專題七電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的處理考綱解讀1.掌握設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的一般方法.2.能根據(jù)題目給的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理的方法考點(diǎn)一設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的答題思路與方法1明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶忣}時(shí)要看清題目要求測(cè)定什么物理量，驗(yàn)證、探究什么物理規(guī)律，或者要求設(shè)計(jì)達(dá)到何種標(biāo)準(zhǔn)的電路2廣泛聯(lián)系、尋找原型、確定實(shí)驗(yàn)原理3根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)器材，遷移實(shí)驗(yàn)方法，確定實(shí)驗(yàn)方案4實(shí)驗(yàn)電路的選擇(1)(2)控制電路的選擇：控制電路即滑動(dòng)變阻器在電路中的連接，常有兩種不同的形式，圖1甲為限流式，圖乙為分壓式圖1在具體實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器是采用分壓式還是限流式，可按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷：負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器總電阻R，需用分壓式電路要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，需用分壓式電路負(fù)載電阻的阻值Rx小于滑動(dòng)變阻器的總電阻R或相差不多，并且電壓、電流表示數(shù)變化不要求從零起調(diào)，可采用限流式兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃ㄏ牡牡目偣β瘦^小例1中國(guó)機(jī)器人農(nóng)民發(fā)明家吳玉祿(被譽(yù)為中國(guó)的特斯拉)只有小學(xué)文化，為了給他的機(jī)器人吳老二找一個(gè)可充電電池，他在廢品站找到了一個(gè)像電池一樣有兩個(gè)電極的裝置，上面標(biāo)有“TNT”字樣，他高興地拿回去充電，結(jié)果差點(diǎn)丟了性命如果你是他的兒女，為了安全起見，你能給他提出一些建議或幫助嗎？(1)經(jīng)上網(wǎng)查找這是只工業(yè)電雷管，由電能轉(zhuǎn)化成熱能而引發(fā)爆炸的，利用了電流的熱效應(yīng)給你一個(gè)多用電表你會(huì)選擇_(直流電流、直流電壓、電阻)擋來判斷它是否為電池，可保證既安全又方便(2)經(jīng)核實(shí)該電雷管全電阻阻值為6 ，其中電熱絲阻值為5 ，引腳線長(zhǎng)2 m，阻值為1 ，當(dāng)通以0.45 A電流時(shí)約6 s鐘爆炸，若吳玉祿用5.4 V的電壓給它充電時(shí)理論上約_s鐘爆炸(3)某興趣小組發(fā)揚(yáng)吳玉祿精神，用伏安法設(shè)計(jì)了一實(shí)驗(yàn)精確測(cè)量上述單只電雷管電阻的電路，準(zhǔn)備了以下實(shí)驗(yàn)器材：待測(cè)電雷管Rx，炸藥桶(保護(hù)作用，防爆破)電流表A1：量程0.5 A、內(nèi)阻約0.5 電流表A2：量程30 mA、內(nèi)阻約30 電壓表V1：量程30 V、內(nèi)阻約10 k電壓表V2：量程2 V、內(nèi)阻約3 k滑動(dòng)變阻器R：010 電阻箱R0：0999.9 ，0.1 A干電池E：電動(dòng)勢(shì)E1.5 V，內(nèi)阻r約0.1 電鍵S及導(dǎo)線若干請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)較合理的電路原理圖，畫在規(guī)定的虛線框內(nèi)，要求通過電雷管的電流不超過27 mA，電壓能從零調(diào)節(jié)，盡可能減小誤差寫出Rx的計(jì)算公式Rx_；說明公式中各物理量的意義：_.解析(1)由直流電壓擋的內(nèi)阻較大，如是電池，能顯示電壓，電流較?。蝗缡荰NT，直流電壓擋不會(huì)給它供電，也是安全的；如用電阻擋測(cè)試，多用電表內(nèi)部電池會(huì)給TNT供電，可能有危險(xiǎn)；所以應(yīng)選直流電壓擋(2)由焦耳定律：IRt1()2Rt，解得t1.5 s.(3)由于要求電雷管的電流不超過27 mA，因此電流表應(yīng)選A2，且應(yīng)給待測(cè)電雷管串聯(lián)電阻箱作限流電阻電壓表V1量程過大，應(yīng)選V2，且電流表應(yīng)外接，滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式電路圖如圖所示由歐姆定律知RxR0.其中，U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù)答案(1)直流電壓(2)1.5(3)見解析圖R0U為電壓表示數(shù)，I為電流表示數(shù)，R0為電阻箱讀數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程 例2在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)除了有一個(gè)標(biāo)有“5 V,2.5 W”的小燈泡、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有：A直流電源(電動(dòng)勢(shì)約為5 V，內(nèi)阻可不計(jì))B直流電流表(量程03 A，內(nèi)阻約為0.1 )C直流電流表(量程0600 mA，內(nèi)阻約為5 )D直流電壓表(量程015 V，內(nèi)阻約為15 k)E直流電壓表(量程05 V，內(nèi)阻約為10 k)F滑動(dòng)變阻器(最大阻值10 ，允許通過的最大電流為2 A)G滑動(dòng)變阻器(最大阻值1 k，允許通過的最大電流為0.5 A)實(shí)驗(yàn)要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能測(cè)多組數(shù)據(jù)(1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用_，電壓表應(yīng)選用_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_(均用序號(hào)字母表示)(2)請(qǐng)按要求將圖2中所示的器材連成實(shí)驗(yàn)電路圖2(3)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)正確作出的小燈泡的伏安特性曲線如圖3所示現(xiàn)把實(shí)驗(yàn)中使用的小燈泡接到如圖4所示的電路中，其中電源電動(dòng)勢(shì)E6 V，內(nèi)阻r1 ，定值電阻R9 ，此時(shí)燈泡的實(shí)際功率為_W(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖3圖4解析(1)由燈泡標(biāo)識(shí)(5 V,2.5 W)知，I0.5 A，因此電流表選C，電壓表選E.由于電路接成分壓式，滑動(dòng)變阻器選F.(2)如圖所示(3)把定值電阻作為電源的內(nèi)阻，則該電源短路時(shí)的電流為Imax0.6 A，在題圖中的UI圖中，作出此電源的UI圖線如圖中虛線所示兩圖線交點(diǎn)即表示該燈泡的實(shí)際工作點(diǎn)由圖知U2.2 V，I0.38 A，所以PUI2.2×0.38 W0.84 W.答案(1)CEF(2)見解析圖(3)0.84(0.810.87)皆可考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法的遷移運(yùn)用1實(shí)驗(yàn)方法遷移基本的實(shí)驗(yàn)方法包括：實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)誤差的控制方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，將基本的實(shí)驗(yàn)方法和物理原理合理遷移，可設(shè)計(jì)出測(cè)量不同的物理量、可探究不同問題的實(shí)驗(yàn)方案教材中所學(xué)過的物理規(guī)律、物理公式中只要含有某一物理量，則該規(guī)律、公式就可作為研究或測(cè)定該物理量的原理基礎(chǔ)而進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)如用伏安法測(cè)電阻，R，也可遷移到測(cè)電壓表內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻上去2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的遷移數(shù)據(jù)探究性實(shí)驗(yàn)的主要功能是通過實(shí)驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)信息，分析各數(shù)據(jù)中的內(nèi)在聯(lián)系，找出數(shù)據(jù)中所包含的物理規(guī)律常用的數(shù)據(jù)處理方法(如平均值法、圖象法、逐差法、比較法等)和誤差分析方法應(yīng)該掌握例3常用的電流表有內(nèi)阻，現(xiàn)要測(cè)量電流表G1的內(nèi)阻r1，電路如圖5所示供選擇的儀器如下：圖5A待測(cè)電流表G1(05 mA，內(nèi)阻約300 )B電流表G2(010 mA，內(nèi)阻約100 )C定值電阻R1(30 )D定值電阻R2(300 )E定值電阻R3(3 k)F滑動(dòng)變阻器R4(020 )G電源(電動(dòng)勢(shì)6.0 V，內(nèi)阻不計(jì))H開關(guān)S及導(dǎo)線若干(1)電路中與電流表G1并聯(lián)的電阻應(yīng)選_，保護(hù)電阻應(yīng)選用_(請(qǐng)?zhí)顚懫鞑那暗淖帜感蛱?hào))(2)根據(jù)電路圖在圖6中連接實(shí)物圖，要求閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P處于正確位置圖6(3)補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟：圖7按電路圖連接電路；閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P至某一位置，記錄G1、G2的讀數(shù)I1、I2；_；以I1為縱軸，I2為橫軸，作出相應(yīng)圖象如圖7所示(4)根據(jù)I1I2圖線的斜率k及定值電阻，寫出電流表G1內(nèi)阻的表達(dá)式r1_.解析(1)由于G2的量程為010 mA，而G1的量程為05 mA，則與G1并聯(lián)的電阻分流大約是05 mA，應(yīng)與G1的內(nèi)阻相當(dāng)，因此應(yīng)選R2，即D.保護(hù)電阻如過大，則導(dǎo)致G1、G2示數(shù)很小，或指針不偏轉(zhuǎn)，因此應(yīng)選R1，即C.(2)(3)多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2.(4)從電路可知：(I2I1)R2I1r1，即I1I2，即k，所以r1R2.答案(1)DC(2)見解析圖(3)多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2(4)R2 (限時(shí)：45分鐘)1某同學(xué)將完好的儀器連接成如圖1所示電路(其中滑動(dòng)變阻器的連線沒有畫出)，用來探究小燈泡電阻與電壓的關(guān)系圖1(1)閉合開關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無論怎樣移動(dòng)滑片P，電壓表和電流表的示數(shù)都不為零，但始終沒有變化則該同學(xué)把滑動(dòng)變阻器接入電路中的方式可能是_(填寫選項(xiàng)代號(hào))aG與C相連，F(xiàn)與H相連bG與C相連，D與H相連cG與E相連，F(xiàn)與H相連dG與E相連，D與H相連(2)在圖中將滑動(dòng)變阻器正確接入電路中，要求：燈泡兩端的電壓可以從零開始進(jìn)行調(diào)節(jié)(3)在正確操作下，該同學(xué)得到燈絲兩端電壓U和對(duì)應(yīng)電阻R的數(shù)據(jù)如下表：U/V1.02.03.04.06.08.010.012.0R/2.13.03.84.45.25.65.96.0根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖2中描出RU圖線；圖2根據(jù)圖線，可以得到燈絲在未通電時(shí)的阻值約為_.答案(1)bc(2)如圖所示(3)如圖所示1.0(0.91.2均可)2某同學(xué)想利用所學(xué)知識(shí)測(cè)量某種圓柱形材料的電阻率，實(shí)驗(yàn)要求必須精確測(cè)出該段材料的阻值除了導(dǎo)線和開關(guān)外，實(shí)驗(yàn)室還備有以下器材可供選用：電流表A1，量程1 A，內(nèi)阻r1約0.5 電流表A2，量程30 mA，內(nèi)阻r2約200 電壓表V1，量程6 V，內(nèi)阻RV1等于20 k電壓表V2，量程10 V，內(nèi)阻RV2約30 k滑動(dòng)變阻器R1,020 ，額定電流2 A滑動(dòng)變阻器R2,02 000 ，額定電流1 mA電源E(電動(dòng)勢(shì)為12 V，內(nèi)阻r約2 )(1)請(qǐng)選擇合適的器材，設(shè)計(jì)出便于精確測(cè)量的電路圖畫在虛線框中，其中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_(2)若選用其中一組電表的數(shù)據(jù)，設(shè)該段圓柱形材料的長(zhǎng)為L(zhǎng)，直徑為d，由以上實(shí)驗(yàn)得出這種材料電阻率的表達(dá)式為_，式中符號(hào)的含義為_答案(1)電路圖見解析圖R1(2)U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù)解析(1)由于V1的阻值已知，可當(dāng)電流表使用，故可以采用將待測(cè)材料與V1串聯(lián)再與V2并聯(lián)，由于滑動(dòng)變阻器阻值遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻的阻值，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式接法，為調(diào)節(jié)方便選用小阻值的R1，電路圖如圖所示(2)由電路圖知，Rx，IV1，又Rx，聯(lián)立得，式中U1表示電壓表V1的示數(shù)，U2表示電壓表V2的示數(shù)3現(xiàn)有一特殊電池，它的電動(dòng)勢(shì)E約為9 V，內(nèi)阻r約為40 ，已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA.為了測(cè)定這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，某同學(xué)利用如圖3所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖中電流表的內(nèi)阻RA已經(jīng)測(cè) 圖3出，阻值為5 ，R為電阻箱，阻值范圍為0999.9 ，R0為定值電阻，對(duì)電路起保護(hù)作用(1)實(shí)驗(yàn)室備有的定值電阻R0共有以下幾種規(guī)格A10 B50 C150 D500 本實(shí)驗(yàn)選用哪一種規(guī)格的定值電阻最好？_.(2)該同學(xué)接入符合要求的R0后，閉合開關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電流表的示數(shù)，記錄多組數(shù)據(jù)，作出了如圖4所示的圖線，則根據(jù)該同學(xué)作出的圖線可求得該電池的電動(dòng)勢(shì)E_ V，內(nèi)阻r_ .圖4答案(1)C(2)1045解析(1)當(dāng)R0時(shí)，應(yīng)該有R0rRA ，即R0135 時(shí)，可保證電路中電流不超過最大允許電流，R0應(yīng)該選擇C.(2)由EI(rR0RAR)，得(RR0)(rRA)，結(jié)合圖象可得(rRA)5 A1，斜率 V1，解得E10 V，r45 .4將一銅片和一鋅片分別插入一個(gè)蘋果內(nèi)，就構(gòu)成了簡(jiǎn)單的“水果電池”，其電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V可是這種電池并不能點(diǎn)亮額定電壓為1.5 V、額定電流為0.3 A的手電筒上的小燈泡，原因是流過小燈泡的電流太小了，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得還不足3 mA.為了較精確地測(cè)定該水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，提供的實(shí)驗(yàn)器材有：A電流表A1(量程03 mA，內(nèi)阻約為0.5 )B電流表A2(量程00.6 A，內(nèi)阻約為0.1 )C電壓表V(量程01.5 V，內(nèi)阻約為3 k)D滑動(dòng)變阻器R1(阻值010 ，額定電流為1 A)E滑動(dòng)變阻器R2(阻值03 k，額定電流為1 A)F電鍵，導(dǎo)線若干G水果電池(1)實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_(均用序號(hào)字母表示)(2)請(qǐng)?jiān)谔摼€框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)，經(jīng)描點(diǎn)、連線得到水果電池的路端電壓隨電流變化的UI圖象如圖5所示，由圖可知：水果電池的電動(dòng)勢(shì)E_V，內(nèi)阻r_.答案(1)AE(2)如圖所示 圖5(3)1.35450解析由圖象知電源內(nèi)阻較大，因此電流表應(yīng)外接，誤差較?。煌瑫r(shí)滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R2，電流表才會(huì)有明顯的示數(shù)變化5()用下列器材組裝成一個(gè)電路，要求既能測(cè)量出電池組的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，又能同時(shí)描繪小燈泡的伏安特性曲線A電壓表V1(量程6 V，內(nèi)阻很大)B電壓表V2(量程3 V，內(nèi)阻很大)C電流表A(量程3 A，內(nèi)阻很小)D滑動(dòng)變阻器R(最大阻值10 ，額定電流4 A)E小燈泡(2 A5 W)F電池組(電動(dòng)勢(shì)E，內(nèi)阻r)G開關(guān)一只，導(dǎo)線若干實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測(cè)量后發(fā)現(xiàn)：若電壓表V1的示數(shù)增大，則電壓表V2的示數(shù)減小()請(qǐng)將設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖在如圖6所示的虛線框中補(bǔ)充完整圖6(1)每一次操作后，同時(shí)記錄電流表A、電壓表V1和電壓表V2的示數(shù)，組成兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(I1，U1)、(I2，U2)，標(biāo)到UI坐標(biāo)系中，經(jīng)過多次測(cè)量，最后描繪出兩條圖線，如圖7所示，則電池組的電動(dòng)勢(shì)E_ V，內(nèi)阻r_ .(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖7(2)在UI坐標(biāo)系中兩條圖線在P點(diǎn)相交，此時(shí)滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值應(yīng)為_ .答案()如圖所示(1)4.51.0(2)0解析由圖象可知，縱軸截距為電源電動(dòng)勢(shì)E4.5 V，該直線斜率的絕對(duì)值表示電源內(nèi)阻r1.0 ，由交點(diǎn)P可知，燈泡兩端電壓為2.5 V，電流為2 A，所以滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值為0 .6某物理實(shí)驗(yàn)小組利用實(shí)驗(yàn)室提供的器材測(cè)量一螺線管兩接線柱之間金屬絲的長(zhǎng)度可選用的器材如下：A待測(cè)螺線管L(符號(hào))：繞制螺線管的金屬絲電阻率為，阻值約幾十歐B電流表A1：量程10 mA，內(nèi)阻r140 C電流表A2：量程500 A，內(nèi)阻r2750 D電壓表V：量程為10 V，內(nèi)阻為10 kE保護(hù)電阻R1：阻值為100 F滑動(dòng)變阻器R2：總阻值約為10 G電源E，電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V，內(nèi)阻忽略不計(jì)H開關(guān)一個(gè)及導(dǎo)線若干(1)用多用電表粗測(cè)線圈的電阻，選擇倍率“×1”和“×10”，經(jīng)正確步驟操作，多用電表表盤示數(shù)如圖8所示，則金屬絲的電阻約為_ .圖8(2)為了盡可能準(zhǔn)確的測(cè)量RL，要求電表的指針偏轉(zhuǎn)至少要達(dá)到滿刻度的，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一種適合的電路，將你設(shè)計(jì)的電路畫在虛線框中，并標(biāo)明所用器材的代號(hào)(3)由已知量和測(cè)得量的符號(hào)表示金屬絲的長(zhǎng)度L，則L_.答案(1)48(2)電路如圖所示(畫出其中一個(gè)即可)電路一電路二(3)電路一：L電路二：L 13