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電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)攻略及高考試題賞析

◇廣東李虎

高考實(shí)驗(yàn)題通常設(shè)置在選擇題之后,計(jì)算題之前,是考生的“分水嶺”．拿到實(shí)驗(yàn)題的高分至關(guān)重要,而電學(xué)實(shí)驗(yàn)更是重中之重.電學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及知識(shí)面廣、能力要求高,值得高三師生深入研究其考查方式、試題情境、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)立意．

1設(shè)計(jì)電路圖

所謂設(shè)計(jì)電路圖,就是依照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理(電學(xué)物理規(guī)律)和實(shí)驗(yàn)方法(伏安法、替代法和半偏法等)選擇儀器或儀器采用的連接方式,這是電學(xué)實(shí)驗(yàn)最基礎(chǔ)也是最重要的步驟,是對(duì)實(shí)驗(yàn)的整體設(shè)計(jì)和規(guī)劃,決定著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的方向．一般涉及電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、電阻箱等儀器的選擇和滑動(dòng)變阻器限流式或分壓式、電流表內(nèi)接法或外接法的選擇．該類試題承載著考查考生物理科學(xué)素養(yǎng)的功能．

1.1電壓表、電流表量程的選擇方法

1) 安全性原則．電壓、電流的測(cè)量值不能超過電表的量程．

2) 精確性原則．在不超過量程的前提下,量程越小,精確度越高．

4) 靈活性原則．已知內(nèi)阻的電流表可以當(dāng)電壓表使用;已知內(nèi)阻的電壓表可以當(dāng)電流表使用．

1.2滑動(dòng)變阻器分壓式接法和限流式接法

1) 必須使用分壓式接法的幾種情況:a) 要求待測(cè)電阻兩端的電壓從0開始變化,有較大的測(cè)量范圍; b) 滑動(dòng)變阻器的最大阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻; c) 若采用限流式接法,電路中的最小電流仍超過電學(xué)元件的額定電流．

2) 在2種接法都可以的情況下,按照“一切從簡(jiǎn)”的原則,優(yōu)先考慮限流式接法．

1.3測(cè)量電阻中的電流表內(nèi)接法或外接法

表1　電流表的接法

1.4滑動(dòng)變阻器的選擇

1) 滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法,一律選小的.

2) 滑動(dòng)變阻器采用限流式接法,選擇阻值和待測(cè)電阻相當(dāng)?shù)模?/p>

2考查類型

2.1基本測(cè)量工具的使用和讀數(shù)

例如考查對(duì)測(cè)量工具的某個(gè)操作器件的功能的熟悉程度,如考查刻度尺、螺旋測(cè)微器、游標(biāo)卡尺、電流表、電壓表、電阻箱和多用電表的讀數(shù)，其中游標(biāo)卡尺和電阻箱不能估讀,其他要注意估讀問題(估讀到下一位還是本位估讀取決于精確度)．

一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)是游標(biāo)卡尺的讀數(shù),為此我們總結(jié)出“三觀察三確定”游標(biāo)卡尺讀數(shù)的方法：

1) 讀數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式a+kb.

2) 觀察游標(biāo)尺上格子數(shù),確定精確度k(例如0.1、0.05、0.02mm).

3) 觀察游標(biāo)尺“0刻度線”位置,確定整數(shù)讀數(shù)a.

4) 觀察游標(biāo)尺上第幾條刻度線與主尺刻度線對(duì)齊,確定參數(shù)b．

另一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)是電表的讀數(shù)問題:1)精確度是1、0.1、0.01的,要估讀到下一位;2)精確度是2、0.2、0.02或5、0.5、0.05的,不要估讀到下一位,要本位估讀．

2.2根據(jù)電路圖連線實(shí)物圖(用筆連線代替導(dǎo)線)

連接實(shí)物圖時(shí)要注意線必須是從一個(gè)接線柱連到另一個(gè)接線柱,不能斷點(diǎn)和交叉,更不能從元件表面穿過．

2.3圖象法數(shù)據(jù)處理

描點(diǎn)法畫圖象是數(shù)形結(jié)合思想處理數(shù)據(jù)的主要表現(xiàn)．根據(jù)物理規(guī)律推導(dǎo)函數(shù)關(guān)系式(一般為線性關(guān)系，在推導(dǎo)線性函數(shù)的過程中要注意分離變量),根據(jù)斜率和截距的物理意義來計(jì)算待求的物理量．依據(jù)物理公式間接測(cè)量的物理量要注意有效數(shù)字的保留,若題目有要求,要嚴(yán)格遵守;若題目沒有要求,一般保留2位或3位有效數(shù)字．

2.4誤差分析

誤差分為偶然誤差和系統(tǒng)誤差.

1) 偶然誤差:由偶然因素造成的,某一次測(cè)量偏大、偏小的概率相同．多次測(cè)量取平均值可減少偶然誤差．

2) 系統(tǒng)誤差:儀器本身存在缺陷或?qū)嶒?yàn)原理或?qū)嶒?yàn)方法不完善帶來的誤差．系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是多次重復(fù)測(cè)量的結(jié)果總是大于(或小于)被測(cè)量的真實(shí)值,呈現(xiàn)單一傾向．例如,測(cè)量重力加速度時(shí)由于沒有消除空氣等阻力的影響引起系統(tǒng)誤差,測(cè)量值總是偏?。偃绶卜y(cè)電阻沒有考慮電表內(nèi)阻而引起系統(tǒng)誤差，內(nèi)接法電阻的測(cè)量值總是大于真實(shí)值，而外接法電阻的測(cè)量值總是小于真實(shí)值．

2.5對(duì)電路故障的判斷

1) 考查通過對(duì)電表的變化做出判斷.

2) 考查排查電路故障的方法,檢測(cè)考生對(duì)多用電表電壓檔和歐姆檔的使用(電器維修的基礎(chǔ))．

3電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題賞析

圖1

(1) 用螺旋測(cè)微器測(cè)量合金絲的直徑.為防止讀數(shù)時(shí)測(cè)微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),讀數(shù)前應(yīng)先旋緊圖1中的部件____(填“A”“B”“C”或“D”).從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為________mm.

(2) 如圖2所示是測(cè)量合金絲電阻的電路,相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標(biāo)出.合上開關(guān),將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端的過程中,發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化.由此可以推斷:電路中________(填圖中表示接線柱的數(shù)字)之間出現(xiàn)了________(填“短路”或“斷路”).

圖2

(3) 電路故障被排除后,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23V和38mA,由此,該同學(xué)算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7Ω,為了更準(zhǔn)確地測(cè)出合金絲的阻值,在不更換實(shí)驗(yàn)器材的條件下,對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)做怎樣的改進(jìn)?請(qǐng)寫出2條建議.

建議1:____________. 建議2:____________.

(2) 此問描述了一個(gè)實(shí)驗(yàn)故障,要求考生分析判斷電路故障出在哪里．電流表指針有偏轉(zhuǎn)說明電路中有通路,故障出在并聯(lián)的某支路中.電壓表的讀數(shù)接近電動(dòng)勢(shì)說明電壓表接通了且沒有被短路,由此可做出判斷:故障出在測(cè)量對(duì)象“合金絲”所在支路上,故第一空填“7、9”,第二空填“斷路”．

(3) 此問隱性地考查減少誤差的方法.待測(cè)電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻應(yīng)采用電流表的內(nèi)接法以減少誤差,同時(shí)測(cè)量多組電流和電壓的值,計(jì)算出電阻的平均值也可以達(dá)到減少誤差的目的．

圖3

(1)下列實(shí)驗(yàn)操作中,不正確的有________.

A將銅管豎直地固定在限位孔的正下方;

B紙帶穿過限位孔,壓在復(fù)寫紙下面;

C用手捏緊磁鐵保持靜止,然后輕輕地松開讓磁鐵下落;

D在磁鐵下落的同時(shí)接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源

圖4

位置123456789v/(cm·s-1)24.533.837.8▲39.539.839.839.839.8

(3) 分析上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知:在這段紙帶記錄的時(shí)間內(nèi),磁鐵運(yùn)動(dòng)速度的變化情況是________;磁鐵受到阻尼作用的變化情況是________.

(4) 該同學(xué)將裝置中的銅管更換為相同尺寸的塑料管,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作(記為實(shí)驗(yàn)②),結(jié)果表明磁鐵下落的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律幾乎相同,請(qǐng)問實(shí)驗(yàn)②是為了說明什么?對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和②的結(jié)果得到什么結(jié)論?

(3) 由紙帶上的測(cè)量數(shù)據(jù)可知,磁鐵的速度逐漸增大至一穩(wěn)定值后勻速下落,阻力逐漸增大到與重力相等．

(4) 通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),將銅管更換為塑料管之后幾乎為自由落體運(yùn)動(dòng),說明磁鐵在塑料管中幾乎不受阻尼作用,磁鐵在銅管中受到的阻力主要是電磁阻尼作用．這說明變化的磁場(chǎng)在周圍的空間中激發(fā)感生電場(chǎng),處在其中的金屬導(dǎo)體中才有渦流,渦流的磁場(chǎng)阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)．

圖5

(1) 圖5中虛線框內(nèi)為該同學(xué)設(shè)計(jì)的測(cè)量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分,將電路圖補(bǔ)充完整．

(2) 根據(jù)設(shè)計(jì)的電路,寫出實(shí)驗(yàn)步驟:________.

圖6

(2) 移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,以保證通電后電壓表所在支路分壓最小;閉合開關(guān)S1、S2,調(diào)節(jié)R1,使電壓表指針滿偏;保證滑動(dòng)變阻器的滑片的位置不變,斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱R0,使電壓表的指針半偏;讀取電阻箱所示的電阻值,即為測(cè)得的電壓表內(nèi)阻.

(1) 使用多用電表粗測(cè)元件X的電阻．選“×1”歐姆檔測(cè)量,示數(shù)如圖7-甲,讀數(shù)為____Ω．據(jù)此應(yīng)該選擇圖7中____(填“乙”或“丙”)的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

圖7

(2) 連接所選電路,閉合S;滑動(dòng)變阻器的滑片P從左向右滑動(dòng),電流表的示數(shù)逐漸________(填“增大”或“減小”);依次記錄電流及相應(yīng)的電壓;將元件X換成Y,重復(fù)實(shí)驗(yàn)．

(3) 如圖8-甲是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的U-I圖線,由圖可判斷元件____(填“X”或“Y”)是非線性元件．

圖8

(4) 該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R=21 Ω的定值電阻,測(cè)量待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r,電路如圖8-乙所示．閉合S1和S2,電壓表讀數(shù)為3.00 V;斷開S2,讀數(shù)為1.00 V.利用圖8-甲可算得E=________V,r=________Ω.(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字,視電壓表為理想電壓表)

(2) 閉合S, 滑動(dòng)變阻器的滑片P從左向右滑動(dòng),使測(cè)量電路電壓增大,由歐姆定律得電流增大;

(3) 根據(jù)線性元件的U-I圖線為直線,非線性元件的U-I圖線為曲線可得:Y是非線性元件;

(臺(tái)山市“廣東基礎(chǔ)教育課程體系改革試驗(yàn)項(xiàng)目”課題《農(nóng)村學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)校本課程教材開發(fā)研究與實(shí)踐》(課題編號(hào)2015TSJCJY024)的階段性研究成果之一)

(作者單位：廣東省臺(tái)山市臺(tái)山一中大江實(shí)驗(yàn)中學(xué))