【名师推荐资料】新2020高考物理一轮复习 第八章 恒定电流 第7讲 设计性电学实验学案

电学设计性实验题能有效地考查学生的实验技能和创造性思维能力，同时也符合教育的核心素养的考核，每年高考都有考查，属于必考内容．其中以设计性电路为主，电路中电流表、电压表的选择、滑动变阻器的选择也是常考内容．

【重难解读】

电学实验中主要有以下几个实验 (1)电阻的测量；

(2)电源电动势和内阻的测量； (3)多用电表的使用．

其中测量电阻的方法和思路是考查的重点，而电动势和内阻的测量属于难点．

【典题例证】

(9分)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池．该同学想测量一下这个电池的电动势E和

内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 Ω，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig＝0.6 A，内阻rg＝0.1 Ω)和若干导线．

(1)请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图甲中器材的连接方式，把它们连接起来．

(2)闭合开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录．当电阻箱的阻值R1＝2.6 Ω时，其对应的电流表的示数如图乙所示．处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数；再制I11作R－坐标图，如图丙所示，图中已标注出了，R的几个与测量对应的坐标点，请你将与图乙实验数据对

II

应的坐标点也标注在图丙上．

欢迎下载！ 最新审定版资料 (3)在图丙上把描绘出的坐标点连成图线．

(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E＝________ V，内电阻r＝________ Ω. [解析] (1)把各器件直接串联即可．

(4分)

1－1

(2)当R＝2.6 Ω时，由题图乙可知I＝0.5 A，＝2 A，坐标为(2，2.6)．(1分)

I(3)图线是一条倾斜的直线．连线时不能连成折线；为减小偶然误差，个别偏离太远的点舍去．

(2分)

(4)由闭合电路的欧姆定律得E＝I(R＋r＋rg)，则R＝－(r＋rg)，故图线的斜率k表示电池电动势E的大小，纵轴截距的绝对值表示(r＋rg)．

EIE＝k＝

6.0－0

V≈1.52 V(1.46～1. V范围内均正确)，r≈0.3 Ω(0.25～0.35 Ω均正确)．(2分)

4.20－0.25

[答案] (1)(2)(3)见解析

(4)1.52(1.46～1.) 0.3(0.25～0.35)

解决电学实验问题应掌握的内容

(1)明确题目的要求：认真审清题意，看清题目的要求．即审题时要看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或者要求设计达到何种标准的电路等．

(2)明确实验原理：解决设计型实验题的关键在于选择实验原理．如果实验需要测定某些电学量，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．

(3)明确设计电路的原则

设计电路一般应遵循“安全性”原则、“精确性、方便性”原则，兼顾“运用仪器少、耗电少”等原则． ①安全性原则：选用仪器组成电路，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

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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以上，以减小因读数引起的偶

3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．对于滑动变阻器，还要权衡用分压式电路还是限流式电路．

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．

(4)控制电路的选择

滑动变阻器选用限流接法和分压接法的依据

①负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连续可调，应选分压电路． ②若负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器总阻值R，应选分压电路．

③若负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器总阻值R或相差不多，且没有要求电压从零可调，应选限流电路． ④两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路消耗的总功率小． (5)测量电路的选择

对伏安法测电阻，应根据待测电阻的大小选择电流表不同的接法．

①阻值判断法

当RV≫Rx时，采用电流表“外接法”； 当Rx≫RA时，采用电流表“内接法”． ②倍率比较法

a．当＝即Rx＝RV·RA时，既可选择电流表“内接法”，也可选择“外接法”； b．当＞即Rx＜RV·RA时，采用电流表“外接法”； c．当＜即Rx＞RV·RA时，采用电流表“内接法”． ③试触法

RVRxRxRARVRxRxRARVRxRxRA

ΔUΔI与大小比较：

UIUIΔUΔIa．若＞，则选择电压表分流的“外接法”；

IUΔIΔUb．若＞，则选择电流表分压的“内接法”．

欢迎下载！ 最新审定版资料 (6)实验器材的选择

①安全因素：通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流．

12②误差因素：选择电表时，保证电流和电压均不超过其量程．使指针有较大偏转一般取满偏度的～；33使用欧姆表选挡时让指针尽可能在中值刻度附近．

③便于操作：选滑动变阻器时，在满足其他要求的前提下，可选阻值较小的． ④关注实验的实际要求．

【突破训练】

1．在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表V的内阻约为2 kΩ，电流表A的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示，结果由公式Rx＝计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数．若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值

UIRx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值．

解析：根据题意知>，电压表的分流作用较显著，故采用电流表内接法时Rx1更接近待测电阻的真实值．图甲的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1>Rx真；图乙的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2答案：Rx1 大于 小于

2．某同学在“利用DIS实验的电压、电流传感器，描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，采用了图甲所示电路．

RxRV

RARx (1)图甲中，E矩形框内应该接____________，F矩形框内应该接____________．(选填“电压传感器”“电流传感器”或“小灯泡”)

(2)该同学利用测量的数据，画出如图乙的图线，但该同学忘记在坐标上标明横坐标和纵坐标所表示的物理量，请你根据图线作出判断：横坐标表示________，纵坐标表示________．

解析：(1)实验电路采用的是滑动变阻器分压式接法，图甲中E矩形框内应该接电压传感器，F矩形框内应该接小灯泡．

(2)根据小灯泡的电阻会随温度的升高而增大，可判断横坐标表示电流，纵坐标表示电压． 答案：(1)电压传感器 小灯泡 (2)电流 电压 3．在“用DIS测电源的电动势和内阻”的实验中：

欢迎下载！ 最新审定版资料 (1)将待测电池组、滑动变阻器、电流传感器、电压传感器、定值电阻、电键及若干导线连接成电路如图甲所示．图中未接导线的A端应接在________点(选填“B”“C”“D”或“E”)．

(2)实验得到的U－I关系如图乙中的直线Ⅰ所示，则电池组的电动势为________V，内电阻阻值为________Ω.

(3)为了测量定值电阻的阻值，应在图甲中将“A”端重新连接到________点(选填“B”“C”“D”或“E”)，所得到的U－I关系如图乙中的直线Ⅱ所示，则定值电阻的阻值为____________Ω.

解析：(1)电压传感器测的是路端电压，且开关打开，电压传感器示数应为零，故导线的A端应接在C点． 2.8(2)由图乙中的直线Ⅰ可知U－I关系图线的纵截距为2.8 V，即为电池组的电动势，斜率的绝对值为|

1.4| Ω＝2 Ω，即内电阻阻值为2 Ω.

2.8

(3)为了测量定值电阻的阻值，应将A端接到D点，由图乙中的直线Ⅱ可知，斜率的绝对值为|| Ω＝

0.565 Ω，即内电阻阻值与定值电阻阻值之和为5 Ω，所以定值电阻的阻值为5 Ω－2 Ω＝3 Ω.

答案：(1)C (2)2.8 2 (3)D 3

4．某同学想用以下器材组装一只欧姆表，并比较精确地测量一只几千欧电阻的阻值． A．电流计，满偏电流为1 mA，内阻为20 Ω B．电流计，满偏电流为0.6 A，内阻为5 Ω C．电动势15 V，内阻5 Ω的直流电源 D．电动势3 V，内阻3 Ω的直流电源 E．最大阻值为5 000 Ω的滑动变阻器 F．最大阻值为100 Ω的滑动变阻器

(1)以上器材应选用________(填字母)，并在下面虚线框内画出所组装的欧姆表的内部电路结构图．

(2)欧姆表调零后，滑动变阻器被接入电路部分的阻值为________Ω.

(3)若用此欧姆表测量电阻，发现指针指在满偏电流的三分之一处，则此电阻的阻值约为________Ω. (4)如果电池长期未用，导致内阻增大，电动势基本不变，且仍然能正常调零，这将导致测量的结果________(选填“偏大”“偏小”或“准确”)．

解析：

欢迎下载！ 最新审定版资料 (1)选取器材要能够满足欧姆表调零的要求，即I＝

E，调节滑动变阻器的滑片时，当滑动变阻器的

R＋Rg＋r阻值最大时，电流小于电流表的满偏电流Ig，综合考虑应选A、D、E.欧姆表的内部电路结构图如图所示．

(2)欧姆表调零时，由闭合电路欧姆定律得E＝Ig(R＋Rg＋r)，代入数据解得R＝2 977 Ω.

(3)测量电阻时，由闭合电路欧姆定律得E＝I(R＋Rg＋r＋Rx)，由题意得I＝，代入数据解得Rx＝6 000 Ω.

3(4)用欧姆表测电阻时要先进行调零，电池内阻对欧姆表的测量结果没有影响．由于电池的电动势不变，根据上面的分析可知，测量的结果准确．

答案：(1)ADE 见解析图 (2)2 977 (3)6 000 (4)准确

Ig

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