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1、学 海 无 涯高考物理电学实验第一讲 电学实验基础知识近几年高考物理电学实验的考查不断推陈出新,但仍然是基于两个基本的实验原理,即R=U/I,和E=U外+U内.从考查的形式上看，主要表现在以下三方面：一是命题由知识立意向能力立意转变，从机械记忆向分析理解与迁移应用转变；二是在试题情景设置上多与生产、生活实际相结合，更注重综合应用能力的考查；三是注重实验中科学探究能力的考查，为学生进入高校的继续学习打下基础。高考电学实验题是“源于教材，但又高于教材”，侧重考查实验思想和方法，考查动手操作、观察记录和数据分析处理的能力和简单的实验设计能力。电学实验虽然常考常新，但万变不离其宗，”题在书外，理在其中
2、”，不变的实验的基本原理、基础知识、基本方法和基本技能。理论讲解一、明确电路结构测量电路控制电路图1除“测电源电动势和内阻”外，其他实验的电路结构都可以分为测量电路和控制电路两部分，如图1。二、电流表、电压表的选取1.顺序问题一般情况下电源是唯一性器材，首先由电源的电动势E出发，由E或所测元件的额定电压来估算所测元件的最大电压Um，以此来确定表量程；再计算电流表的最大电流Im或者由所测元件的额定电流来确定表量程。2.可获取的实验数据宽度问题基于实验测量精确度的 ，实验可获取的数据宽度下限是电表量程的1/3，上限是电表量程和Um(Im)二者中的最小值。选择电表时，能获取实验数据宽度越大的电表，就
3、是应选择的电表。3.选择电流表、电压表时不考虑Um(Im)超过量程的问题，因为有控制电路可以控制。三、两种控制电路的比较电路图负载R上电压U调节范围负载R上电流调节范围闭合电键前触头处位置相同条件下电路消耗的总功率分压接法U0UU0IRaU0IR限流接法0UU00IRaU0(IR+IaP)比较分压路调节范围大分压电调节范围大保护电路限流电能耗较小2.两种控制电路的选择（1）根据关键词选择凡题目中要求“测量数据从0开始”、“数据变化范围大（图象、特征曲线、多测数据）”，都一定要使用分压式。需要用限流接法的关键词只有“节能”（2）根据待测电阻与滑动变阻器的阻值大小关系判断大电阻（R滑RX），采用分
4、压式便于线性调节；小电阻（R滑RX），采用限流式便于线性调节。（3）最后核对安全性在限流接法中，最小电流大于电表量程或回路元件的额定电流，则分压；在分压接法中，滑动变阻器与电源所在回路的工作电压超过了电源或滑动变阻器的额定电流，则换用限流接法。四、伏安法测电阻1.电流表内接法和外接法的比较五、两种伏安特性曲线的区别与联系1.电阻的伏安特性曲线2.电源的伏安特性曲线3.电源的伏安特性曲线与电阻的伏安特性曲线的交点，为电源和电阻共同的工作点。 种类图像对应的一次函数电路基本原理及其方程电源的伏安特性曲线U=E-IrE=U+Ir闭合电路欧姆定律R=E/I-rE=I(R+r)1/I=R/E+r/E1/
5、U=r/ER+1/EE=U+Ur/R电阻的伏安特性曲线U=IRR=U/I两种伏安特性曲线相交电路图电路工作点PP点对应的电流电压，即是电阻实际工作的电流电压，也是电源实际工作的输出电压和干路电流。六、电表的改装原理1.表改装为电流表的原理：并联电阻反比分流电流表改装成电流表 改装的目的是:测量更大的电流RA=Rg/n故量程扩大的倍数越高，并联的电阻值越小，电流表的内阻越小。 说明：改装后的电表中通过电流计G的最大电流Imax与两端的最高电压Umax变为多少？改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串
6、联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。 2. 表改装为电压表的原理：并联电阻正比分压 改装的目的是： 测量更大的电压方法：若量程扩大n倍，则应给电流表 串 联一个电阻。 故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大 ，电压表的内阻越大。RV=nRg3. 表改装为欧姆表的原理：闭合电路欧姆定律 甲：短接调零：乙：断开I=0丙：测量电阻注意：欧姆表的黑表笔跟表内电池的正极相连。红表笔跟表内电池的负极相连。 用欧姆表判别二极管好坏时用到这一点。 欧姆挡的使用: 选倍率。比电阻估计值低一个数量级。 进行欧姆调零:红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指右端零刻线处。 将红黑表笔接被测电阻两端进行测
7、量。 将指针示数乘以倍率得测量值。 将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡若指针偏角小，应增大倍率重测；若指针偏角大，应减小倍率重测。规律总结1欧姆表刻度盘特点(1)左右0：电阻无限大与电流、电压零刻度重合，电阻零与电流、电压最大刻度重合(2)刻度不均匀：左密右疏(3)欧姆挡是倍率挡，即读出的示数应再乘以该挡的倍率；电流、电压挡是量程范围挡在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧“”处)2读数技巧(1)为了减小读数误差，指针应指在表盘到的部分，即中央刻度附近(2)指针所在刻度盘处每个小格表示1
8、时，要估读到下一位，其余情况都不用估读到下一位(3)电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积第二讲 电学实验的热点问题及创新设计理论讲解一、电学实验的热点问题1.以测电阻为核心的电学实验中学测电阻的常用方法归纳如下：方法测量部分电路伏安法有系统误差无系统误差能消除系统误差等效替代法电流等效替代和电压等效替代比例法并联反比分流无系统误差串联正比分压无系统误差单表比例法（有系统误差，若调为1:1即为半偏法）欧姆定律法测电源电动势和内阻，有系统误差欧姆表测电阻，无系统误差电桥法无系统误差2.“两种伏安特曲线”的综合应用类实验这类问题，利用电源的伏安特性曲线和电学元件的伏安特性曲线，找出各元件的工作点，即找
9、出齐元件在电路中的共作状态(电流、电压值) 是解决问题的关键。思路一:利用电源的伏安特性曲线（等效) 电阻的伏安特性曲线相交。若是两个电阻串联或者并联接人电源，不论它们阻值相同还是不同都可以使用l如表中所述方法寻找各元件的工作点。图像及电路找工作点的方法图(b)电路的情况下，灯泡伏安特性曲线与电源伏安特性曲线的交点，见图(a)中的P点，既是灯泡的工作点，也是电源的工作点1.由RA、RB的U一I曲线，作出它们的等效电阻RAB。的U一I曲线:在某一相同电压U，找到A,B各自对应的电流IA,IB，根据坐标(IA+IB,U)在图(a)中描点。再用同样的方法，描出不同电压U对应的坐标点(IA+IB,U)
10、连接这些点的光滑曲线即为等效电阻RAB的U一I曲线。2. RAB的U一I曲线与电源的U一I曲线的交点M就是电源和RAB的工作点，对应的点P、Q则分别为RA、RB的工作点1.由RA、RB的U一I曲线，作出它们的等效电阻RAB。的U一I曲线:在某一相同电压U，找到A,B各自对应的电流UA, UB，根据坐标(I,UA+UB)在图(a)中描点。再用同样的方法，描出不同电压U对应的坐标点(I,UA+UB)连接这些点的光滑曲线即为等效电阻RAB的U一I曲线。2. RAB的U一I曲线与电源的U一I曲线的交点M就是电源和RAB的工作点，对应的点P、Q则分别为RA、RB的工作点思路二:电路的伏安特性曲线与电阻的
11、伏安特性曲线相交。若是两个阻值相同的电阻串联或者并联接人电源除r上表中的方法外，还可以使用如下表中所述方法来寻找各元件的工作点。图像及电路找工作点的方法以灯泡的U和I为变量列出图(b) 电路的闭合电路欧姆定律E=U+Ir，有U=E一rl, 该U一I图线(也是电源的伏安特性曲线)如图(a)所示，其与灯泡的伏安特性曲线的交点见图(a), 既是灯泡的工作点，也是电源的工作点以两个相同灯泡的U和l为变量，列出图(b)中电路的闭合电路欧姆定律方程E=2U+Ir有U=-rI/2+E/2该U一I图线如图(a)中虚线所示(注意不是电源的U一I曲线)。其与灯泡伏安特性曲线的交点就是灯泡的工作点。注意该交点不是电
12、源的工作点 以两个相同灯泡的U和I为变量，列出图(b)中电路的闭合电路欧姆定律方程E = U十2Ir，有U=一2 rI+E, 该U一I图线如图(a)中虚线所示(注意不是电源的U一I曲线)。其与灯泡伏安特性曲线的交点就是灯泡的工作点。注意该交点不是电源的工作点3.多用电表的综合使用类实验多用电表是一个非常实用和重要的实验仪器，在电学实验中占有特殊地位，多用电表不仅功能多样化(可测电压、电流和电阻)，而且知识多元化(理论知识:串、并联电路特点，电源，闭合电路欧姆定律;实践知识:操作、读数、换挡)。因此多用电表是电学实验的一个极佳的命题载体，成为了近年高考电学实验的新热点。(1)明白多用电表的结构、
13、工作原理和使用方法是解决多用电表综合使用类问题的重要基础(2)利用多用电表检测电路故障的方法:短路检测:断开电源，将欧姆表接在电路中任一个用电器的两端之间若指针偏转最大说明这两点之间短路。断路检测:断开电源，将欧姆表接在电路的两点之间，若指针偏转说明这两点之间无断路点，若指针不偏转说明这两点之间有断路点。(3)用多用电表探测黑箱内元件问题。检测黑箱内的二极管是利用二极管的单向一导电性、当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通(如图): 当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止用多用电表测黑箱内元件问题的思路，见图,由图做出初步判断后，再根据各待侧两端点间的测量数据进行逻辑判断，判断
14、哪一种情况是两个元件串联的数据，: 最终可以确定元件的位置。 二、电学实验的创新设计1.比例法测电阻的原理电路及其特征比例法是设计性实验中很常用的测电阻方法，该方法的原理、电路以及器材的特征如下表测量原理电路测量结果特征串联正比分压基本电路1.无系统误差。2.器材特征: 有已知电阻(单独的电阻或者已知内阻的电表); 有两只电流表或者两只电压表。3.电路特征: 一定是未知电阻与已知电阻串联或者并联(电阻指单独的电阻或者电表内阻); 两条并联支路上至少一条支路上有电流表;串联的两部分中，至少一部分有电压表变化电路并联反比分流基本电路变化电路2.电学实验的设计原则(1)科学性原则: 科学设计的方案应有利学的依据及正确的方式。(2)安全性原则:设计的方案实施时，应安全可靠，不会对仪器、器材有危害(3)精确性原则:实验误差应控制在允许的范围内，尽可能选择误差较小的方案; (4)方便性原则:设计方案应便于操作、读数，便于进行数据处理和观察。(5)节能性原则:应用器材少，耗电少。在限流式与分压式两种控制电路都满足实验要求时，优选结构简单，损耗功率较小的限流接法。3.重视定值电阻在设计性实验中的应用定值电阻作为一个重要的特征器材，在设计
