专题 电学重要实验的创新设计

电学实验的电路设计

与数据处理

益阳市十六中贺禹祥

◇◆考情分析

从近几年的高考试题来看，70％的实验题目是电学实验，而电学实验中电路实验又占了很大的分量。因为电学实验容易出灵活题，从其他知识出灵活性题目比从电学实验中出灵活题要难一些。所以考试中围绕电学出题的几率高。题目以设计性实验和仪器选择类实验题为主，如2009年广东、江苏、山东、宁夏等高考试卷，都有电学实验题出现。

◇◆复习指导

电学实验都是在基础知识之上，巧妙结合电路特点综合命制而成的。所以在复习时要掌握好基本的知识，以不变应万变。具体要做到：一、掌握电学基本原理，熟练应用伏安法测电阻，灵活处理电流表的接法，熟练掌握滑动变阻器的两种接法。二、熟悉仪器的选择依据，灵活选择实验仪器。注意从安全性、精确性和方便性这三个方面考虑。

三、加强实际操作能力和观察能力的培养。尽可能把《考试大纲》中要求的实验亲手做一遍，提高

动手能力。四、立足教材，适度扩展。对《考试大纲》规定的实验加以改造和翻新是近几年高考电学实验题的主要形式，在复习时要展开开放式的讨论和研究，激发创新精神。

一、实验原理的迁移及电路设计

例1：2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。

若图甲为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中R

B

、R

分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁

敏电阻处于磁场中的电阻值R

B

。请按要求完成下列实验。

(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场的磁感应强度大小约为～，不考虑磁场对电路其他部分的影响)。要求误差较小。

提供的器材如下：

A．磁敏电阻，无磁场时阻

值R

=150Ω

B．滑动变阻器R，全电阻约20Ω

c．电流表A，量程 mA，内阻约30Ω

D．电压表V，量程3V，内阻约3 kΩ

E．直流电源E，电动势3V，内阻不计

F．开关s，导线若干

(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：

根据上表可求出磁敏电阻的测量值R B=______Ω，结合图甲可知待测磁场的磁感应强度B=________T。

(3)试结合图甲简要回答，磁感应强度B在O～ T和～范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同

(4)某同学查阅相关资料时看到了图丙所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻一磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论

小结：电学实验设计的基本原则

1、安全性：按设计方案实施时，应安全可靠不会对人身、器材造成危害；如不超过量程，不允许通过的最大电流以内。

2、精确性：在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步

的误差分析，尽可能选用精确度高的方案。

3、方便性：设计方案应便于实验操作、读数，便于进行数据处理，便于实验者直观、明显地观察。

二、实验数据的处理与分析

例2：含有电源的黑箱相当于一个等效电源(a、b是电源的两极，如图甲所示)，小明想测定这个等效电源的电动势和内阻，设计了如图乙所示的测量电路，此电路同时能测出电阻R

0的阻值。小明将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时，记录了三个电表的一系列示数．如表格一和表格二所示。

(1)在图丙所示的坐标纸中

分别作出R

的U-I图像和电源的U-I图像。

(2)根据作出的图像可以求

出定值电阻R

= Ω，电源电动势E= V，内阻r= Ω。

(3)若实验中的所有操作和数据处理均无错误，实验中测得

的定值电阻R

的阻值实际值；测得的电源电动势E 的值实际值，内阻r 的测量值实际值(横线上选填“大于”、“等于”或“小

于”)。

小结：数据探究型实验的主要功能是通过实验提供数据信息，分析各数据中的内在联系，找出数据中所包含的物理规律，常用的数据处理方法(如平均法、图像法、逐差法、比较法等)和误差分析方法(如绝对误差、相对误差等)应该掌握。

巩固练习：

1．请从以下器材中选择适当仪器设计一个电路，要求用此电路既能测量待测电阻Rx的电阻(约500Ω)，又能测量电源E 的电动势。

a.待测定值电阻Rx：阻值约500Ω

b．滑动变阻器R

1

：总阻值1000Ω

c．电阻箱R

2

：最大阻值Ω

d．电阻箱R

3

：最大阻值Ω

e．电流表G：量程3mA，内阻约50Q

f. 电源E：电动势约为3V，内阻很小但不可忽略

g. 开关及导线若干

(1)实验中应选取的器材有：。(填写器材前面的字母序号)

(2)请画出实验电路图。

(3)在测出电阻Rx的值后，再利用此电路测量电源E的电动势。还需要测量的物理量有：

___________________________ ________________________。

2．用以下器材可测量待测电阻Rx的阻值：待测电阻Rx：阻值在3000～4000Ω之间；电源E：电动势约为，内阻可忽略不计；电压表V

1

：量程为0～500mV，

内电阻r

1

=1000Ω：

电压表V

2

：量程为0～10V，

内电阻r

2

范围10～12kΩ：

电阻箱R

：阻值范围0～9999．9Ω；

滑动变阻器R：最大阻值为150Ω；

单刀单掷开关S、导线若干。

(1)测量中要求两块电表的读

数都不小于其量程的

3

1

，并能测量多组数据，试画出测量电阻Rx的实验电路原理图(原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注)。

(2)若某次测量中将电阻箱调

到恰当值R

时，电压表V

1

的示

数为U

1

，电压表V

2

的表示数为

U

2

，则由已知量和测量量计算Rx

的表达式为R

2

= 。

3. R

1

、R

2

：为定值电阻，R

3

，为滑动变阻器．3个电阻采用如