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电学实验试题的类型与特点是什么(电学实验试题的类型与特点有哪些)
电学实验试题的类型与特点
陕西省宝鸡市陈仓区教育局教研室 邢彦君
电学实验问题,是高考的必考题型,也是考查灵活运用电路知识与方法能力的好题型。近几年高考试题中电学实验试题的变化特点与趋势,主要表现在:对基本实验的改造,基本实验的组合,仪器仪表的“反串”使用,利用线性图象的截距与斜率处理实验数据,等四个方面。
一、对基本实验的改造
这主要表现在对考纲规定的基本实验,从实验原理、仪器器材、方法步骤、数据处理方法诸环节的某一方面,或几个方面进行改造与变通。
例1.(2010安徽理综-21-Ⅱ)太阳能电池在有光照时,可以将光能转化为电能,在没有光照时,可以视为一个电学器件,某实验小组根据测绘小灯炮伏安特性曲线的实验方法,探究一个太阳能电能在没有光照时(没有储存电能)的I-U特性。所用的器材包括:太阳能电池,电源E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,开关S及导线若干。
(1)为了达到上述目的,请将图1连成一个完整的实验电路图。
(2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图1中的I-U图象,由图可知,当电压小于2.00V时,太阳能电池的电阻 (填“很大”或“很小”);当电压为2.80V时,太阳能电池的电阻约为 Ω。
解析:由于题中说明“太阳能电池在没有光照时,可以视为一个电学器件”,且“没有储存电能”,因此本实验与一般的伏安特性实验大同小异,它是将基本实验“探究小灯泡的伏安特性曲线”中的小灯泡换成了“无光照时的太阳能电池”。
由于需要电压从零开始变化,滑动变阻器应采用分压式接法;至于安培表的接法,题中已经给出是外接法。故实验电路如图2所示。
从已绘出的I-U图象可以看出,当电压小于2.00V时,电流几乎一直为零,太阳能电池的电阻“很大”;当电压为2.80V时,读出电流约为2.8mA,由欧姆定律可得:。
二、基本实验的组合
电学实验的基本特点就是“带电作业”,几乎都离不开电流表、电压表的使用,实验原理基本上都是直流电路的基本规律。因此,可以将两个或两个以上的基本实验进行组合。
例2.(2011四川理综-22-2)为测量一电源的电动势及内阻
(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V的电压表
量程为1V、内阻大约为1kΩ的电压表V1;量程为2V、内阻大约为2kΩ的电压表V2;量程为3V、内阻为3kΩ的电压表V3。
选择电压表 串联 kΩ的电阻可以改装成量程为9V的电压表。
(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号V1或V3或V3与一个电阻串联来表示,且可视为理想电压表),画出测电源电动势及内阻的实验原理电路图。
(3)根据以上实验原理电路图进行实验,读出电压表示数为1.50V时、电阻箱值为15.0Ω;电压表示数为2.00V时,电阻箱的阻值为40.0Ω,则电源的电动势E= V、内阻r=_____Ω。
解析:(1)由于题中电压表V3的电阻是准确告知的,因此选它进行改装。对电压表及串联的分压电阻R,运用欧姆定律有: ,。代入数据解得:R=6kΩ。
(2)由闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律可设计如图3所示的实验电路。
(3)由于改装后的电压表可视为理想电压表,它的示数就是端电压或电阻箱两端的电压。整个电路可看成电阻箱与电源内电阻串联,总电压为电源电动势E,由串联分压关系有:代入两组数据可解得:E=2.5V,r=10Ω
三、仪器仪表的“反串”使用
理想电流表与定值电阻串联后可测电压,理想电压表与定值电阻并联后可测电流;电阻已知的电流表可测电压,电阻已知的电压表可测电流。因此串联定值电阻的理想电流表或电阻已知的电流表,可当做电压表使用;并联定值电阻的理想电压表或电阻已知的电压表可当做电流表使用。
例3.(2010福建理综-19-3)如图4所示是一些准备用来测量待测电阻Rx阻值的实验器材,器材及其规格列表如下:
器 材 | 规 格 |
待测电阻Rx 电源 电压表V1 电压表V2 电流表A 滑动变阻器R 开关S、导线若干 | 阻值在900Ω-1000Ω之间 具有一定内阻,电动势约9.0V 量程2.0V,内阻r1=1000Ω 量程5.0V,内阻r2=2500Ω 量程3.0A,内阻r=0.10Ω 最大阻值约100Ω,额定电流0.5A |
为了能正常进行测量并尽可能减小测量误差,实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半,而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化。请用实线代替导线,在所给的实验器材图中选择若干合适的器材,连成满足要求的测量Rx阻值的电路。
解析:由于滑动变阻器阻值较小,为了有效调接电流或电压变化,变阻器应采用分压式接法。电路中的最大电流为:A,实验中电路中的电流几乎在电流表的0刻线附近,读数误差太大,因此,电流表不能选用。为使测量中电表示数大于量程一半,将电压表V1“反串”做电流表使用。比较两电压表的量程,“反串”后的V1应内接,如图4所示。连接好电路,若某次测量中读出两表的示数分别为U1、U2,则:,而,解得:。
四、利用线性图象得出实验结果
利用相关物理规律,导出与实验中所测得的物理量有关的一次函数关系式,建立平面直角坐标系,依据所测数据描点连线,绘出线性图象,利用图象的截距、斜率可求得实验要测的物理量。
例4.(2010江苏物理-10)在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小,某同学设计了如图5所示的实物电路。
(1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到__ 。(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)
(2)改变电阻箱的阻值R,分别测出阻值R0=10Ω的定值电阻两端的电压U。下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是__ 。(选填“1”或“2”)
方案编号 | 电阻箱的阻值R/ | ||||
1 | 400.0 | 350.0 | 300.0 | 250.0 | 200.0 |
2 | 80.0 | 70.0 | 60.0 | 50.0 | 40.0 |
(3)根据实验数据描点,绘出的图象是一条直线。若直线的斜率为k,在坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E=____,内阻r=____。(用k、b和Ro表示)
解析:从图5所示实验电路可知,实验原理是闭合电路欧姆定律,数据处理采用的是建立线性图象,利用图象的斜率、截距等得出所测量的数值。
(1)为保护电路仪器器材,闭合电键之前应使电阻箱接入电路的电阻最大。
(2)由于电源电压为9V,电阻箱的取值若采用方案1,电压表示数太小,读数误差太大。所以应选用方案2。
(3)对于本实验电路,由闭合电路欧姆定律有:,由此式可得:,结合题意有:,。故:,。
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