高中物理电学实验教学设计专题 [设计思想] 电学实验是高二物理教学中的一个重点，同时也是高考实验题目中的考查热点题型，尤其是近几年的高考题目中的设计型实验，更是重点考查的内容之一。它源于课本上的基本知识，但又高于课本上的实验要求，稍有一个条件的变化，就会引起实验中的器材、线路、测量原理等各部分的变化，是考查学生应用所学知识解决实际问题的很好的内容之一。因此在这轮教学的过程中，从高二理科班的教学实际中就把这部分内容作为重点讲课内容之一，逐渐地向学生进行传授。 [教学目标] 知识目标： 1、了解各种实验的基本原理和基本方法。 2、会正确地选择分析各种实验所需的器材、线路，正确地进行测量以及数据运算。 3、能根据题目要求设计出合理的实验线路，并选择器材、连接实验线路及测量数据。 能力目标；指导学生辨证地分析问题、合理地解决问题 德育目标：培养学生的创新思维能力。 [教学过程] 说明教学中的问题： 电学实验中涉及的主要问题有：器材的选择、测量电路的选择、控制电路的选择。 解决问题的方法： 解决好上述问题的关键是做好以下五个步骤， （1）选择好合适的实验原理。 （2）设计好合适的电路。 （3）选择好规格合适的实验仪器。 （4）选择好电流表的合理接法。 （5）选择好滑动变阻器的合理接法。 正确地选译议器和电路的问题，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”、“精确性”、“方便性”和“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面要综合考虑．灵活运用 具体内容为： 一、选择好合适的实验原理。 （1）、利用所学知识，寻找所测物理量与其他量的关系，每一种关系即为一种实验原理。 例1、 给你一只电阻，例2、 你有哪些方法知道其电阻？ 分析?? 本题实际上是要寻找测量电阻的实验原理。 方法一：利用欧姆定律：R= 方法二：利用串联电路电压分配规律： = 方法三、利用并联电路电流分配规律：I1R1=I2R2 方法四、若是色环电阻，可以利用色环的规定辨认其阻值。 ---------- （2）、根据题目给定条件，选择某一合适原理 如例1中，若给定的器材是电压表、电流表、电源、滑动变阻器等，则用其中的方法一。若给定的器材是变阻箱、电压表、电源等，则先考虑其中的方法二。。。。。。 实验室有如下一些器材，请设计一个实验测定某一未知电阻的阻值。 A、待测电阻（阻值约几百欧左右） B、电源E（内阻不可忽略） C、变阻箱（最大阻值999.9Ω） D、电压表（量程足够） E、单刀单掷开关，单刀双掷开关。导线若干 （1）画出实验电路原理图； （2）写出测量表达式，并说明各符号的意义。 分析 该实验给定的器材中有变阻箱、单刀双掷开关，首先得想到可能要利用待测电阻和电阻箱进行对比。因此该实验的原理是：对于同一电源，若外电压相等则外电阻相等。 （1）原理如图1所示； （2）测量表达式：RX=R。 二、设计好合适的电路 选择好了实验原理后，根据实验原理，实验电路也就确定了。 例3（1994年高考上海）有一只电压表量程已知，内阻为RV，另有一电池（电动势未知，但不超过电压表得量程，内阻可忽略）。请用这只电压表和电池，再用一个开关和一些连接用得导线，设计测量某一高值电阻Rx得实验方法。（已知Rx得值与Rv相差不大） （1）画出电路图； （2）简要写出测量步骤和需要记录得数据，导出高阻值电阻Rx的技算式。 分析：（1）该实验的实验原理是利用串联电路的电压分配规律，同时还要先用电压表测出电源的电动势，即串联电路的总电压。（2）实验步骤：先将电压表、电池、开关按如图2（a）连接好，闭合开关，读出电压表示数U1,则U1=E；再将电压表按图2（b）连接成电路，闭合开关，记下电压表示数U2，则有 ，得 。 三、选择好规格合适的实验仪器 很多设计型实验题中，往往同一种类的仪器给出了各种规格，需要我们从中选择规格合适的仪器。选择的原则是：
1、安全，即电路中可能出现的最大值一般不能超过仪器的量程活额定值； 2、准确，保证安全的前提下，对于测量仪器选量程越小的越好（量程越小，读书越精确）； 3、方便，对滑动变阻器的选择可能要结合“分压式”还是“接限流式”等情况（如例6）； 4、根据实际情况综合考虑。 例4 某实验中，有如下各种规格的器材： 电池E，电动势约10V，内阻约1 电流表A1，量程10A，内阻r1约为0.2 电流表A2，量程300mA，内阻r2约为5 电流表A3，量程250mA，内阻r3约为5 电阻箱R1，最大阻值999.9 ，阻值最小改变量为0.1 滑动变阻器R2，最大阻值100 ，开关、导线若干 要求用如图3所示的电路测量电流表A3的内阻，则电流表A’应选电流表A1、A2中的哪一只？ 分析：从原理图来看，该实验是利用类似半偏法测电阻。电流表A’中的电流最大值只有250mA，因此应该选电流表A2。 例5：（2000年全国高考）从下表中选择适当的实验器材，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，并能测得多组数据。 器材（代号） 规格 电流表（A1） 电流表（A2） 电压表（V） 电阻（R1） 滑动变阻器（R2） 电池（E） 开关（S） 导线若干 量程10mA，内阻r1待测（约40 ） 量程500 A，内阻r2=750 量程10V，内阻r3=10k 阻值约100 ，作保护电阻用 总阻值约50 电动势1.5V，内阻很小
（1）在如图4所示虚线框中画出电路图，标明所用器材得编号； （2）若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1=_________，式中各符号的意义是：_________。 电流表分析：本实验的原理是利用欧姆定律测A1的内阻，通过电流表A1的电流I1当然是由电流表A1直接读出。但测电流表A1的电压时，有很多同学都是设计的利用电压表V，这也是我们一般的思路，而对于本题这种作法是不行的，因为A1上的电压最多只有：U1=I1r1 10 10-3 4V=0.4V，而电压表V的量程是10V，对0.4V的电压来说，电压表的指针只是稍微偏转了一点点，这样测得的电压值误差太大，因而不能用电压表，而电流表A2的内阻r2已知，因此本题要利用电流表A2与电流表A1并联来测电压。电路图如图5所示。A1内阻的表达式为r1=I2r2/I1。式中I1为电流表A1的电流，I2为电流表A2的电流。 四、选择好滑动变阻器在电路中接成限流式还是分压式 滑动变阻器在电路中一般是起着控制或改变某部分电路的电压或电流的作用，此时滑动变阻器的连接就有限流式和分压式之分，选择限流式还是分压式的基本原则是： 1、下列几种情况必须选择分压式 （1）变阻器电阻远小于被控电路电阻。 （2）题目要求被控电路的电压从零开始连续变化． （3）若用限流式则被控电路或测量仪表肯定会过载． 2、下列情况一般选择限流式 （1）若变阻器电阻远大于被控电路电阻一般用限流式。 （2）若不属于必须用分压式的情况，则首先考虑限流式。因限流式电路简单，耗能少。 例6：为测定一个“2.5V 0.2W”的小灯泡的伏安特性曲线，可供选择的器材有： A、量程0～0.6A、内阻0.2 的电流表 B、量程0～100mA、内阻5 的电流表 C、量程0～3V、内阻10k 的电压表 D、量程0～15V、内阻50k 的电压表 E、最大阻值为20 ，额定电流为0.5A的滑动变阻器 F、最大阻值为1000 ，额定电流为0.1A的滑动变阻器 G、6V的蓄电池，导线，开关 要求实验中灯泡电压从零逐渐增到额定电压。 （1）电压表应选___________，电流表应选____________，滑动变阻器应选_________；（填写器材序号） （2）在如图6虚线框内画出实验电路图； （3）若实验操作正确，得到如图7所示的曲线的原因是____________。 分析：（1）本题的电路实际就是伏安法测电阻的电路，由于灯泡电压从零增加到额定电压，故滑动变阻器应接成分压式。由计算知，滑动变阻器E、F的额定电流均足够，而为了方便控制，对于分压式电路滑动变阻器选小阻值要好，因此变阻器选E。电压表、电流表显然应选C和B；（2）电路图略；（3）原因是灯丝的阻值随温度的升高而变化。 五、选择好“电流表内接”还是“电流表外接“ 1、用伏安法测电阻或电功率选择“电流表内接”还是“电流表外接”的原则 （1）若被测电器属大阻值的，则用“电流表内接”；若被测电器属小电阻值的，则用“电流表外接”。 （2）若已知电流表内阻，而不知电压表内阻，则用“电流表内接”；若已知电压表内阻而不知电流表内阻，则用“电流表外接”。 （3）若电流表、电压表的内阻均已知，理论上是用“电流表内接”或“电流表外接”均可，但我们一般采用（1）中的做法。 2、用伏安法测定电源电动势和内阻的实验中选择“电流表内接”还是“电流表外接”的问题 （1）在一般情况（电源内阻较小，与电流表内阻相当）下，用“电流表内接”，若电源内阻很大（和电压表内阻相当，一般不会出现这种情况），用“电流表外接”。 （2）若已知电压表内阻而不知电流表内阻，则用“电流表内接”，可消除系统误差。 （3）若已知电流表内阻而不知电压表内阻，则用“电流表外接”，可消除系统误差。 （4）若已知电流表和电压表内阻，则用“电流表内接”和“电流表外接”均可，一般用（1）中的做法。 所以，我们在选择电学实验仪器和实验电路时，应先依据题意确定电流表、电压表和滑动变阻器等仪器，然后确定电流表的内外接怯，再选择控制电路并画出实验电路图．
电路实验针对训练
1．有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的U-I图线．有下列器材供选用：
A．电压表(0～5 V，内阻10 kΩ)
B．电压表(0～10 V，内阻20 kΩ)
C．电流表(0～0.3 A，内阻1 Ω)
D．电流表(0～0.6 A，内阻0.4 Ω)
E．滑动变阻器(5 Ω，1 A)
F．滑动变阻器(500 Ω，0.2 A)
(1)实验中电压表应选用______，电流表应选用________．为使实验误差尽量减小，要求电压表从零开始变化且多取几组数据，滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)．
(2)请画出满足实验要求的电路图，并把由图1中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图．
图1
2．在测定一根粗细均匀合金丝Rx的电阻率的实验中：
(1)利用螺旋测微器测定合金丝的直径，示数如图4a所示，则可读得合金丝的直径为________mm；
(2)待测合金丝Rx的电阻约为5 Ω，提供的仪器有：
A．电压表V(内阻约为10 kΩ，量程为3 V)
B．电流表A1(内阻约为3 Ω，量程为0.6 A)
C．电流表A2(内阻约为0.1 Ω，量程为3 A)
D．滑动变阻器R(阻值为0～5 Ω，额定电流为2 A)
E．电源E(电动势为5 V，内电阻为1 Ω)
F．一个开关、若干导线
①要求较准确地测出其阻值，电流表应选________；(填序号字母)
②某同学根据以上仪器，按图b连接实验线路，在实验中发现电流表示数变化范围较窄，现请你用笔在图b中画一条线对电路进行修改，使电流表示数的变化范围变宽；
③修改后的电路其测量结果比真实值偏________(填“大”或“小”)．
图4
3.某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0，实验电路如图5所示：
图5
(1)连好电路后，当该同学闭合开关，发现电流表示数为0，电压表示数不为0.检查各接线柱均未接错，接触良好且未发生短路；他用多用电表的电压挡检查电路，把两表笔分别接a、b，b、c，d、e时，示数均为0，把两表笔接c、d时，示数与电压表示数相同，由此可推断故障是________．
(2)按电路原理图及用多用电表的电压挡检查电路，且把两表笔分别接c、d时的实物电路图以笔画线代导线连接起来．
图6
(3)排除故障后，该同学顺利完成实验，测定下列数据，根据数据在下面坐标图中画出UI图，由图7知电池的电动势为________，内阻为________.
I/A
0.10
0.17
0.23
0.30
U/V
1.20
1.00
0.80
0.60
图7
4．完成下列读数
电流表量程一般有两种——0～0.6 A,0～3 A；电压表量程一般有两种——0～3 V,0～15 V．如图8所示：
图8
①接0～3 V量程时读数为________V.
②接0～15 V量程时读数为________V.
③接0～3 A量程时读数为________A.
④接0～0.6 A量程时读数为________A.
5．如图9所示为一黑箱装置，盒内有由两节干电池和几个电阻等元件组成的电路，a、b为黑箱的两个输出端，a端连接盒内电池的正极．
图9
(1)为了探测黑箱，某同学准备进行以下几步测量：
①用多用电表的电阻挡测量a、b间的电阻；
②用多用电表的直流电压挡测量a、b间的输出电压；
③用多用电表的直流电流挡测量a、b间的输出电流；
你认为以上测量中不妥的有：________(填序号)，理由是_____________ ____________________________________________；
(2)若将黑箱内电源解除，他用多用电表粗测a、b间的电阻，已经调零且选择开关指向欧姆挡“×10”挡位，发现指针的偏转角度太大，这时他应将选择开关换成欧姆挡的“__________”挡位(选填“×100”或“×1”)；调零后测量，其表盘及指针所指位置如图10所示，则a、b间的电阻为________Ω.
图10
6．现要测一电动势约为4.5 V，内阻约为5 Ω的电源的电动势和内阻，有下列器材可供选用：电压表(0～6 V)、电流表(0～200 mA、内阻rA＝5 Ω)、滑动变阻器R(最大阻值约10 Ω)、定值电阻R0＝2 Ω、导线若干．
图2
(1)根据题目中所给定的实验器材设计一个测量电源电动势和内阻的电路．
(2)根据所给实物连线．
(3)用测量量表示电动势与内电阻，E＝________；r＝________________.
7.在练习使用多用表的实验中
(1)某同学连接的电路如图6所示
图6
①若旋转选择开关，使尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过________的电流；
②若断开电路中的电键，选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是________的电阻；
③若旋转选择开关，使尖端对准直流电压挡，闭合电键，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是________两端的电压．
(2)在使用多用表的欧姆挡测量电阻时，若________．
A．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大
B．测量时发现指针偏离中央刻度过大，则必须减小倍率，重新调零后再进行测量
C．选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25 Ω
D．欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大
参考答案
1.解析 (1)因小灯泡的额定电压为4 V，所以电压表应选用A，小灯泡的额定电流I＝，所以电流表应选用D；小灯泡正常工作时的电阻为R＝＝8 Ω，因为>Rx，Rx为小电阻，电流表应采用外接法，要求电压表从零开始变化，故滑动变阻器采用分压接法，为便于调节，滑动变阻器应选用E.
(2)满足实验要求的电路图如图甲．接成的相应实物电路图如图乙．
答案 (1)A D E (2)见解析
2.解析 (1)螺旋测微器的固定刻度读数为0.5 mm，可动刻度读数为10.9×0.01 mm＝0.109 mm，故合金丝的直径为0.609 mm.
(2)①把电源电压全部加在合金丝两端，电流为1 A左右，故选用量程为3 A的电流表不合适，电流表应选量程为0.6 A的；②为了使电流表示数的变化范围变宽，滑动变阻器采用分压式接法，电路如图所示；③电流表示数包括了通过电压表的电流，偏大了，所以电阻测量结果偏小．
答案 (1)0.609 (2)①B ②如图所示
③小
3.解析 描点是让这些点均匀分布在直线两侧，注意纵轴截距表示电池的电动势，斜率表示内阻．
答案 (1)R断路 (2)如图
(3)如图 1.46～1.51 V 0.5～0.6 Ω
4.答案 ①1.88 ②9.4 ③0.82 ④0.16
5.解析 (2)多用电表用欧姆挡测量时，如果指针偏转角度太大，说明所测电阻的阻值小，应当选用小量程进行测量；图中所示读数为12 Ω.
答案 (1)①、③ ①用欧姆挡不能直接测量带电源电路的电阻；③用电流挡直接测量可能会造成电源短路
(2)×1 12
6.解析 由闭合电路的欧姆定律：E＝U1＋r，改变滑动变阻器阻值后有E＝U2＋r，解得E＝，r＝.
答案 (1)电路图如图a
(2)实物连线如图b
(3)
7.解析 (1)①作为电流表测电流时与待测电阻串联，因此测流过R1的电流；②断开电键，两个电阻串联，此时多用电表做为欧姆表测量的是两个电阻R1与R2串联之后的总电阻；③滑动变阻器移到最左端时，R1被短路，外电阻就剩一个R2，此时电压表测得就是R2分得的电压或路端电压．
(2)若双手捏住两表笔金属杆，测量值将是人体与待测电阻并联之后的总电阻，因此偏小，A选项不对；测量时发现指针偏离中央刻度过大，分两种情况：若偏转角过大应减小倍率，若偏转角过小应增大倍率，因此B选项不对；由于欧姆表刻度右侧稀左侧密，因此在20与30正中间应小于25，但由于是“×10”倍率因此测量值应小于250 Ω，C选项不对；因此只有D选项正确．
答案 (1)①R1，②R1和R2串联，③R2(或电源)，(2)D
课件16张PPT。 电路实验复习 (一)对真理的追求比对真理的占有更可贵。——爱因斯坦1.伏安法测电阻：电流表内、外接
2.滑动变阻器的选择：分压、限流
3.电路的设计、仪器的选择、实物图连接：
4.电表的读数方法：
5.多用电表的使用：回音壁：一.伏安法测电阻1.原理：
U测 = U真U测 > U真I测 > I真R测 < R真RV的分流作用I测 = I真R测 > R真RA的分压作用R测= RA + Rx适用测大电阻
或Rx 》RA 适用测小电阻
或Rx《 RVR测 = 方法二：在待测电阻、电压表内阻、电流表内阻均不知的情况下，可采用试触法。针对练习1：有一待测电阻RX，约为100Ω ，用内阻为50Ω 的电流表和内阻为5KΩ 的电压表测量其阻值，该选择外接法或是内接法？针对练习2：某同学用伏安法测一个未知电阻RX的阻值，采用如图线路图，他先把伏特表接在N点，读得电表示数分别为U=3.0V，I=3.0mA，然后把伏特表改接在M点，读得电表示数分别为U′=2.9V，I′=4.0mA，则可知伏特表接到哪个点误差较小？RX测量值为多少？返回0——U二、滑动变阻器的使用限流接法分压接法两种电路比较：
分压接法的优势是：电压变化范围大，限流接法的优势在于电路连接简便，附加功率损耗较小．当两种接法均可满足实验要求时，一般选限流接法．但以下两种情况必须选用分压接法：返回1.要求被控制电路的电流(或电压)从零开始可连续调节时2.滑动变阻器的最大值远小于被测电阻的阻值时；三、电压表和电流表的估读方法：4、电表读数：
电流表
（0-0.6A）精确度0.02A 最终读数为小数点两位
（0-3A） 精确度0.1A 最终读数为小数点两位
电压表
（0-3V）精确度0.1V 最终读数为小数点两位
(0-15V) 精确度0.5V 最终读数为小数点一位四、综合应用——实验设计1．安全性原则 — 不超过电表量程﹑滑动变阻器的
额定电流2．精确性原则 — 内外接法选择，电流表电压表不能 小偏角使用（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差3．方便性原则 —选择合适的滑动变阻器返回例：有一个电阻Rx，其阻值大约是25 kΩ ，可供选择的器材是：
电流表A1 (0--100μA, 2 kΩ)
电流表A2 (0--500μA, 300Ω)
电压表V1 (0--10V, 100 kΩ）
电压表V2 (0--50V, 500 K Ω）
直流稳压电源E （15V，1A）
滑动变阻器 R (1 kΩ, 1W)
电键K和若干根导线．
试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出电路图，并将实物图连线。实验仪器：1.待测电阻：Rx，其阻值大约是25 kΩ
2.电流表A2 (0----500μA, 300Ω)
3.电压表V1 (0----10V, 100 kΩ）
4.直流稳压电源E （15V，1A）
5.滑动变阻器 R (1 kΩ, 1W)
6.电键K和若干根导线．
返回五 、多用电表的使用（09年上海物理）15．（8分） （1）用多用表的欧姆档测量阻值约为几十k?的电阻Rx，以下给出的是可能的操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆档调零旋钮，把你认为正确的步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上__________________。 a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆档的零刻度，断开两表笔
b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔
c．旋转S使其尖端对准欧姆档?1k
d．旋转S使其尖端对准欧姆档?100
e．旋转S使其尖端对准交流500V档，并拔出两表笔
c、a、b、e（2）（多选题）下述关于用多用表欧姆档测电阻的说法中正确的是（ ）
A．测量电阻时如果指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率较小的档位，重新调零后测量
B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果
C．测量电路中的某个电阻，应该把该电阻与电路断开
D．测量阻值不同的电阻时都必须重新调零根据左图所示指针位置，此被测电阻的阻值约为___________?。12kA.C感谢各位领导莅临指导谢谢
