，Ｒ为大电阻，用内接法。
测
测
从以上分析可知，无论内接还是外接，都有误
差。能否应用外接法的测值比内接法的值消
⑤ 掌握半偏法测量Ｒ。如图１ｂ。
除系统误差？由于外接法的测与内接法的并
⑥修改仪表盘示数及量程。 ⑦ 校表。
② 电阻及误差分析：
附属结构，从而达到扩大其量程的目的。 ④ 掌握分压电阻的计算。如图１ａ所示：
一
一
二
Ｊｇ
或
一
，，，
、
Ｒ：Ｉ袁ＪＲｓ：（１）Ｒ
外Ｒ测：＝
并真
内接：Ｒ测：：业：Ｒ＋＞Ｒ真
⑨ 对常见的讨
一致，注重基础知识和基本技能的掌握；② 主要侧论问题有清晰的答
重于电阻（包括电表及电源内阻）的测定；③ 题目案，如：Ｒ可换成电
具有一定综合性和创新性。因此，在教学中强化阻箱吗？接人Ｒ时，
Ｕ丘一 — Ｒ
④ 比例法（比较法）
鼠依据串、并联，分压、

高考物理电学设计性实验思维过程

高考物理电学设计性实验思维过程作者：韩盛杰来源：《中学物理·高中》2014年第07期解答电学设计性实验是一个复杂的智力活动，它是考生的一种有目的、有计划的科学活动.在解答过程中，考生首先需要对问题的信息有充分的感知，尝试从大脑中选取一个基本的经验性实验方案，这个实验方案是一般来源于课本.同时将这个方案与题目中问题信息相互作用，根据实验设计的安全性、准确性、可操作性等寻找基本方案中存在的问题.然后对存在的问题进行分析，利用题中已有信息，采用一切可能的方法去解决基本方案中的问题，通过严格的推演，得出正确的结论.例1测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5 V，r约为1.5 Ω).器材：量程3 V的理想电压表V，量程0.5 A的电流表A(具有一定内阻)，固定电阻R=4 Ω，滑线变阻器R′，电键S，导线若干.①在图1中画出实验电路原理图.图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出.②实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2.则可以求出E=，r=.(用I1，I2，U1，U2及R表示)解析这是一个测定电源电动势和内电阻的实验，学生应该从什么地方开始思考呢？从认知角度来看，学生首先从已有的经验出发，画出课本中的测定电源电动势和内电阻实验电路图，如图2所示.根据所给器材的情况，绝大多数学生可以所给的数据进行简单的分析，看所给器材是否满足安全性、准确性、可操作性.根据全电路欧姆定律，当电流表的读数I小于0.5 A，满足安全性，电压表读数(U=E-Ir)将大于3.75 V，不能满足安全性.反之亦然.新的实验事实和原有的认知产生了矛盾，如何解决这个矛盾？学生又必须从已有的知识经验中去搜寻解决的方案.根据全电路欧姆定律，要使图2中电压表的读数减小，就是减小路端电压，可以采用增大内阻的方法，即在电源上串联一个电阻；或者减小外电路电阻的方法，即在外电路并联一个电阻.这个方案需要电阻.学生重新对所给材料进行分析，发现还有一个固定电阻R=4 Ω.可以进行尝试画出两个可能电路图，如图3所示.新的电路图可以满足题目的要求吗？还必须根据所给的相关数据进行思考估算分析.对图3甲进行分析，当电流表度数I小于0.5 A时，电压表的读数(U=E-Ir)大于1.75 V，满足安全性.这样很简单就得到高考的标准答案.根据所给的两组数据计算后可以得到E=I1U2-I2U1I1-I2,R=U2-U1I1-I2-R.对图3乙进行分析，当电流表读数I小于0.5 A，电压表读数U小于3 V，设总电路的电流为I1，根据全电路欧姆定律，E=U+I1r，可以得到I1=1 A，流过电阻R的电流I2(I2=I1-I)为0.5 A，此时需要的最大电阻R1=UI2=6 Ω.所给电阻R=4 Ω满足题目的要求.根据所给的两组数据计算后可以得到E=(I1U2-I2U1)RR(I1-I2)+(U1-U2),r=(U2-U1)RR(I1-I2)+(U1-U2).同化纳新和顺应创新是人类认知思维的普遍规律.就电学设计性实验的思维活动来说，对于新问题，考生总是以原有的认知为基础去比较、理解、辨析和判断，使新旧知识挂钩，把新知识纳入旧知体系中，从而丰富和发展已有的认知结构，最后达到思维品质的提高.例2用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900 Ω～1000 Ω)：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0 V；电压表V1，量程为1.5 V，内阻r1=750 Ω；电压表V2，量程为5 V，内阻r2=2500 Ω；滑线变阻器R，最大阻值约为100 Ω；单刀单掷开关S，导线若干.(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注).(2)若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=.解析学生从已有的经验出发，根据课本知识画出伏安法测量电阻的测量电路，如图4所示，图4中的甲电流表外接，乙是电流表内接.根据所给的实验器材，比较发现，没有电流表.而在学生的认知中，测量电阻都是根据伏安法来处理的.新的情况和自己的认知产生了矛盾，怎么办？学生必须继续寻找新的方案，从器材中发现，多了一个电压表，并且这个电压表的量程和内阻都知道，肯定要利用这个电压表.根据高中所学的电表改装知识，不难发现多余这个电压表相当于一个电流表，学生可以尝试画出如图5所示的电路.当然，学生在画图5所示的电路图的过程中，肯定要思考的问题，两个表如何放置，即电压表V1和电压表V2如何放置？根据题目要求“电压表的读数不小于其量程的1/3”，不难得到正确的测量电路.实验电路图完成以后，再来思考控制电路图，就是与滑动变阻器的连接的问题.常见的控制电路有两种，是分压电路还是限流电路？根据实验操作性要求，被测电阻阻值比滑动变阻器大得多，应该选择分压电路，因此，完整的电路如图6所示.这就是高考的标准答案.两个电路中Rx的表达式分别为Rx=U1r1r2U2r1-U1r2,Rx=(U2-U1)U1r1.设计性实验的解答过程是一个需要不断对所发生的情况进行自我评估并随时加以必要调整的动态思维过程.设计性实验根源是教材中大纲规定的学生实验，但又高于教材.在平时的实验教学中和高三实验复习中，要坚持“以本为本”，重视教材中实验教学，又要在此基础上有新的拓展和提高.。

高中物理电学实验的创新设计

高中物理电学实验的创新设计在高中物理的学习中，电学实验一直占据着重要的地位。

它不仅能够帮助我们深入理解电学的基本概念和规律，还能培养我们的实验操作能力和科学思维。

然而，传统的电学实验在某些方面可能存在局限性，为了更好地激发学生的兴趣和提高实验效果，创新设计显得尤为重要。

一、传统电学实验的局限性传统的高中物理电学实验，虽然经过了多年的教学实践和优化，但仍存在一些不足之处。

首先，实验器材的精度和稳定性有时难以满足精确测量的需求。

例如，电表的读数误差、电阻箱的接触不良等问题，可能导致实验数据的偏差。

其次，实验内容和形式相对固定，缺乏创新性和探究性。

学生往往只是按照既定的步骤进行操作，难以真正培养自主思考和解决问题的能力。

再者，实验场景与实际生活的联系不够紧密，学生难以将所学知识应用到实际情境中，导致对知识的理解和掌握不够深入。

二、创新设计的思路与原则为了克服传统实验的局限性，我们在进行电学实验创新设计时，可以遵循以下思路和原则。

1、贴近生活将电学实验与日常生活中的实际问题相结合，让学生感受到物理知识的实用性。

例如，可以设计关于家用电器功率测量、手机电池充电效率研究等实验。

2、增加探究性设计一些开放性的实验问题，让学生通过自主探究来寻找答案。

比如，探究不同材料的电阻特性与温度的关系。

3、利用现代技术引入先进的实验仪器和技术手段，如数字化传感器、计算机数据采集系统等，提高实验的精度和效率，同时也能让学生接触到最新的科技成果。

4、简化实验操作通过巧妙的设计，减少实验步骤的复杂性和操作难度，让学生能够更轻松地完成实验，从而将更多的精力集中在实验原理和数据分析上。

三、创新设计案例1、自制简易欧姆表材料：表头（微安表）、电阻箱、滑动变阻器、电源、开关、导线若干。

原理：根据欧姆定律，通过改变与表头串联的电阻值，可以测量不同电阻的阻值。

操作步骤：（1）将表头、电阻箱、滑动变阻器、电源和开关按照电路图连接好。

（2）调节滑动变阻器，使表头指针指在满刻度处。

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电路元件伏安特性的测绘一、仪器的选择

图1-1

图1-2
级别选择：根据基本误差的大小，可把电表分为不同的准确度等级。准确度等级一般为0.1，0.2，0.5， 1.0，1.5，2.5，5.0七级。目前已有0.05级电表出现。0.1级和0.2级表多用来作标准表校准其它电表，0.5级多用于精确度较高的测量中。电表准确度越高，测量误差越小，但仪器也越容易损坏，所以应根据实验误差要求选择合适的级别。
【课题】物理电学设计性实验（3学时）
【目的】根据已学电路知识能够通过所提供电路元件自行设计出各种实验方案，并加以实施，得出实验结果，从而达到巩固和灵活运用所学知识的目的。
【重点】预习报告、实验报告的撰写。
【难点】方案设计、误差分析。

【背景知识】一、测量与误差：误差分析的目的就是评定实验数据的精确或误差，通过误差分析，可以认清误差的来源及其影响，并设法排除数据中所包含的无效成分，还可进一步改进实验方案。在实验中注意哪些是影响实验精确度的主要方面，这对正确地组织实验方法、正确评判实验结果和设计方案，从而提高实验的精确性具有重要的指导意义。
【实验提供仪器】
1.直流稳压电源 0 ~ 15 V可调 2.万用表 3.电流表量程 5、7.5、10、15、20、30(毫安)
4.电压表量程 1.5、3、5、7.5、10、20(伏)
5.直流检流计 6.双踪示波器 7.信号发生器 8.秒表

9.实验箱成套设置
量程的选择：电表的相对误差公式：

E=

根据误差公式得知工作状态中电表的实际指示值越接近量程，电表带来的误差越小，所以一般要求电表实际指示值要达到满偏刻度的2/3以上以此来减少电表带来的误差，但要注意不要超出所选量程。
二、数据表格的制作要测绘各种元件的伏安特性曲线，一定要了解元件的特性，才能选择正确的实验方法，适合的监测电路，设计出合理的数据表格，得出正确的实验结论．
其中含有

固定电阻：1、10、51、100（2个）、200、1K、2K 、
滑线变阻: 1K、10K、100K （欧）电容： 0.022F、0.1 F、1F、10 F、470F（2个）电感线圈： 10mH 二极管（4个）、稳压二极管（6.2V）灯泡： 12V/0.5A
得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

4. 稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正
向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图1-1中d曲线。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时(称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管)电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。

图1-3 元件伏安特性曲线

实验数据表格： 1.测定线性电阻器的伏安特性

2.测定非线性白炽灯泡的伏安特性

3.测定半导体二极管的伏安特性
正向特性实验数据
反向特性实验数据
4.测定稳压二极管的伏安特性正向特性实验：
反向特性实验：

实验注意事项 1. 测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过35mA。 2. 如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21， 0.24，0.30（V），反向特性的电压值取0，2，4，……， 10(V)。 3. 进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不
Байду номын сангаас
1. 线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1中a所示，该直线的斜率等于该电阻器的

电阻值。
2. 一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态时，
其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的 “冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图1-1中b曲线所示。 3. 一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图1-1中c曲线。正向压降很小（一般的锗管约为 0.2～0.3 V，硅管约为0.5～0.7V)，正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加

实验报告 1. 根据各实验数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、

反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压
可取为不同的比例尺） 2 . 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。

3. 必要的误差分析。
4. 心得体会及其他。

环境误差。
（2）偶然误差：在同一条件下，对某一量进行测量时，即使排除了产生系统误差的原因，仍然会出现绝对值和

符号都以不可预测的方式变化的误差。
（3）过失误差：实验人员人为过失造成的、完全可以避免的误差。二、常用电表的使用查看《新编大学物理实验》§2-6 电磁测量仪器
误差：测量值与真值之间的差值，真值即物理量所具有的客观真实值。
误差分类：（1）系统误差：在同一实验条件（实验方法、仪器、环境和实验人员都不变），多次测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或者按一定的规律变化，这种误差

叫系统误差。包括：仪器误差、方法误差、个人误差、
10K（2个）、1M(欧)
微安表：（0～100uA）电位器短接桥和连线导线实验用9孔插件方块
【可做相关实验】
电路元件伏安特性的测绘

基本电路的测量
基本仪器的使用电桥电路测电阻

电表的改装
稳压电路整流滤波电路 RC、RL、RLC暂态电路的研究原件参数的测量

电路混沌效应