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1、专题三 电学实验设计,所谓设计型实验，就是题目要求考生运用学过的实验原理和实验方法，自行设计一个新的实验方案，主要考查考生是否真正理解实验原理和实验仪器的工作原理，是否具有灵活运用实验知识解决新问题的能力是否具有在不同情况下迁移知识的能力它要求考生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤设计数据处理的方法及分析实验误差解决设计型实验题的关键在于选择实验原理这就要求考生能审清题意，明确实验目的，应用迁移能力，联想相关实验原理，坚持科学性、安全性、准确性、简便性的原则进行设计,1明确题目要求 解答一道电学实验设计题，首先要认真审清题意，看清题目的要求即要看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物
2、理规律，或者要求设计达到何种标准的电路等,2明确实验原理 测量电路、控制电路、实验仪器的选择，实验方法、步骤的确定，数据处理、误差分析等问题，都是从实验原理派生出来的，只有明确实验原理，其他问题才可得以解决如果设计测定型实验，应弄清待测物理量可通过哪些规律、公式求得，与哪些物理量有直接联系，可用哪些物理量定量地表示，用何种方法测定相关量，进而得出待求量如果设计验证型实验，应弄清在相应的物理现象中，何种定量关系成立，才能使待验证的结论成立对于设计符合一定标准的电路问题，则应根据实验的要求和相关物理规律，器材的规格、性能等，合理选择、连接电路,3设计实验应遵循的原则 (1)安全性原则 选用仪器组成
3、电路，首先要保证实验正常进行例如通过电流表的电流和加在电压表上的电压均不得超过其量程，滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流(额定功率)等 (2)精确性、方便性原则 “精确”是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差，提高精确度例如所用电流表、电压表的指针应有较大的偏转，一般应使指针偏转在满刻度的1/3以上，以减小因读数引起的偶然误差,“方便”是指实验中便于调节控制，便于读数例如应根据电路可能出现的电流、电压范围选择滑动变阻器对大阻值的滑动变阻器，如果滑片稍有移动就使电路中的电流、电压有很大变化，则不宜采用 (3)运用仪器少，耗电少原则 在达到实验目的，各项指标均符合要求的前提下，还应注意
4、运用的仪器尽量少和节约电能例如控制电路有限流式与分压式两种调节电路，若这两种调节电路均能满足要求，从消耗功率小，节约电能的角度，则应选用限流式电路,(2)控制电路分压、限流的选择 控制电路有限流式接法(图31甲)和分压式接法(图31乙)两种 图31 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：,负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器总电阻R，需用分压式电路 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 负载电阻的阻值Rx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 两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流
5、式接法因为限流式接法消耗的总功率较小,设计性实验举例 (2014保定市一模)电子所带的电荷量(元电荷e)最先是由密立根通过油滴实验测量出的，图32是该实验装置的示意图，将两块水平放置的金属板A、B连接到电路中，板间产生竖直向下的匀强电场用一个喷雾器把许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口出来时由于摩擦带负电，在实验中通过调节金属板间的电压，利用显微镜观察，找到悬浮不动的油滴所用部分器材已在图中给出，其中E为直流电源，R为滑动变阻器， 为电压表，S为开关，此外还有若干轻质导线,类型一电荷量的测定,图32 (1)在图中画线连接成实验电路图(其中是已经连接好的导线),(2)实验时观察到某个悬浮
6、不动的油滴半径为r，此时电压表的示数为U，金属板A、B间的距离为d.已知油滴密度为，重力加速度为g，空气浮力不计，则该油滴所带的电荷量为_(用题目中所给的物理量表示),答案(1)如图所示,(2014山东省实验中学模拟)某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一待测电阻的阻值，可选用器材的代号和规格如下： 图33,类型二电阻阻值的测定,(1)小组同学根据实验器材所设计的实验电路原理图如图33所示，但两只电表的代号没有明确，请用笔画线代替导线，将图34中的实验器材按电路原理图连成实验电路，并在电表下方的虚线框内标明两只电表的代号 图34,(2)他们需要直接测量的物理量是_，用所测物理量表示待测电阻的
7、计算式为Rx_ 解析(1)题中没给电压表，而是给出了两只电流表可将已知阻值的电流表 作为电压表使用，因此与Rx并联的电流表为 ，右侧的电流表为 ，实验器材连线如图所示,(2014顺义区二模)实验室有一块量程为500 A.内阻Rg约为200 的电流表(也称微安表)，需要准确测量它的电阻、一同学根据实验室现有的器材设计了如图35甲和乙两种实验电路、已知实验室中的部分实验器材的规格如下： 电流表(也称毫安表)：mA(量程1 mA，内阻约100 ) 滑动变阻器A：R1(20 ，1 A),类型三电流表内阻的测定,变阻箱：R2(999.9 ) 直流电源：(电动势为3 V，内阻很小) 可供选择的不同阻值的定
8、值电阻R3,图35,(1)将图35丙所示的实验图按图甲所示的电路连接成实验电路 (2)在图35乙所示的电路中，为了便于实验的调节，滑动变阻器R，应选_(选填“滑动变阻器A”或“滑动变阻器B”)为了保证实验操作过程的安全(即使滑动变阻器R1的阻值调为0，也不会烧坏电流表)，并便于实验调节，定值电阻器R3的阻值应选_(填选项前的字母) A100 B1 k C6 k D10 k,(3)利用图35甲所示的电路，闭合S1之后进行测量时，需要记录的实验数据有(同时用设定的字母表示)_；用你记录的实验数据的字母表示出测量的结果是_ 解析(2)滑动变阻器R1在实验中起调节电流的作用应选大量程的，以使电路中的电
9、流能够调节到足够小由于电源电动势为3 V，由闭合电路欧姆定律可得定值电阻R3的阻值应选3 k至6 k的,答案(1)如图所示 (2)滑动变阻器BC (3)微安表读数I1、毫安表读数I2、电阻箱读数R2(I2I1)R2/I1,类型四描绘伏安特性曲线实验与测定电动势内阻实验的结合 在一次探究小灯泡的伏安特性曲线实验中，所用器材有：灯泡L，量程恰当的电流表 和电压表 ，直流电源E，滑动变阻器R，开关S，要求灯泡两端的电压从零开始变化 (1)图36所示为某同学已连接的实物电路，经检查，发现电路中缺少一根导线，请你帮助他找到这根线的位置，并画在图36中；,图36 (2)若该同学在如图36所示状态下完成了最
10、后一根导线的连接，请指出其中的两个不当之处；,_； _. (3)电路连接正确后，分别测得两只灯泡L1、L2的伏安特性曲线，如图37甲中和所示，然后将灯泡L1和L2与电池组(电动势和内阻均恒定)连成图37乙所示的电路多次测量后得到通过L1和L2的电流平均值分别为0.3 A和0.6 A请根据以上结果，在图甲中画出该电池组路端电压和干路电流的关系曲线,图37 (4)由该曲线可以得知电池组的电动势为_V，内阻为_.(结果取2位有效数字),解析(1)电源正极没有接出导线，正确的电路图如答案图所示 (2)从实验安全的角度考虑，本实验的两个不当之处为：开关应处于断开状态进行连线；为了保护电路，滑动变阻器滑片P应拔至b端 (3)I10.3 A时由甲图中图线知对应电压U1为3.5 V，I20.6 A时由甲图中图线知对应电压U23.0 V即知道路端电压随电流变化图线的两个点在UI坐标系中过这两点作直线，如答案图所示 (4)由图线的斜率可知电源内阻为1.7 ，由图线的纵截距可知电源电动势为4.2 V.,答案(1)如图所示 (2)开关应处于断开状态进行连线 滑动变阻器的滑片P应拨至b端,(4)4.2(4.04.5)1.7,(3)如图所示,
