专题八 实验方案设计
1．实验桌上有如下器材：符合实验要求的电源一个、电流表和电压表各一只、开关一个、各种阻值已知的定值电阻、滑动变阻器和导线若干。要求从实验桌上选择适当器材，设计一个实验证明：“当电阻的电压保持不变时，通过电阻的电流与该电阻的阻值成反比”。请画出实验电路图，并写出实验步骤。设计实验记录表。
(1)实验电路图。
(2)实验步骤。
(3)实验记录表。
解：(1)电压表与定值电阻并联，滑动变阻器与电阻串联，电流表串联在电路中，如图所示：
(2)①按照上图连接实验电路，将滑片移动到最右端；
②闭合开关S，移动变阻器的滑片，读出电流表的示数I1，并记录R1和I1；
③断开开关S，更换接另一电阻R2，闭合开关S，改变滑动变阻器连入电路中的电阻，使电压表的示数不变，读出电流表的示数I2，并记录R2和I2；
④仿照步骤③，分别测出R3、R4、R5、R6各自对应的电流I3、I4、I5、I6；
⑤分析在电压不变时，电流和电阻的变化得出结论；
(3)表格如下：
R/Ω
I/A
2．现有一个电压约为36V的电源(电压保持不变)，一个量程为0～1A的电流表，三个阻值已知的电阻R1(20Ω)、R2(30Ω)、R3(10kΩ)，开关和导线若干。请合理选择器材设计实验，比较精确地测出约为10Ω的未知电阻Rx的阻值。要求：
(1)画出实验电路图；
(2)写出主要的实验步骤和需要测量的物理量；
(3)写出待测电阻Rx的数学表达式(用已知量和测量量表示)。
解：(1)将R1、R2和待测电阻串联起来，S控制整个电路，开关S1与R1并联，开关S2与RX并联，如下所示：
(2)①只闭合S、S2，记下电流表示数I1，
②只闭合S、S1，记下电流表示数I2；
(3)在①中，R1、R2串联，由电阻的串联和欧姆定律，电源电压：
U＝I1(R1＋R2)＝I1×50Ω；
在②中R2与待测电阻串联，因电源电压不变，由电阻的串联和欧姆定律：
RX＝－R2＝－30Ω。
答：(1)实验电路图如上；
(2)①只闭合S、S2，记下电流表示数I1，
②只闭合S、S1，记下电流表示数I2；
(3)RX＝－R2＝－30Ω。
3．小金在学习了电功率的知识后，想测量身边标有“2.5伏特”字样小灯泡的额定功率。于是从自己购买的电学实验包中再找出了实验器材：电源4.5伏特、滑动变阻器、定值电阻10欧姆、电压表、开关各一个，导线若干，但电流表已经损坏。请你利用这些器材帮他设计一个测量小灯泡额定功率的实验方案。
(1)在方框中画出实验电路图；
(2)写出实验步骤、需要测量的物理量以及最终结果。
解：(1)将灯与定值电阻串联后再与滑动变阻器串联，如图所示；
(2)实验步骤：
需要测量的物理量以及最终结果：
①如上连接电路，断开开关，将变阻器的滑片移动到最右端；
②先将电压表(0－3V)并联在灯的两端，闭合开关，移动变阻器的滑片，使灯的电压为2.5V；
③保持变阻器的滑片位置不动，断开开关，将电压表并联在定值电阻两端，再闭合开关，记下电压表的示数U1；
④由欧姆定律，电路的电流即灯的额定电流为：
I＝＝，
灯的额定功率：
P＝UI＝2.5V×。
4．在一次物理课外小组活动中，老师让同学们测酒精的密度。除了酒精，老师还提供的器材有：两个烧杯，一个正方体木块(内部嵌有铁钉，其平均密度小于酒精和水的密度，表面经处理后不吸水)，烧杯，刻度尺，足量的水。请你利用上述器材，帮助他们设计一个实验方案，测出酒精的密度。要求：
(1)写出主要实验步骤及要测量的物理量。
(2)写出酒精密度的数学表达式。(用已知量和测得量表示)
解：(1)测量步骤是：
①用刻度尺测出自制正方体的边长
L；
②将木块轻轻放入水中，使其漂浮在水面上，用刻度尺测出木块浸入水后露出的长度L水；
③将木块轻轻放入待测酒精中漂浮，用刻度尺测出浸入酒精后露出的长度L酒精；
(2)设木块的横截面积为S，木块在水和酒精中都处于漂浮状态，则F水浮＝F酒精浮，
即：ρ水gS(L－L水)＝ρ酒精gS(L－L酒精)，
解得：ρ酒精＝ρ水。
5．孟小研同学是课外活动小组的主要成员，他看到现在楼房的窗户上安装的防盗网很不美观，他学习了电与磁的内容后，又通过查找资料，请教科技人员，找来了下列材料：电磁继电器、指示灯、电源、导线、报警器、红外线光控开关等。红外线光控开关由红外线光源和光控开关组成，其作用是：用红外线照到光控开关时，光控开关处于通电状态，当有人或物将红外线光源挡住时，处于断电状态。他应用这些材料，安装了一个窗户防盗报警装置，平时指示灯亮，当有人从窗户进入时，指示灯灭，报警器响。请你画出他设计的电路图，说出它的工作原理。
解：设计的电路图，如下图所示：
工作原理：平时红外线光控开关处于通电状态，控制电路接通，电路中有了电流，电磁铁具有磁性，吸引衔铁，衔铁下降，带动动触点下移，使工作电路中指示灯所在的支路接通，指示灯亮；当有人从窗户进入时，控制电路断开，电路中没有电流，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧作用下上升，带动动触点上移，使工作电路中报警器所在的支路接通，报警器响。专题八 实验方案设计
1．实验桌上有如下器材：符合实验要求的电源一个、电流表和电压表各一只、开关一个、各种阻值已知的定值电阻、滑动变阻器和导线若干。要求从实验桌上选择适当器材，设计一个实验证明：“当电阻的电压保持不变时，通过电阻的电流与该电阻的阻值成反比”。请画出实验电路图，并写出实验步骤。设计实验记录表。
(1)实验电路图。
(2)实验步骤。
(3)实验记录表。
2．现有一个电压约为36V的电源(电压保持不变)，一个量程为0～1A的电流表，三个阻值已知的电阻R1(20Ω)、R2(30Ω)、R3(10kΩ)，开关和导线若干。请合理选择器材设计实验，比较精确地测出约为10Ω的未知电阻Rx的阻值。要求：
(1)画出实验电路图；
(2)写出主要的实验步骤和需要测量的物理量；
(3)写出待测电阻Rx的数学表达式(用已知量和测量量表示)。
3．小金在学习了电功率的知识后，想测量身边标有“2.5伏特”字样小灯泡的额定功率。于是从自己购买的电学实验包中再找出了实验器材：电源4.5伏特、滑动变阻器、定值电阻10欧姆、电压表、开关各一个，导线若干，但电流表已经损坏。请你利用这些器材帮他设计一个测量小灯泡额定功率的实验方案。
(1)在方框中画出实验电路图；
(2)写出实验步骤、需要测量的物理量以及最终结果。
4．在一次物理课外小组活动中，老师让同学们测酒精的密度。除了酒精，老师还提供的器材有：两个烧杯，一个正方体木块(内部嵌有铁钉，其平均密度小于酒精和水的密度，表面经处理后不吸水)，烧杯，刻度尺，足量的水。请你利用上述器材，帮助他们设计一个实验方案，测出酒精的密度。要求：
(1)写出主要实验步骤及要测量的物理量。
(2)写出酒精密度的数学表达式。(用已知量和测得量表示)
5．孟小研同学是课外活动小组的主要成员，他看到现在楼房的窗户上安装的防盗网很不美观，他学习了电与磁的内容后，又通过查找资料，请教科技人员，找来了下列材料：电磁继电器、指示灯、电源、导线、报警器、红外线光控开关等。红外线光控开关由红外线光源和光控开关组成，其作用是：用红外线照到光控开关时，光控开关处于通电状态，当有人或物将红外线光源挡住时，处于断电状态。他应用这些材料，安装了一个窗户防盗报警装置，平时指示灯亮，当有人从窗户进入时，指示灯灭，报警器响。请你画出他设计的电路图，说出它的工作原理。
