电学实验设计精解答.doc

类 别 高中理化生 编 号 高中物理电学实验设计方略 内容摘要电学实验设计是高中学生必须掌握的重要内容之一，是近几年高考的重点和热点。纵观近几年的高考试题可知，电学设计性实验是最为常见的题型。其特点：均为课本实验的拓展与变式，均需要对电路的基本原理和规律进行思考与设计，弱化了直接用公式或模型，强化实验设计中的原理意识。如何让学生能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，提高学生掌握知识的水平和实验设计能力，是教学中有待解决的重要问题。本文以为例，谈谈关键电学；设计电学设计能力和迁移能力是高考考查实验能力的重要手段，电路设计是实验能力考查的重点内容，电学实验设计过程是综合运用电路知识的过程，应重视对知识系统的构建，充分注意知识的完整性、系统性和综合性。电路设计主要包括电学实验原理和方法的选择迁移，以及电学仪器、元件的合理选择；电路连接主要根据电路原理图，对所提供的实物图进行连接，重点是电源、电表正负极及滑动变阻器是否处于最大值等问题。变阻器的使用在实验设计中往往处于关键的地位，它是实验中难掌握的内容。它难在学生解决这类问题时往往感到不知从何入手，笔者从教学实验中体会到：要让学生能解决问题应引导学生懂得实验设计思路应让学生独立地对课本电学实验所涉及到的概念、原理进行初步归纳总结，比较不同实验之间在知识、方法上的联系、区别，做到整体把握。在此基础上，探究具体实验中可用的原理、方法，促进原理、方法迁移。如实验，基本原理部分电路欧姆定律、串并联电路等，是这些知识的综合应用。一、基本知识 1、理解电表实质，统一对电流表和电压表的认识，做到分工不分家。 点拨：本实验中，电流表和电压表的电流表使用，电流表应当2、变阻器的使用 基本连接方式 A调节方便，但调节范围较小；B、分压式接法的线路较复杂，且随着滑动端的移动，电压并非均匀变化，所以调节起来不如限流式方便。因此，在设计电路的时候，应首先考虑限流式，若确实无法满足题目要求，再选分压式接法。 下图是两种连接方式的比较接法 电路图 特点 适用条件 限流式接法 1．用电器R0与滑动变阻器R的部分电阻串联，另一部分不起作用。 2．R0上电压调节范围为R0与R的阻值差不多，且不要求R0上电压调至零 分压式接法 用电阻器R0与滑动变阻器的部分电阻并联后再与另一部分串联 R0上电压调节范围0~E 要求电压调节能从0开始增大 R比R0小，R≤R 电源 中学物理实验中主要使用干电池学生电源和蓄电池。 干电池每节电动势约15V，内阻02Ω左右，不能提供较强的电流（06A以下），学生实验中用作测定电源的电动势和内电阻等。 铅蓄电池的电动势约2V，内阻小（约005Ω），可以提供较强的电流。在一些需要短时大电流放电的实验中常用，如在研究电磁感应现象的学生实验中、安培力的演示实验中都要用到。 学生电源的最大特点是输出电压可调、交直流可变换。它的内阻不但偏大而且是变化的，用于电磁打点记时器和描绘电场中等势线的实验、设计原则 中学电学实验设计的原则，说法不一，认为一般可归纳为四个原则： 科学性原则：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理，应有科学的依据及正确的方案。 安全性原则：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对人身和仪器造成危害。要注意到各种电表均有量程，电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流。 操作性原则：实验时调节方便、便于操作，便于读数，便于进行数据处理便于实验者直观、明显的观察。如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在两者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。精确性原则：实验误差应控制在误差允许范围之内，尽可能选择误差较小的方案。 在安装器材时或使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪器精心调整。如：在使用某些仪器之前，应留心进行机械调零。 选用合适的测量工具（直尺、仪表）及合适的量值范围，使之与被测数值相匹配。如使应万用电表测量某电阻时应选用合适的挡位，使测量时电表指针指在中央刻度值附近。 针对实验中可能出现的操作因素而带来的偶然误差，往往多次重复实验获取多组实验数据、结果，以备选取有效信息、数据。 设计合理的数据处理方式。如：将多组有效数据相加后除以测量次数，取其算术平均值（一般求待测量的算术平均值，而不是求中间某些量的算术平均值）。、设计思路 实验设计可以用下面的框图表示，要求做到所设计的线路尽可能达到安全、精确、方便、经济。首先，实验设计的第一原则是安全，其次注意实验结果误差要小，要精确；第三要考虑可操作性是否强；第四要考虑计算是否方便；最后考虑节省器材，有节约能源和材料的意识，使实验尽可能经济些四、设计方法 1、转换法 将对一个物理量（不易测）的测量转化为对另一个物理量（易测