章末核心素养提升(09).doc

电学实验设计能力的培养

实验设计的基本思路

eq\x(明确目的)→eq\x(选择方案)→eq\x(选定器材)→eq\x(拟定步骤)→eq\x(数据处理)→eq\x(误差分析)

在近年的电学实验中，电阻的测量(包括变形如电表内阻的测量)、测电源的电动势与内电阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为：R＝eq\f(U,I)，E＝U＋Ir。由此可见，对于电路中电压U及电流I的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。因此复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。

1.电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。

(1)正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。

(2)安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。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，不能烧坏仪器。

(3)方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。

(4)精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。

2.电学实验仪器的选择

(1)根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大角度偏转(一般要大于满偏度的eq\f(1,3))，以减小读数误差。

(2)根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很多变化的，不宜采用。

(3)应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置(电路)中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。

【例1】(2020·江苏卷，10)某同学描绘一种电子元件的I－U关系图像，采用的实验电路图如图1所示，为电压表，为电流表，E为电源(电动势约6V)，R为滑动变阻器(最大阻值20Ω)，R0为定值电阻，S为开关。

(1)请用笔画线代替导线，将图2所示的实物电路连接完整。

(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表

电压U/V

0.000

0.250

0.500

0.650

0.700

0.725

0.750

电流I/mA

0.00

0.10

0.25

0.60

1.70

4.30

7.50

请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I－U图线。

(3)根据作出的I－U图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元件。

(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，会导致的两个后果是________。

A.电压和电流的测量误差增大

B.可能因电流过大烧坏待测元件

C.滑动变阻器允许的调节范围变小

D.待测元件两端电压的可调节范围变小

解析(1)根据电路原理图，按着电流的方向进行实物电路图的连线，如图甲所示。

甲

(2)由表格中的数据在题图上按着标度描出对应的各点，然后用平滑的曲线连接，使尽可能多的点位于曲线上，如图乙所示。

乙

(3)根据作出的I－U图线可知，待测元件为非线性元件。

(4)根据电路的原理图可知，若用导线代替电路中的定值电阻R0，在调节滑动变阻器滑片时所允许的调节范围会变小，此时若调节滑动变阻器滑片，稍有不慎就会使通过待测元件的电流过大，烧坏待测元件或电流表，B、C正确；电压测量值与待测元件两端电压一致，即测量值误差不变，A错误；去掉R0，导线不分电压，待测元件两端电压可调节范围变大，D错误。

答案(1)如解析图甲所示(2)如解析图乙所示(3)非线性(4)BC

【例2】(2021·江苏七市调研)某实验小组测量约十几欧的电阻Rx的阻值。

(1)先用多用电表粗测Rx的阻值。将选择开关旋到“×1”电阻挡，红黑两表笔短接，调节图3甲中________(选填“A”“B”或“C”)，发现指针最大偏角位置如图乙所示，同学们认为此现象可能是表内电池电动势减小造成的。取出多用电表内的电池(标称的电动势为9V)，用直流电压10V挡测得该电池两端的电压为7.1V。

图3

(2)为较准确测出该电池的电动势E和电阻Rx的阻值，实验器材如下：

A.电流表A(量程0.6A，内阻约0.2