高中物理电学实验教学设计专题
[设计理念]
电学实验是高中物理教学的重点，也是高考实验题中的热点，尤其
近年来，设计性实验已成为高考的重点考核内容之一，它以课本上的基础知识为依据。
但比教科书上的实验要求要高，稍有条件的变化就会导致实验中的设备、电路、测量元件损坏。
课程各个部分的变化是考验学生运用知识解决实际问题的很好的内容之一。
在教学过程中，从高中科学课教学实际出发，把这部分内容作为重点教学内容之一，逐步
教给学生。
【教学目标】
知识目标：
1.了解各类实验的基本原理和方法。
2、能正确选择分析各类实验所需的设备和电路，正确地进行测量和数据计算。
3.能根据课题要求设计合理的实验电路、选择设备、连接实验电路并测量数据。
能力目标：引导学生辩证分析问题、合理解决问题
德育目标：培养学生的创新思维能力。
【教学过程】
阐述教学中的问题：
电工实验涉及的主要问题有：设备选型、测量电路选择、控制电路选择。
问题解决方案：
解决上述问题的关键是做好以下五个步骤：
（1）选择合适的实验原理。
（2）设计合适的电路。
（3）选择适当规格的实验仪器。
（4）选择合理的电流表接线方式。
（5）选择合理的滑动变阻器的连接方式。
正确选择译码器和电路的问题具有一定的灵活性。在解决该问题时，应掌握和遵循一些基本原则，即
“安全”、“准确”、“便捷”、“误差小”、“仪器少”、“功耗低”等要求
综合考虑.灵活应用
具体内容为：
1.选择合适的实验原理。
（1）利用所学知识，找出被测物理量与其他量之间的关系。每一种关系都是一个实验原理。
例 1：给定一个电阻。例 2：你有什么方法可以知道其阻值？
分析这个问题的目的实际上就是为了找到测量电阻的实验原理。
方法 1：利用欧姆定律：R =
方法2：利用串联电路的电压分配规律：=
方法三：利用并联电路的电流分配规律：I1R1=I2R2
方法四：如果是色环电阻，可以利用色环条例来识别其阻值。
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（2）根据题目给出的情况，选择适当的原则。
如例1所示，如果给定的设备是电压表、电流表、电源、滑动变阻器等，则使用方法1。
假设设备是变阻器、电压表、电源等，则首先考虑方法 2。。。。。。。
实验室有以下设备。请设计一个实验来测量未知电阻的阻值。
A.被测电阻（电阻值约几百欧姆）
B.电源E（内阻不可忽略）
C.可变电阻箱（最大阻值999.9Ω）
D.电压表（具有足够的范围）
E.单刀单掷开关，单刀双掷开关。多根电线
（1）画出实验电路原理图；
（2）写出测量表达式，并解释各符号的含义。
分析本实验中给出的设备，包括一个可变电阻箱和一个单刀双掷开关。首先，我们应该考虑使用待测电阻和
所以本实验的原理是：对于同一个电源，若外接电压相等，则外接电阻相等。
（1）原理如图1所示；
（2）测量表达式：RX=R。
2. 设计合适的电路
选定实验原理之后，根据实验原理确定实验电路。
例三（1994年上海市高考） 有一只电压表，其量程已知，内阻RV，有一节电池（电动势未知）。
请使用此电压表和电池，然后使用开关和一些
连接导线，设计一个实验方法来测量某个高值电阻Rx。（已知Rx的值与Rv相差不大）
（1）绘制电路图；
（2）简写出测量步骤及需要记录的数据，并推导出高阻Rx的技术公式。
分析：（1）本实验的实验原理是利用串联电路的电压分布规律。同时必须先使用电压表。
测量电源的电动势，即串联电路的总电压。据此可以画出如图2所示的电路图。
（2）实验步骤：首先按图2（a）所示连接电压表、电池、开关，闭合开关，读取电压。
电压读数为U1，则U1=E；再将电压表按照图2（b）接成电路，闭合开关，记下电压读数U2。
那么就有了，你就明白了。
3.选择合适的实验仪器
在很多设计性实验题目中，同一类型的仪器往往会被赋予多种规格，我们需要选择符合这些规格的仪器。
合适的仪器。选择原则是：
1、安全，即电路中可能出现的最大值一般不能超出仪器仪表的范围或额定值；
2、在保证安全的前提下，最好选择量程较小的测量仪器（量程越小，读数越准确）；
3.滑动变阻器的选用可能需要与“分压”或“限流”等情况结合使用（如例6）；
4、根据实际情况综合考虑。
例4 在某实验中，有如下各种规格的设备：
电池E，电动势约10V，内阻约1
电流表A1，量程10A，内阻r1约为0.2
电流表A2，量程300mA，内阻r2约为5
电流表A3，量程250mA高中物理电学实验误差分析，内阻r3约为5
电阻箱R1，最大阻值999.9，最小阻值变化0.1
滑动变阻器 R2，最大电阻 100留学之路，开关，电线
如果要用图3所示电路测量电流表A3的内阻，应选电流表A1、A2中的哪一个作为电流表A'？
仅有的？
分析：从原理图可知，本实验采用类似半偏压法测电阻的方法，电流表A'中的最大电流值仅为
250mA，故应选择电流表A2。
例五：（2000年高考）从下表中选择适当的实验设备，设计电路，测量电流表A1的电流。
内阻r1要求方法简单，测量精度尽可能高，并且能够测量多组数据。
设备（代码）规格
电流表（A1）电流表（A2）电压表（V）电阻器（R1）滑动变阻器（R2）电池（E）开关
（S） 多根导线 量程10mA，待测内阻r1（约40） 量程500A，内阻r2=750 量程10V，
内阻R3=10k，阻值约100，作为保护电阻使用，总阻值约50，电动势为1.5V，内阻很小
（1）如图4所示，在虚线框内画出电路图，并标出所用设备编号；
（2）若选取其中一个测量数据计算r1，则表达式为r1=___，其中符号为
意思是：___。
电流表分析：本实验的原理是利用欧姆定律测量A1的内阻。当通过电流表A1的电流I1为
当然是用电流表A1直接读取的。但测量电流表A1的电压时，很多同学设计用电压表V。
这也是我们一般的思路，但是对于本题来说不可行，因为A1上的电压最多为：U1=I1r1
10·10-3·4V=0.4V，电压表V的量程为10V。对于0.4V的电压，电压表的指针只稍微移动
测得的电压值太大，不准确，电压表不能使用。电流表A2的内阻r2为
因此本题需要用电流表A2与电流表A1并联来测量电压，电路图如图5所示，A1内阻表达式
公式为r1=I2r2/I1，式中I1为电流表A1的电流，I2为电流表A2的电流。
4.选择滑动变阻器，将其作为限流或分压类型接入电路中
滑动变阻器一般在电路中起控制或改变电路某一部分电压或电流的作用。
可变电阻的接法可分为限流型和分压型，选择限流型或分压型的基本原则是：
1.以下情况必须选择分压器类型
（1）可变电阻器的阻值比被控制电路的阻值小得多。
（2）题目要求被控电路的电压从零开始连续变化。
（3）如果采用限流方法，被控制的电路或测量仪器肯定会出现过载现象。
2.限流型一般在以下几种情况下选择
（1）若可变电阻器的阻值远大于被控制电路的阻值时，一般采用限流型。
（2）如果不需要采用分压器方法，则应首先考虑限流方法，因为限流电路简单，并且消耗的能量较少。
例6：测量“2.5V 0.2W”小灯泡的伏安特性曲线，可用的仪器有：
A. 量程为 0 至 0.6A、内阻为 0.2
B. 量程为 0 至 100 mA、内阻为 5
C. 量程为0至3V、内阻为10k的电压表
D. 量程为0至15V、内阻为50k的电压表
E.滑动变阻器最大阻值为20，额定电流为0.5A
F.滑动变阻器最大阻值为1000，额定电流为0.1A
G.6V电池、电线、开关
实验要求灯泡电压从零逐渐增加到额定电压。
（1）电压表应_____，电流表应_____，滑动变阻器应_____；
（填写设备序列号）
（2）如图6所示，在虚线框内画出实验电路图；
（3）如果实验操作正确，得到图7所示曲线的原因是_____。
分析：（1）本题电路其实是伏安法测电阻的电路。
电压，因此滑动变阻器应作为分压器连接。从计算中得知，滑动变阻器E和F的额定电流足够，并且
为了便于控制，分压电路中的滑动变阻器最好选用阻值较小的，故变阻器为E.电压表、电流表
显然应选择C、B；（2）省略电路图；（3）原因是灯丝的阻值随着温度的升高而变化。
5.选择“内置电流表”或“外接电流表”
1. 伏安法测量电阻或电力时选择“内置电流表”或“外置电流表”的原则
（1）若被测电器设备阻值较大，则采用“电流表内接”法；若被测电器设备阻值较小，则采用
“外部电流表”。
（2）如果电流表内阻已知，电压表内阻未知，则用“电流表内部连接”的方式。如果电压表内阻已知，则用“内部连接”的方式。
如果不知道电流表的内阻，就使用“外部电流表”。
（3）如果已知电流表、电压表的内阻，理论上应该将电流表接在内部或者外部。
两种方法都可以，但是我们通常采用（1）中的方法。
2、伏安法测电源电动势、内阻实验中，应该选择“内接电流表”还是“外接电流表”？
问题
（1）一般情况下，如果电源内阻较小高中物理电学实验误差分析，且与电流表内阻相等，则采用“电流表内接法”。
源的内阻很大（相当于电压表的内阻，一般不会出现这种情况），所以要用“外接电流表”。
（2）如果已知电压表内阻，而不知道电流表内阻，则可利用“电流表内部接法”来消除系统误差。
（3）如果电流表内阻已知，而电压表内阻未知，可采用“外接电流表”来消除系统误差。
（4）如果已知电流表、电压表的内阻，则可采用“电流表内接法”或“电流表外接法”，一般采用（1）。
中的方法。
因此，在选择电工实验仪器和实验电路时，应首先根据题意确定电流表、电压表和滑动变量器。
电阻器等仪器，然后确定电流表的内外连线，选择控制电路并画出实验电路图。
