1、高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)第一講 電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)近幾年高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查不斷推陳出新,但仍然是基于兩個(gè)基本的實(shí)驗(yàn)原理,即R=U/I,和E=U外+U內(nèi).從考查的形式上看，主要表現(xiàn)在以下三方面：一是命題由知識(shí)立意向能力立意轉(zhuǎn)變，從機(jī)械記憶向分析理解與遷移應(yīng)用轉(zhuǎn)變；二是在試題情景設(shè)置上多與生產(chǎn)、生活實(shí)際相結(jié)合，更注重綜合應(yīng)用能力的考查；三是注重實(shí)驗(yàn)中科學(xué)探究能力的考查，為學(xué)生進(jìn)入高校的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題是“源于教材，但又高于教材”，側(cè)重考查實(shí)驗(yàn)思想和方法，考查動(dòng)手操作、觀察記錄和數(shù)據(jù)分析處理的能力和簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。電學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然?？汲Ｐ拢f(wàn)變不離其宗，”題在書(shū)外，理在其中”，不變的實(shí)驗(yàn)

2、的基本原理、基礎(chǔ)知識(shí)、基本方法和基本技能。理論講解一、明確電路結(jié)構(gòu)測(cè)量電路控制電路圖1除“測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”外，其他實(shí)驗(yàn)的電路結(jié)構(gòu)都可以分為測(cè)量電路和控制電路兩部分，如圖1。二、電流表、電壓表的選取1.順序問(wèn)題一般情況下電源是唯一性器材，首先由電源的電動(dòng)勢(shì)E出發(fā)，由E或所測(cè)元件的額定電壓來(lái)估算所測(cè)元件的最大電壓Um，以此來(lái)確定表量程；再計(jì)算電流表的最大電流Im或者由所測(cè)元件的額定電流來(lái)確定表量程。2.可獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寬度問(wèn)題基于實(shí)驗(yàn)測(cè)量精確度的 ，實(shí)驗(yàn)可獲取的數(shù)據(jù)寬度下限是電表量程的1/3，上限是電表量程和Um(Im)二者中的最小值。選擇電表時(shí)，能獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寬度越大的電表，就是應(yīng)選擇的電表

3、。3.選擇電流表、電壓表時(shí)不考慮Um(Im)超過(guò)量程的問(wèn)題，因?yàn)橛锌刂齐娐房梢钥刂啤Ｈ?、兩種控制電路的比較電路圖負(fù)載R上電壓U調(diào)節(jié)范圍負(fù)載R上電流調(diào)節(jié)范圍閉合電鍵前觸頭處位置相同條件下電路消耗的總功率分壓接法U0UU0IRaU0IR限流接法0UU00IRaU0(IR+IaP)比較分壓路調(diào)節(jié)范圍大分壓電調(diào)節(jié)范圍大保護(hù)電路限流電能耗較小2.兩種控制電路的選擇（1）根據(jù)關(guān)鍵詞選擇凡題目中要求“測(cè)量數(shù)據(jù)從0開(kāi)始”、“數(shù)據(jù)變化范圍大（圖象、特征曲線、多測(cè)數(shù)據(jù)）”，都一定要使用分壓式。需要用限流接法的關(guān)鍵詞只有“節(jié)能”（2）根據(jù)待測(cè)電阻與滑動(dòng)變阻器的阻值大小關(guān)系判斷大電阻（R滑RX），采用分壓式便于線性調(diào)

4、節(jié)；小電阻（R滑RX），采用限流式便于線性調(diào)節(jié)。（3）最后核對(duì)安全性在限流接法中，最小電流大于電表量程或回路元件的額定電流，則分壓；在分壓接法中，滑動(dòng)變阻器與電源所在回路的工作電壓超過(guò)了電源或滑動(dòng)變阻器的額定電流，則換用限流接法。四、伏安法測(cè)電阻1.電流表內(nèi)接法和外接法的比較五、兩種伏安特性曲線的區(qū)別與聯(lián)系1.電阻的伏安特性曲線2.電源的伏安特性曲線3.電源的伏安特性曲線與電阻的伏安特性曲線的交點(diǎn)，為電源和電阻共同的工作點(diǎn)。 種類(lèi)圖像對(duì)應(yīng)的一次函數(shù)電路基本原理及其方程電源的伏安特性曲線U=E-IrE=U+Ir閉合電路歐姆定律R=E/I-rE=I(R+r)1/I=R/E+r/E1/U=r/ER+

5、1/EE=U+Ur/R電阻的伏安特性曲線U=IRR=U/I兩種伏安特性曲線相交電路圖電路工作點(diǎn)PP點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流電壓，即是電阻實(shí)際工作的電流電壓，也是電源實(shí)際工作的輸出電壓和干路電流。六、電表的改裝原理1.表改裝為電流表的原理：并聯(lián)電阻反比分流電流表改裝成電流表 改裝的目的是:測(cè)量更大的電流RA=Rg/n故量程擴(kuò)大的倍數(shù)越高，并聯(lián)的電阻值越小，電流表的內(nèi)阻越小。 說(shuō)明：改裝后的電表中通過(guò)電流計(jì)G的最大電流Imax與兩端的最高電壓Umax變?yōu)槎嗌?？改裝后的電壓表或電流表，雖然量程擴(kuò)大了，但通過(guò)電流表的最大電流或加在電流表兩端的最大電壓仍為電流表的滿偏電流Ig和滿偏電壓Ug，只是由于串聯(lián)電路的分壓及

6、并聯(lián)電路的分流使表的量程擴(kuò)大了。 2. 表改裝為電壓表的原理：并聯(lián)電阻正比分壓 改裝的目的是： 測(cè)量更大的電壓方法：若量程擴(kuò)大n倍，則應(yīng)給電流表 串 聯(lián)一個(gè)電阻。 故量程擴(kuò)大的倍數(shù)越高，串聯(lián)的電阻值越大 ，電壓表的內(nèi)阻越大。RV=nRg3. 表改裝為歐姆表的原理：閉合電路歐姆定律 甲：短接調(diào)零：乙：斷開(kāi)I=0丙：測(cè)量電阻注意：歐姆表的黑表筆跟表內(nèi)電池的正極相連。紅表筆跟表內(nèi)電池的負(fù)極相連。 用歐姆表判別二極管好壞時(shí)用到這一點(diǎn)。 歐姆擋的使用: 選倍率。比電阻估計(jì)值低一個(gè)數(shù)量級(jí)。 進(jìn)行歐姆調(diào)零:紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕,使指針指右端零刻線處。 將紅黑表筆接被測(cè)電阻兩端進(jìn)行測(cè)量。 將指針示

7、數(shù)乘以倍率得測(cè)量值。 將選擇開(kāi)關(guān)扳到OFF或交流電壓最高擋若指針偏角小，應(yīng)增大倍率重測(cè)；若指針偏角大，應(yīng)減小倍率重測(cè)。規(guī)律總結(jié)1歐姆表刻度盤(pán)特點(diǎn)(1)左右0：電阻無(wú)限大與電流、電壓零刻度重合，電阻零與電流、電壓最大刻度重合(2)刻度不均勻：左密右疏(3)歐姆擋是倍率擋，即讀出的示數(shù)應(yīng)再乘以該擋的倍率；電流、電壓擋是量程范圍擋在不知道待測(cè)電阻的估計(jì)值時(shí)，應(yīng)先從小倍率開(kāi)始，熟記“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(因?yàn)闅W姆擋的刻度盤(pán)上越靠左讀數(shù)越大，且測(cè)量前指針指在左側(cè)“”處)2讀數(shù)技巧(1)為了減小讀數(shù)誤差，指針應(yīng)指在表盤(pán)到的部分，即中央刻度附近(2)指針?biāo)诳潭缺P(pán)處每個(gè)小格表示1 時(shí)，要估讀到下

8、一位，其余情況都不用估讀到下一位(3)電阻值等于指針示數(shù)與所選倍率的乘積第二講 電學(xué)實(shí)驗(yàn)的熱點(diǎn)問(wèn)題及創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論講解一、電學(xué)實(shí)驗(yàn)的熱點(diǎn)問(wèn)題1.以測(cè)電阻為核心的電學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)測(cè)電阻的常用方法歸納如下：方法測(cè)量部分電路伏安法有系統(tǒng)誤差無(wú)系統(tǒng)誤差能消除系統(tǒng)誤差等效替代法電流等效替代和電壓等效替代比例法并聯(lián)反比分流無(wú)系統(tǒng)誤差串聯(lián)正比分壓無(wú)系統(tǒng)誤差單表比例法（有系統(tǒng)誤差，若調(diào)為1:1即為半偏法）歐姆定律法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，有系統(tǒng)誤差歐姆表測(cè)電阻，無(wú)系統(tǒng)誤差電橋法無(wú)系統(tǒng)誤差2.“兩種伏安特曲線”的綜合應(yīng)用類(lèi)實(shí)驗(yàn)這類(lèi)問(wèn)題，利用電源的伏安特性曲線和電學(xué)元件的伏安特性曲線，找出各元件的工作點(diǎn)，即找出齊元件在電路

9、中的共作狀態(tài)(電流、電壓值) 是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。思路一:利用電源的伏安特性曲線（等效) 電阻的伏安特性曲線相交。若是兩個(gè)電阻串聯(lián)或者并聯(lián)接人電源，不論它們阻值相同還是不同都可以使用l如表中所述方法尋找各元件的工作點(diǎn)。圖像及電路找工作點(diǎn)的方法圖(b)電路的情況下，燈泡伏安特性曲線與電源伏安特性曲線的交點(diǎn)，見(jiàn)圖(a)中的P點(diǎn)，既是燈泡的工作點(diǎn)，也是電源的工作點(diǎn)1.由RA、RB的U一I曲線，作出它們的等效電阻RAB。的U一I曲線:在某一相同電壓U，找到A,B各自對(duì)應(yīng)的電流IA,IB，根據(jù)坐標(biāo)(IA+IB,U)在圖(a)中描點(diǎn)。再用同樣的方法，描出不同電壓U對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)(IA+IB,U)連接這些點(diǎn)的光

10、滑曲線即為等效電阻RAB的U一I曲線。2. RAB的U一I曲線與電源的U一I曲線的交點(diǎn)M就是電源和RAB的工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)P、Q則分別為RA、RB的工作點(diǎn)1.由RA、RB的U一I曲線，作出它們的等效電阻RAB。的U一I曲線:在某一相同電壓U，找到A,B各自對(duì)應(yīng)的電流UA, UB，根據(jù)坐標(biāo)(I,UA+UB)在圖(a)中描點(diǎn)。再用同樣的方法，描出不同電壓U對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)(I,UA+UB)連接這些點(diǎn)的光滑曲線即為等效電阻RAB的U一I曲線。2. RAB的U一I曲線與電源的U一I曲線的交點(diǎn)M就是電源和RAB的工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)P、Q則分別為RA、RB的工作點(diǎn)思路二:電路的伏安特性曲線與電阻的伏安特性曲線相

11、交。若是兩個(gè)阻值相同的電阻串聯(lián)或者并聯(lián)接人電源除r上表中的方法外，還可以使用如下表中所述方法來(lái)尋找各元件的工作點(diǎn)。圖像及電路找工作點(diǎn)的方法以燈泡的U和I為變量列出圖(b) 電路的閉合電路歐姆定律E=U+Ir，有U=E一rl, 該U一I圖線(也是電源的伏安特性曲線)如圖(a)所示，其與燈泡的伏安特性曲線的交點(diǎn)見(jiàn)圖(a), 既是燈泡的工作點(diǎn)，也是電源的工作點(diǎn)以兩個(gè)相同燈泡的U和l為變量，列出圖(b)中電路的閉合電路歐姆定律方程E=2U+Ir有U=-rI/2+E/2該U一I圖線如圖(a)中虛線所示(注意不是電源的U一I曲線)。其與燈泡伏安特性曲線的交點(diǎn)就是燈泡的工作點(diǎn)。注意該交點(diǎn)不是電源的工作點(diǎn) 以

12、兩個(gè)相同燈泡的U和I為變量，列出圖(b)中電路的閉合電路歐姆定律方程E = U十2Ir，有U=一2 rI+E, 該U一I圖線如圖(a)中虛線所示(注意不是電源的U一I曲線)。其與燈泡伏安特性曲線的交點(diǎn)就是燈泡的工作點(diǎn)。注意該交點(diǎn)不是電源的工作點(diǎn)3.多用電表的綜合使用類(lèi)實(shí)驗(yàn)多用電表是一個(gè)非常實(shí)用和重要的實(shí)驗(yàn)儀器，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中占有特殊地位，多用電表不僅功能多樣化(可測(cè)電壓、電流和電阻)，而且知識(shí)多元化(理論知識(shí):串、并聯(lián)電路特點(diǎn)，電源，閉合電路歐姆定律;實(shí)踐知識(shí):操作、讀數(shù)、換擋)。因此多用電表是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)極佳的命題載體，成為了近年高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)的新熱點(diǎn)。(1)明白多用電表的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用

13、方法是解決多用電表綜合使用類(lèi)問(wèn)題的重要基礎(chǔ)(2)利用多用電表檢測(cè)電路故障的方法:短路檢測(cè):斷開(kāi)電源，將歐姆表接在電路中任一個(gè)用電器的兩端之間若指針偏轉(zhuǎn)最大說(shuō)明這兩點(diǎn)之間短路。斷路檢測(cè):斷開(kāi)電源，將歐姆表接在電路的兩點(diǎn)之間，若指針偏轉(zhuǎn)說(shuō)明這兩點(diǎn)之間無(wú)斷路點(diǎn)，若指針不偏轉(zhuǎn)說(shuō)明這兩點(diǎn)之間有斷路點(diǎn)。(3)用多用電表探測(cè)黑箱內(nèi)元件問(wèn)題。檢測(cè)黑箱內(nèi)的二極管是利用二極管的單向一導(dǎo)電性、當(dāng)給二極管加正向電壓時(shí)，它的電阻很小，電路導(dǎo)通(如圖): 當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí)，它的電阻很大，電路截止用多用電表測(cè)黑箱內(nèi)元件問(wèn)題的思路，見(jiàn)圖,由圖做出初步判斷后，再根據(jù)各待側(cè)兩端點(diǎn)間的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，判斷哪一種情況是兩

14、個(gè)元件串聯(lián)的數(shù)據(jù)，: 最終可以確定元件的位置。 二、電學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.比例法測(cè)電阻的原理電路及其特征比例法是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中很常用的測(cè)電阻方法，該方法的原理、電路以及器材的特征如下表測(cè)量原理電路測(cè)量結(jié)果特征串聯(lián)正比分壓基本電路1.無(wú)系統(tǒng)誤差。2.器材特征: 有已知電阻(單獨(dú)的電阻或者已知內(nèi)阻的電表); 有兩只電流表或者兩只電壓表。3.電路特征: 一定是未知電阻與已知電阻串聯(lián)或者并聯(lián)(電阻指單獨(dú)的電阻或者電表內(nèi)阻); 兩條并聯(lián)支路上至少一條支路上有電流表;串聯(lián)的兩部分中，至少一部分有電壓表變化電路并聯(lián)反比分流基本電路變化電路2.電學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則(1)科學(xué)性原則: 科學(xué)設(shè)計(jì)的方案應(yīng)有利學(xué)的依據(jù)及正確的方式。(2)安全性原則:設(shè)計(jì)的方案實(shí)施時(shí)，應(yīng)安全可靠，不會(huì)對(duì)儀器、器材有危害(3)精確性原則:實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)，盡可能選擇誤差較小的方案; (4)方便性原則:設(shè)計(jì)方案應(yīng)便于操作、讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和觀察。(5)節(jié)能性原則:應(yīng)用器材少，耗電少。在限流式與分壓式兩種控制電路都滿足實(shí)驗(yàn)要求時(shí)，優(yōu)選結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，損耗功率較小的限流接法。3.重視定值電阻在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用定值電阻作為一個(gè)重要的特征器材，在設(shè)計(jì)性