高中物理10大難點突破--難點之十 確定帶電粒子在磁場中運動軌跡的方法

1、確定帶電粒子在磁場中運動軌跡的方法帶電粒子在勻強磁場中作圓周運動的問題是近幾年高考的熱點，這些題不但涉及洛倫茲力，而且往往與幾何關(guān)系相聯(lián)系，使問題難度加大，但無論這類題多么復(fù)雜，其關(guān)鍵一點在于畫軌跡，只要確定了軌跡，問題便迎刃而解，下面舉幾種確定帶電粒子運動軌跡的方法。1. 對稱法帶電粒子如果從一直線邊界進(jìn)入又從該邊界射出，那么其軌跡關(guān)于入射點和出射點線段的中垂線對稱，入射速度方向與出射速度方向與邊界的夾角相等，利用這一結(jié)論可以輕松畫出粒子的軌跡。例1. 如圖1所示，在y小于0的區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，磁場方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感應(yīng)強度為B，一帶正電的粒子以速度從O點射入磁場，入射速度

2、方向為xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為，假設(shè)粒子射出磁場的位置與O點的距離為L，求該粒子電量與質(zhì)量之比。解析：根據(jù)帶電粒子在有界磁場的對稱性作出軌跡，如圖2所示，找出圓心A，向x軸作垂線，垂足為H，由與幾何關(guān)系得：帶電粒子磁場中作圓周運動，由解得聯(lián)立解得2. 動態(tài)圓法在磁場中向垂直于磁場的各個方向發(fā)射粒子時，粒子的運動軌跡是圍繞發(fā)射點旋轉(zhuǎn)的動態(tài)圓，用這一規(guī)律可確定粒子的運動軌跡。例2. 如圖3所示，S為電子源，它在紙面360度范圍內(nèi)發(fā)射速度大小為，質(zhì)量為m，電量為q的電子q0，0 x0，xa的區(qū)域有垂直于紙面向外的勻強磁場，兩區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強度大小均為B。在O點出有一小孔，一束質(zhì)量為m、帶電量為

3、qq0的粒子沿x周經(jīng)小孔射入磁場，最后打在豎直和水平熒光屏上，使熒光屏發(fā)亮。入射粒子的速度可取從零到某一最大值之間的各種數(shù)值。速度最大的粒子在0 xa的區(qū)域中運動的時間之比為25，在磁場中運動的總時間為7T/12，其中T為該粒子在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中做圓周運動的周期。試求兩個熒光屏上亮線的范圍不計重力的影響?！纠}】長為L的水平極板間，有垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場，如下圖，磁場強度為B，板間距離也為L，板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子不計重力，從左邊極板間中點處垂直磁場以速度v平行極板射入磁場，欲使粒子不打在極板上，那么粒子入射速度v應(yīng)滿足什么條件？【例題】在真空中半徑r=310

4、-2m的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強磁場，磁感應(yīng)強度B=0.2T，方向如下圖。一帶正電的粒子以v0106m/s的初速度從磁場邊界上直徑ab端的a點射入磁場，粒子比荷q/m=108C/Kg，不計粒子重力，那么粒子在磁場中運動的最長時間為多少？【例題】如下圖，一帶電質(zhì)點，質(zhì)量為m，電量為q，以平行于Ox軸的速度v從y軸上的a點射入圖中第一象限所示的區(qū)域.為了使該質(zhì)點能從x軸上的b點以垂直于Ox軸的速度v射出，可在適當(dāng)?shù)牡胤郊右粋€垂直于xy平面、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場。假設(shè)此磁場僅分布在一個圓形區(qū)域內(nèi)，試求這圓形磁場區(qū)域的最小半徑.重力忽略不計。例題】是某裝置的垂直截面圖，虛線A1A2是垂直截面與磁場區(qū)邊界

5、面的交線，勻強磁場分布在A1A2的右側(cè)區(qū)域，磁感應(yīng)強度B=0.4T，方向垂直紙面向外，A1A2與垂直截面上的水平線夾角為45。A1A2在左側(cè)，固定的薄板和等大的擋板均水平放置，它們與垂直截面交線分別為S1、S2，相距L=。在薄板上P處開一小孔，P與A1A2線上點D的水平距離為L。在小孔處裝一個電子快門。起初快門開啟，一旦有帶正電微粒通過小孔，快門立即關(guān)閉，此后每隔T10-3s開啟一次并瞬間關(guān)閉。從S1S2之間的某一位置水平發(fā)射一速度為v0的帶正電微粒，它經(jīng)過磁場區(qū)域后入射到P處小孔。通過小孔的微粒與檔板發(fā)生碰撞而反彈，反彈速度大小是碰前的0.5倍。1經(jīng)過一次反彈直接從小孔射出的微粒，其初速度v

6、0應(yīng)為多少？2求上述微粒從最初水平射入磁場到第二次離開磁場的時間。忽略微粒所受重力影響，碰撞過程無電荷轉(zhuǎn)移。微粒的荷質(zhì)比。只考慮紙面上帶電微粒的運動難點之十 電學(xué)實驗一、難點形成的原因1、對電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)那么認(rèn)識模糊，導(dǎo)致讀數(shù)的有效數(shù)字錯誤2、對滑動變阻器的限流、分壓兩種控制電路的原理把握不準(zhǔn)，導(dǎo)致控制電路選用不當(dāng)3、對實驗測量電路、電學(xué)儀器的選用原那么把握不準(zhǔn)，導(dǎo)致電路、儀器選用錯誤4、對電學(xué)實驗的重點內(nèi)容“電阻的測量方法無明確的歸類，導(dǎo)致思路混亂5、對于創(chuàng)新型實驗設(shè)計平時缺乏對實驗思想方法如模擬法，轉(zhuǎn)換法，放大法，比擬法，替代法等進(jìn)行歸納，在全新的實驗情景下，找不到實驗設(shè)計的原理，

7、無法設(shè)計合理可行的方案。受思維定勢影響，缺乏對已掌握的實驗原理，儀器的使用進(jìn)行新情境下的遷移利用，缺乏創(chuàng)新意識。 二、難點突破1、電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)那么：電流表量程一般有兩種0.10.6A，03A；電壓表量程一般有兩種03V，015V。如圖10-1所示：圖10-1因為同一個電流表、電壓表有不同的量程，因此，對應(yīng)不同的量程，每個小格所代表的電流、電壓值不相同，所以電流表、電壓表的讀數(shù)比擬復(fù)雜，測量值的有效數(shù)字位數(shù)比擬容易出錯。下面是不同表，不同量程下的讀數(shù)規(guī)那么：電壓表、電流表假設(shè)用03V、03A量程，其最小刻度精確度分別為0.1V、0.1A，為10分度儀表讀數(shù)，讀數(shù)規(guī)那么較為簡單，只需在精

8、確度后加一估讀數(shù)即可。如下圖，電壓表讀數(shù)為1.88V，電流表讀數(shù)為0.83A。假設(shè)指針恰好指在2上，那么讀數(shù)為2.00V或A。電壓表假設(shè)用015V量程，那么其最小刻度為0.5V，為2分度儀表讀數(shù)，所讀數(shù)值小數(shù)點后只能有一位小數(shù)，也必須有一位小數(shù)。 如下圖，假設(shè)指針指在整刻度線上，如指在10上應(yīng)讀做10.0V，指在緊靠10刻度線右側(cè)的刻度線上即表盤上的第21條小刻度線讀數(shù)為10.5V，假設(shè)指在這兩條刻度線間的中間某個位置，那么可根據(jù)指針靠近兩刻度線的程度，分別讀做10.1V，或10.2V，或10.3V，或10.4V，即使是指在正中央，也不能讀做10.25V，假設(shè)這樣，那么會出現(xiàn)兩位不準(zhǔn)確的數(shù)，即

9、小數(shù)點后的2和5，不符合讀數(shù)規(guī)那么，如上圖中所示，讀數(shù)應(yīng)為9.3V。電流表假設(shè)用0-0.6A量程，那么其最小刻度為0.02A，為5分度儀表讀數(shù)，其讀數(shù)規(guī)那么與015V電壓表相似，所讀數(shù)值小數(shù)點后只能有兩位小數(shù)，也必須有兩位小數(shù)。 如上圖所示，電流表讀數(shù)為，假設(shè)指針指在第11條刻度線上，那么讀數(shù)為，指在第10條刻度線上，讀數(shù)為，指在第12條刻度線上，讀數(shù)為。2、滑動變阻器應(yīng)用分析滑動變阻器是電學(xué)實驗中常用的儀器，近幾年高考電學(xué)設(shè)計性實驗命題對其應(yīng)用屢次直接或滲透考查.如何選擇滑動變阻器的接法設(shè)計控制電路仍是歷屆考生應(yīng)考的難點.圖12-3滑動變阻器的限流接法與分壓接法的特點：如圖10-2所示的兩種

10、電路中，滑動變阻器最大阻值為R0對負(fù)載RL的電壓、電流強度都起控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖a電路稱為限流接法，圖b電路稱為分壓接法.圖10-2負(fù)載RL上電壓調(diào)節(jié)范圍忽略電源內(nèi)阻負(fù)載RL上電流調(diào)節(jié)范圍忽略電源內(nèi)阻相同條件下電路消耗的總功率限流接法EULEILEIL分壓接法0ULE0ILEIL+Iap比擬分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大限流電路能耗較小限流法.如圖a所示，待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為.顯然，當(dāng)R0RL時，滑動觸頭在從b向a滑動的過程中，先是電流表、電壓表的示數(shù)變化不大，后來在很小的電阻變化范圍內(nèi)，電流表、電壓表的讀數(shù)變化很快，也不方便讀數(shù)，只有當(dāng)RL與R0差不多大小時，才能對電流、電

11、壓有明顯的調(diào)控作用.在同樣能到達(dá)目的的前提下，限流法較為省電，電路連接也較為簡單.分壓法.如圖b所示，待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為0E，且R0相對于RL越小，R上的電壓變化的線性就越好.當(dāng)R0RL時，盡管UL變化范圍仍是0E，但數(shù)據(jù)幾乎沒有可記錄性，因為在這種情況下，滑片從左端滑起，要一直快到右端時，電壓表上示數(shù)一直幾乎為零，然后突然上升到E，對測量幾乎沒有用處.因此，分壓接法要用全阻值較小的滑動變阻器?；瑒幼冏杵鞯南蘖鹘臃ㄅc分壓接法：兩種電路均可調(diào)節(jié)負(fù)載電阻電壓和電流的大小，但在不同條件下，調(diào)節(jié)效果大不一樣，滑動變阻器以何種接法接入電路，應(yīng)遵循平安性、精確性、節(jié)能性、方便性原那么綜合考慮，靈活選

12、取.1要求回路中某局部電路電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時如：測定導(dǎo)體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路，即大范圍內(nèi)測量時，必須采用分壓接法.2當(dāng)用電器的電阻RL遠(yuǎn)大于滑動變阻器的最大值R0時，必須采用分壓接法.因為按圖b連接時，因RLR0Rap,所以RL與Rap的并聯(lián)值R并Rap，而整個電路的總阻值約為R0，那么RL兩端電壓UL=IR并=Rap，顯然ULRap,且Rap越小，這種線性關(guān)系越好，電表的變化越平穩(wěn)均勻，越便于觀察和操作.3假設(shè)采用限流接法，電路中實際電壓或電流的最小值仍超過RL的額定值時，只能采用分壓接法.1測量時對電路中的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，

13、且RL與R0相差不大或RL略小于R0，采用限流式接法.2電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時，采用限流式接法.3沒有很高的要求，僅從平安性和精確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素優(yōu)先采用限流式接法.圖10-3例1：如圖10-3所示，滑動變阻器電阻最大值為R，負(fù)載電阻R1=R，電源電動勢為E,內(nèi)阻不計.1當(dāng)K斷開，滑動頭c移動時，R1兩端的電壓范圍是多少？2當(dāng)K閉合，滑動頭c移動時，R1兩端的電壓范圍是多少？3設(shè)R的長度ab=L,R上單位長度的電阻各處相同，a、c間長度為x，當(dāng)K接通后，加在R1上的電壓U1與x的關(guān)系如何？【審題】電鍵斷開或閉合導(dǎo)致

14、電路出現(xiàn)兩種截然不同的控制電路：限流和分壓，把握限流和分壓電路的原理是關(guān)鍵【解析】1假設(shè)K斷開，那么該控制電路為滑動變阻器的限流接法，故U1E 2假設(shè)K閉合，那么該控制電路為滑動變阻器的分壓接法，故0U1E3U1=IR并，R并=,I= 得：U1=【總結(jié)】該題考察兩種控制電路的原理即兩者獲取的控制電壓范圍不同例2：用伏安法測量某一電阻Rx阻值，現(xiàn)有實驗器材如下：待測電阻Rx阻值約5 ,額定功率為1 W；電流表A1量程00.6 A,內(nèi)阻0.2 ;電流表A2量程03 A，內(nèi)阻0.05 ;電壓表V1量程03 V，內(nèi)阻3 k;電壓表V2量程015 V，內(nèi)阻15 k;滑動變阻器R0050 ,蓄電池電動勢為

15、6 V、開關(guān)、導(dǎo)線.為了較準(zhǔn)確測量Rx阻值，電壓表、電流表應(yīng)選_，并畫出實驗電路圖.【審題】該題要求選擇實驗儀器、測量電路及控制電路，因為滑動變阻器的全阻值大于被測電阻Rx，故首先考慮滑動變阻器的限流接法【解析】由待測電阻Rx額定功率和阻值的大約值，可以計算待測電阻Rx的額定電壓、額定電流的值約為U=V2.2 V,I=A=0.45 A.那么電流表應(yīng)選A1，電壓表應(yīng)選V1.又因=24.5 Rx，那么電流表必須外接.圖10-4因為滑動變阻器的全阻值大于被測電阻Rx，故首先考慮滑動變阻器的限流接法，假設(shè)用限流接法，那么被測電阻Rx上的最小電流為Imin=0.11 AI額，因該實驗沒有對電流、電壓的調(diào)

16、節(jié)范圍未作特殊要求，故用限流電路.電路如圖10-4所示.【總結(jié)】滑動變阻器全阻值相對待測電阻較大，用分壓接法不便于調(diào)節(jié)，故限流接法是首選，只要能保證平安且有一定的調(diào)節(jié)范圍即可。例3：用伏安法測量一個定值電阻的器材規(guī)格如下：待測電阻Rx約100 ;直流電流表量程010 mA、內(nèi)阻50 ;直流電壓表量程03 V、內(nèi)阻5 k;直流電源輸出電壓4 V、內(nèi)阻不計；滑動變阻器015 、允許最大電流1 A；開關(guān)1個，導(dǎo)線假設(shè)干.根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求畫出實驗電路圖.【審題】此題只需要判斷測量電路、控制電路的接法，各儀器的量程和電阻都已經(jīng)給出，只需計算兩種接法哪種適宜。圖10-5【解析】用伏安法測量電阻有兩

17、種連接方式，即電流表的內(nèi)接法和外接法，由于Rx，故電流表應(yīng)采用外接法.在控制電路中，假設(shè)采用變阻器的限流接法，當(dāng)滑動變阻器阻值調(diào)至最大，通過負(fù)載的電流最小，Imin=.【總結(jié)】任一種控制電路必須能保證電路的平安，這是電學(xué)實驗的首要原那么 ，限流接法雖然簡潔方便，但必須要能夠控制電路不超過電流的額定值，同時，能夠保證可獲取一定的電壓、電流范圍，該題中，即便控制電流最小值不超過電流表的量程，因滑動變阻器全阻值相對電路其它電阻過小，電流、電壓變化范圍太小，仍不能用限流接法。3、實驗電路和電學(xué)儀器的選擇1電路的選擇安培表內(nèi)、外接電路的選擇由于電壓表的分流作用和電流表的分壓作用，造成表的示數(shù)與通過負(fù)載的

18、電壓或電流真實值之間產(chǎn)生誤差，為減小此系統(tǒng)誤差，應(yīng)慎重選擇電流表的內(nèi)外接法，選擇方法如下：1、直接比擬法：當(dāng)待測電阻阻值RxRA時，安培表分壓很小，選擇安培表內(nèi)接電路。2、臨界值計算比擬法：當(dāng)待測電阻阻值與電壓表、電流表的阻值相差不多時，如何確定被測電阻R是較大還是較小呢？我們要計算兩種接法的相對誤差，可用與相比擬.當(dāng)即時，宜采用電流表外接法；當(dāng)即時，宜采用電流表內(nèi)接法；而時，電流表內(nèi)外接法效果是一樣的.此時的被測電阻值R我們稱為臨界電阻。3、測試判斷法試觸法假設(shè)Rx、RA、RV的大小關(guān)系事先沒有給定，可借助試觸法確定內(nèi)、外接法.具體做法是:如圖10-6所示組成電路，其中電流表事先已經(jīng)接好，拿

19、電壓表的一個接線柱去分別試觸M、N兩點，觀察先后兩次試觸時兩電表的示數(shù)變化情況。如果電流表的示數(shù)變化比電壓表示數(shù)變化明顯(即)，說明接M點時電壓表分流作用引起的誤差大于接N點時電流表分壓作用引起的誤差，這時應(yīng)采用內(nèi)接法(即電壓表接N點)。如果電壓表的示數(shù)變化比電流表示數(shù)變化明顯(即)，說明接N點時電流表分壓作用引起的誤差大于接M點時電壓表分流作用引起的誤差，這時應(yīng)采用外接法(即電壓表接M點).圖10-6口決：“內(nèi)大外小，即內(nèi)接法適合測大電阻且系統(tǒng)誤差偏大，即測量值大于真實值，外接法適合測小電阻且系統(tǒng)誤差偏小，即測量值小于真實值，控制電路即滑動變阻器的接法的選擇，見難點22電路實驗器材和量程的選

20、擇，應(yīng)考慮以下幾點：電路工作的平安性，即不會出現(xiàn)電表和其它實驗器材因過載毀壞現(xiàn)象。能否滿足實驗要求常常要考慮便于屢次測量求平均值。選擇器材的一般思路是：首先確定實驗條件，然后按電源電壓表電流表變阻器順序依次選擇。根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原那么選擇電表.首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)一般取滿偏度的左右，以減少測讀誤差.根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑動變阻器，注意流過滑動變阻器的電流不超過它的額定值，對大阻值的變阻器，如果是滑動頭稍有移動，使電流、電壓有很大變化的，不宜采用.應(yīng)根據(jù)實驗的根本要求來選擇儀器，對

21、于這種情況，只有熟悉實驗原理，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇.總之，最優(yōu)選擇的原那么是：方法誤差盡可能小.b、實現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié).c、在大功率裝置電路中盡可能節(jié)省能量；在小功率電路里，在不超過用電器額定值的前提下，適當(dāng)提高電流、電壓值，以提高測試的準(zhǔn)確度.根據(jù)以上原那么，電學(xué)儀器的選擇有如下建議：1、電源的選擇：選擇直流電源，應(yīng)根據(jù)用電器的需要來確定，一般考慮用電器所需的電壓、電路中的電流、電源電動勢和允許電流等.在不超過待測器材所允許的最大電壓值的情況下，選擇電動勢較大的電源以獲得更多的測量數(shù)據(jù)。在相同電動勢情況下，通常選擇內(nèi)電阻較小的電源以獲得較穩(wěn)定的路端電壓,測電源內(nèi)阻除外。2、電表的選擇：在不

22、超過電表量程的條件下，選擇量程較小的電表以便測量時示數(shù)能在滿刻度的2/3左右。3、滑動變阻器的選擇:要由電路中所要求或可能出現(xiàn)的電流、電壓的范圍來選定變阻器，實際流過變阻器的電流不得超過其額定值；如要通過變阻器的電阻改變來讀取不同的電流、電壓值時，要注意防止變阻器滑片稍有移動電流或電壓就會有很大變化的出現(xiàn)，也要防止出現(xiàn)滑片從一頭滑到另一頭，電流或電壓幾乎沒有變化的情況.假設(shè)控制電路確定為限流接法,那么滑動變阻器應(yīng)選用與實驗電路中其它電阻的總阻值相差不大的;假設(shè)控制電路確定為分壓接法，那么應(yīng)選用在額定電流允許的條件下阻值較小的滑動變阻器。例4： 圖10-7為用伏安法測量一個定值電阻阻值的實驗所需

23、器材實物圖，器材規(guī)格如下：圖10-7 1待測電阻Rx約100 2直流電源輸出電壓4V，內(nèi)阻可不計 3直流毫安表量程010mA，內(nèi)阻50 4直流電壓表量程03V，內(nèi)阻5K 5滑動變阻器阻值范圍015，允許最大電流1A 6電鍵一個，導(dǎo)線假設(shè)干條 根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求，在實物圖上連線。并用“標(biāo)出在閉合電鍵前，變阻器的滑動觸點應(yīng)處的正確位置。圖10-8【審題】此題不要求選擇儀器，只是對已有的儀器進(jìn)行電路的選擇合成，從一定程度上降低了難度，由條件，待測電阻與電壓表阻值相差較多，滑動變阻器阻值相對較小?！窘馕觥恳蚧瑒幼冏杵髯柚敌∮诖郎y電阻Rx的阻值，所以滑動變阻器應(yīng)選用分壓接法；待測電阻與電表相比，R

24、x的阻值和電壓表的阻值相差較多，所以應(yīng)選用安培表外接電路，實物連接如圖10-8所示?；瑒幼冏杵鞣謮航臃〞r，在閉合電鍵前，變阻器的滑動觸點應(yīng)置于使負(fù)載電壓為零處，如圖箭頭所示?！究偨Y(jié)】1設(shè)計測量電阻的電路必須考慮兩個方面，首先要確定滑動變阻器是分壓電路還是限流電路，再考慮是安培表外接電路還是安培表內(nèi)接電路。2連接實物圖時，應(yīng)該先干路，再支路?；瑒幼冏杵鞣謮航臃ㄊ且⒁怆婃I能控制全電路電流，即斷開電鍵后，電路中無電學(xué)儀器仍處于通電狀態(tài)，電鍵對支路不起作用是滑動變阻器分壓接法時經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤。例5：某電壓表的內(nèi)阻在2050K之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實驗室提供以下可選用的器材:待測電壓表V(量程3V)，

25、電流表A1(量程200A)，電流表A2(量程5mA)，電流表A3(量程0.6A)，滑動變阻器R(最大阻值1k)，電源E(電源電壓為4V)，開關(guān)S.(1)所提供的電流表中應(yīng)選用(填字母代號).圖10-9(2)為了盡量減小誤差，要求多測幾組數(shù)據(jù)，試在圖10-9方框中畫出符合要求的實驗電路(其中電源和開關(guān)及連線已畫出).【審題】測量電壓表的內(nèi)阻，從條件看，需測量通過電壓表的電流，因此，需估算通過電壓表的最大電流來判斷所用電流表的量程。同時，滑動變阻器的全阻值遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，控制電路應(yīng)采用分壓接法?！窘馕觥侩妷罕淼氖緮?shù)等于通過電壓表的電流與本身內(nèi)阻的乘積，估算電路中的最大電流為E 圖10-10所以應(yīng)

26、選電流表A1，與電壓表串聯(lián)在電路中.滑動變阻器的電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻.如果用滑動變阻器連成限流電路，一那么它對電路的調(diào)控作用很不明顯，二那么是待測電壓表分得的最小電壓約為大于電壓表的量程，變阻器明顯不能組成限流電路，這樣變阻器應(yīng)作為分壓器接在電路中，就不會出現(xiàn)上述問題，電路如圖10-10所示. 【總結(jié)】對于電表的選擇，必須先根據(jù)條件估算電路中的最大電壓或電流值，以此確定選用略大于且量程最小的電表。圖10-11例6：有一改裝的電流表A1需要與一標(biāo)準(zhǔn)電流表A2進(jìn)行校對，采用如下圖10-11的電路，其中E為電源，R0為一限流電阻，R為一可變電阻，S為電鍵，限流電阻能夠限制電路中的最大電流，使之不超出

27、電流表的量程過多，從而對電流表起保護作用。實驗中已有的器材及其規(guī)格如下：， 改裝電流表A1量程0 標(biāo)準(zhǔn)電流表A2 ( 量程03A實驗中備有的電阻器規(guī)格如下： A固定電阻阻值8，額定電流2A B固定電阻阻值15，額定電流2A C滑動變阻器阻值范圍020，額定電流2A D，滑動變阻器阻值范圍0200，額定電流2A 兩個表的刻度盤上都將量程均勻分為6大格，要求從起對每條刻線一一進(jìn)行核對，為此，從備用的電阻器中，R0應(yīng)選用 ，R應(yīng)選用 。用字母代號填寫 【審題】此題中給出了固定限流電阻的選擇，首先要明確其作用，實驗要求電流范圍在0.10.6A之間，即電路中僅有限流電阻時的電流要略大于0.6A，同時要配

28、合滑動變阻器，保證電路中的最小電流不超過0.1A?！窘馕觥扛难b表量程為00.6A，要求從0.1A起對每條刻線進(jìn)行核對，所以，電路中最大電流不能小于0.6A，最小電流不能大于0.1A。電源電動勢為6v，根據(jù)歐姆定律，電路中最小總電阻不能大于10，所以固定電阻R0應(yīng)選用A8；又因最大總電阻不能小于60，滑動變阻器應(yīng)選用D200?！究偨Y(jié)】1要正確理解限流電阻的限流作用-使電路中的電流不超過電流表的量程過多，應(yīng)理解為：在保證電流表能到達(dá)滿量程的條件下，通過電流表的電流不過大。所以限流電阻的阻值不能大于使電流表到達(dá)滿偏時的阻值。2注意區(qū)分限流電阻與滑動變阻器的作用，限流電阻的作用是使電路中的電流不要過小

29、不小于0.6A，而滑動變阻器的作用是使電路中的電流要到達(dá)足夠小不大于0.1A。圖10-12例7：用伏安法測量某一電阻Rx的阻值，現(xiàn)有實驗器材如下：A、待測電阻Rx阻值大約為5，額定功率為1WB、電流表A10C、電流表A203AD、電壓表V103V，內(nèi)阻3KE、電壓表V2015V，內(nèi)阻15KF、滑動變阻器R0050G、蓄電池電動勢為6VH、電鍵、導(dǎo)線為了較準(zhǔn)確測量Rx的阻值，保證器材的平安，以便操作方便，電壓表、電流表應(yīng)選擇_，并畫出實驗電路圖?！緦忣}】此題中待側(cè)電阻的額定功率、電阻估計值，可估算通過電阻的電流及其兩端電壓，是選擇電流表、電壓表量程的關(guān)鍵，另外，電流表的內(nèi)外接法及滑動變阻器的接法

30、也需要計算確定?！窘馕觥?、確定電流表、電壓表的量程。被測電阻Rx的額定電壓、額定電流分別為 那么電流表選用A1，電壓表選用V1 2、確定電流表的內(nèi)、外接法計算臨界電阻 ，RXRX，會操作不方便，因此應(yīng)選擇變阻器的限流接法。電路如圖10-12所示?！究偨Y(jié)】此題需要選擇電流表、電壓表量程以及測量電路和控制電路，解題時為防止混亂，可分步選擇，將題目分解，既明確，又不易遺漏。4、電阻測量的方法歸類在高中電學(xué)實驗中，涉及最多的問題就是電阻的測量，電阻的測量方法也比擬多，最常用的有：1歐姆表測量：最直接測電阻的儀表。但是一般用歐姆表測量只能進(jìn)行粗測，為下一步的測量提供一個參考依據(jù)。用歐姆表可以測量白熾燈

31、泡的冷電阻。2替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效、也可以是利用電壓等效。替代法測量電阻精度高，不需要計算，方法簡單，但必須有可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻一般給定的儀器中要有電阻箱。替代法是用與被測量的某一物理性質(zhì)等效，從而加以替代的方法。圖10-13如圖10-13所示。先把雙刀雙擲開關(guān)S2扳到1，閉合S1，調(diào)整滑動變阻器，使電流表指針指到某一位置，記下此時的示數(shù)I最好為一整數(shù)。再把開關(guān)S2扳到2，調(diào)整電阻箱R0，使得電流表指針仍指到示數(shù)I。讀出此時電阻箱的阻值r，那么未知電阻Rx的阻值等于r。說明：在此實驗中的等效性表現(xiàn)在開關(guān)換位后電流表的示數(shù)相同，即當(dāng)電阻箱的阻值為r時，對電路的阻礙

32、作用與未知電阻等效，所以未知電阻Rx的阻值等于r。替代法是一種簡捷而準(zhǔn)確度很高的測量電阻的方法，此方法沒有系統(tǒng)誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，測量誤差就可以忽略。3伏安法：伏安法的測量依據(jù)是歐姆定律包括局部電路歐姆定律和全電路歐姆定律，需要的根本測量儀器是電壓表和電流表，當(dāng)只有一個電表時，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻電阻箱或給一個定值電阻代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻時，根據(jù)歐姆定律I=U/RV，電壓表同時可以當(dāng)電流表使用，同樣根據(jù)U=IRA，電流表也可以當(dāng)電壓表用。4比例法：如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的電阻的電表，可以采用比例法測電表的電阻。用比例法測電表內(nèi)阻時，兩個電流表一般是并聯(lián)據(jù)并聯(lián)分流原理，兩個電壓表一般是串聯(lián)

33、據(jù)串聯(lián)分壓原理。所謂“比例法是：要測量某一物體的某一物理量，可以把它與準(zhǔn)確數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)物體進(jìn)行比擬。例如，使用天平稱量物體的質(zhì)量，就是把被測物體與砝碼進(jìn)行比擬，砝碼就是質(zhì)量數(shù)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)物體。天平的結(jié)構(gòu)是等臂杠桿，因此當(dāng)天平平衡時，被測物體的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)物體的質(zhì)量是相等的，這就省去了進(jìn)一步的計算。有很多情況下，被測物體與標(biāo)準(zhǔn)物體的同一物理量間的關(guān)系并不是相等，而是在滿足一定條件下成某種比例的關(guān)系，這種方法又稱為“比例法。圖10-14例如，測電流表和電壓表的內(nèi)阻，如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的電阻的電表，都可以使用比例法。采用比例法測電阻的依據(jù)是：串聯(lián)電路電壓與電阻成正比，并聯(lián)電路電流與電阻成反比。電壓表可顯示

34、電阻兩端的電壓值，電流表可顯示電阻中通過的電流，所以測電流表內(nèi)阻應(yīng)把兩電流表并聯(lián)，測電壓表內(nèi)阻應(yīng)把兩電壓表串聯(lián)，電路圖分別如圖10-14甲、乙所示。測電流表內(nèi)阻時，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R01，使兩電流表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)I1和I2，根據(jù)并聯(lián)電路分流原理，假設(shè)電流表A1的內(nèi)阻為r1，那么電流表A2的內(nèi)阻r2=。測電壓表內(nèi)阻時，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R02，使兩電壓表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)U1和U2，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理，假設(shè)電壓表V1的內(nèi)阻r1，那么電流表V2的內(nèi)阻r2=。以上例子中，甲圖采用限流電路而乙圖采用分壓電路，這是由于電流表內(nèi)阻都較小，假設(shè)采用分壓電路，那么滑

35、動變阻器的阻值必須更小，這時電路近似于短路，是不允許的；而電壓表內(nèi)阻都很大，假設(shè)采用限流電路，那么滑動變阻器的電阻必須更大，這在實際上行不通。5半值法半偏法。圖10-15半值法是上面比例法的一個特例，測電流表內(nèi)阻和測電壓表內(nèi)阻都可以用半值法，電路圖如圖10-15所示。甲圖實驗時先斷開開關(guān)S，閉合S，調(diào)整滑動變阻器R01限流法連接，使電流表A滿度即指針指滿刻度處；再閉合S，調(diào)整電阻箱R1，使電流表A的指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值R，那么電流表A的電阻rA=R。測量結(jié)果偏小乙圖實驗時先閉合開關(guān)S及S，調(diào)整滑動變阻器R02分壓法連接，使電壓表V滿度；再斷開S，調(diào)整電阻箱R2，使電壓表V

36、的指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值R，那么電壓表V的電阻rV=R。測量結(jié)果偏大左右.下表給出可供選擇器材.請畫出你所設(shè)計的實驗原理圖至少3種，并標(biāo)明所選器材的規(guī)格或代號.備注：另有導(dǎo)線假設(shè)干，各器材數(shù)目均只一個【審題】該題要求至少應(yīng)用3種設(shè)計方案，需要熟練掌握測電阻的原理和方法，列出所有的測電阻的根本方法，看題目中給出的儀器是否適合，靈活利用、變通，充分發(fā)揮題目中所給儀器的作用。【解析】圖10-16方案一：應(yīng)用伏-安法測電阻，見圖10-16.選R2，還是選R1，就是出于對實驗平安方面的考慮.R2與G表，可改裝成3V左右的電壓表；R1與G表，只能改裝成0.3V左右電壓表，這樣小的電壓表

37、既不能平安實驗，也不能進(jìn)行精確測量.電流表外接而不內(nèi)接，是出于對實驗結(jié)果精確程度的考慮.因為改裝后的電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于Rx，這樣測量系統(tǒng)誤差較小.選A1表，而不選A2表是出于精確讀數(shù)的考慮.A1、A2誠然都能滿足平安的要求，但小量程表讀數(shù)相對誤差要小得多，顯然這是精確原那么的應(yīng)用.圖10-17R3作為控制線路的主元件，其控制電壓方便與否，與R3、Rx值相對大小有關(guān).當(dāng)兩電阻相近時，為了線路簡單、經(jīng)濟，控制電路適宜用限流接法，這主要是出于實驗操作是否方便的考慮.方案二：應(yīng)用全電路歐姆定律測電阻.見圖10-17.原理：令Rx短路，調(diào)R1，測得I1后，由全電路歐姆定律得E=I1r+R1+0+RA接著去

38、掉短路線，可得I2，同理得E=I2r+R1+Rx+RA可求Rx.圖10-18 變化，對電流調(diào)整是有利的.圖2設(shè)計較圖1，主要是考慮了節(jié)省器材原那么，這也可以說是經(jīng)濟原那么的應(yīng)用.方案三：歐姆表原理測電阻，見圖10-18.原理：先讓ab短路，調(diào)R1使A1滿偏，此時內(nèi)阻為5.去掉短路線，接通S，測得I，那么依據(jù)歐姆表原理，RX值為E/I -5討論：用A1不用A2或G，主要是考慮了測量結(jié)果的精確問題.假設(shè)用A2改裝為歐姆表，其中值電阻為1；假設(shè)用G改裝為歐姆表，其中值電阻為10k，與待測電阻比擬，測量誤差太大.歐姆表特點是當(dāng)測量值在其中值電阻附近時，其讀數(shù)或測量結(jié)果比擬準(zhǔn)確.這是精確原那么的應(yīng)用.且

39、整個方案三操作上是很方便的.【總結(jié)】此題處理過程相對復(fù)雜，但只要遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就迎刃而解了，因此說，根底知識是關(guān)鍵，復(fù)雜題目只是根底知識的合成。5、高考實驗設(shè)計型命題的求解策略所謂設(shè)計性實驗，是指根據(jù)現(xiàn)行物理大綱要求，在學(xué)生掌握的根本實驗原理根底上，應(yīng)用根本測量儀器自行設(shè)計實驗方案的實驗，設(shè)計性實驗命題的考查內(nèi)容，涉及到對實驗原理的再認(rèn)識和加工，實驗方案確實定包括實驗器材的選擇和遷移運用，實驗步驟的安排 ，實驗數(shù)據(jù)的處理方法，誤差的分析及對實驗的總結(jié)和評價等.考生在應(yīng)試過程的缺陷通常表現(xiàn)在以下幾個方面：一方面：平時缺乏對實驗思想方法如模擬法，轉(zhuǎn)換法，放大法，比擬法，替代法

40、等進(jìn)行歸納，在全新的實驗情景下，找不到實驗設(shè)計的原理，無法設(shè)計合理可行的方案.另一方面：受思維定勢影響，缺乏對已掌握的實驗原理，儀器的使用進(jìn)行新情境下的遷移利用，缺乏創(chuàng)新意識. 實驗設(shè)計的根本方法1.明確目的，廣泛聯(lián)系題目要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規(guī)律，這是實驗的目的，是實驗設(shè)計的出發(fā)點.實驗?zāi)康拿鞔_后，應(yīng)用所學(xué)知識，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關(guān)，與哪些物理量有直接的聯(lián)系.對于測量型實驗，被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關(guān)系成立，才能到達(dá)驗證規(guī)律的目的；對于探索型實驗，在相應(yīng)的物

41、理現(xiàn)象中， 涉及哪些物理量這些都是應(yīng)首先分析的，以此來確定實驗的原理.2.選擇方案，簡便精確對于同一個實驗?zāi)康?，都可能存在多種實驗原理，進(jìn)而形成多種(可供選擇的)設(shè)計方案.一般說來，依據(jù)不同的實驗原理選擇不同的實驗方案主要遵循四條原那么： (1)科學(xué)性：設(shè)計的方案有科學(xué)的依據(jù)和正確的方式，符合物理學(xué)的根本原理. (2)可行性：按設(shè)計方案實施時，應(yīng)平安可靠不會對人身、器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，且成功率高.(3)精確性：在選擇方案時，應(yīng)對各種可能的方案進(jìn)行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的方案.(4)簡便、直觀性：設(shè)計方案應(yīng)便于實驗操作，讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，便于實驗者直觀、明顯

42、地觀察.3.依據(jù)方案，選定器材實驗方案選定后，考慮該方案需要哪些裝置，被測定量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，分別需用什么儀器來測定，以此來確定實驗所用器材.4.擬定步驟，合理有序?qū)嶒炛?，要做到心中有?shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應(yīng)以正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟.5.數(shù)據(jù)處理，誤差分析常用的數(shù)據(jù)處理方法(如：平均法、圖象法、描跡法、比擬法等)和誤差分析方法(如絕對誤差、相對誤差等)是應(yīng)該掌握的，在設(shè)計實驗時也應(yīng)予以考慮.例9：一電阻額定功率為0.01 W，阻值不詳.用歐姆表粗測其阻值約為40 k.現(xiàn)有以下儀表元件，試設(shè)計適當(dāng)?shù)碾娐?，選擇適宜的元件，較精確地測

43、定其阻值.電流表，量程0300 A，內(nèi)阻150 ；電流表，量程01000 A，內(nèi)阻45 ；電壓表，量程03 V，內(nèi)阻6 k；圖10-19電壓表，量程015 V，內(nèi)阻30 k；電壓表，量程050 V，內(nèi)阻100 k；干電池兩節(jié)，每節(jié)電動勢為1.5 V；直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓6 V，額定電流3 A；直流電源，輸出電壓24 V，額定電流0.5 A；直流電源，輸出電壓100 V，額定電流0.1 A；滑動變阻器，050 ，3 W； eq oac(,11)滑動變阻器，02 k，1 W； eq oac(,12)電鍵一只，連接導(dǎo)線足量.【審題】考查綜合分析能力、推理能力及實驗設(shè)計的創(chuàng)新能力，審題過程見解析?！?/p>

44、解析】由于現(xiàn)有器材中有電流表和電壓表，故初步確定用伏安法測定此電阻的阻值.又因待測電阻為一大電阻，其估計阻值比現(xiàn)有電壓表的內(nèi)阻大或相近，故應(yīng)該采用電流表內(nèi)接法.由于現(xiàn)有滑動變阻器最大阻值比待測電阻小得多，因此，假設(shè)用滑動變阻器調(diào)節(jié)待測電阻的電流和電壓，只能采用分壓接法，如圖10-19否那么變阻器不能實現(xiàn)靈敏調(diào)節(jié).為了確定各儀表、元件的量程和規(guī)格，首先對待測電阻的額定電壓和電流作出估算：最大電流為ImA5104 A500A；最大電壓Um20 V.由于實驗中的電流和電壓可以小于而不能超過待測電阻的額定電流和額定電壓，現(xiàn)有兩個電流表內(nèi)阻相近，由內(nèi)阻所引起的系統(tǒng)誤差相近，而量程01000 A接入電路時

45、，只能在指針半偏轉(zhuǎn)以下讀數(shù)，引起的偶然誤差較大，應(yīng)選用量程為0300 的電流表.這樣選用電流表后，待測電阻上的最大實際電壓約為310440103 V12 V，故應(yīng)選用量程為15 V的電壓表，由于在如下圖的電路中，要實現(xiàn)變阻器在較大范圍內(nèi)靈敏調(diào)節(jié)，電源電壓應(yīng)比待測電阻的最大實際電壓高，故電源應(yīng)選輸出電壓為24 V一種其額定電流也遠(yuǎn)大于電路中的最大實際電流，故可用.關(guān)于變阻器的選擇，由于采用分壓接法，全部電源電壓加在變阻器上.假設(shè)是把050 50 W，遠(yuǎn)大于其額定功率；而02 k A.故應(yīng)選02 k的變阻器.【總結(jié)】此題處理過程相對復(fù)雜，但只要按照“儀器選擇-測量電路選擇-控制電路選擇這樣的順序逐

46、個突破，將復(fù)雜的過程逐一分解，遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就迎刃而解了，因此說，根底知識是關(guān)鍵，復(fù)雜題目只是根底知識的合成。實驗設(shè)計的根本思路明確目的選擇方案選定器材擬定步驟數(shù)據(jù)處理誤差分析 附：對電學(xué)實驗中幾個點的強調(diào)說明：一、關(guān)于多用電表1.使用多用表時要注意什么?(1)使用多用表的電壓、電流擋.使用多用表測量電壓、電流的方法，與單獨使用電壓表、電流表的方法根本上是一樣的，只不過在使用多用表前要根據(jù)待測量的情況(是電流還是電壓?是交流還是直流?)調(diào)整好選擇開關(guān)，并調(diào)整到適宜的量程上，其他如正負(fù)接線柱的選用，串聯(lián)還是并聯(lián)到電路中去等，就和單獨使用電壓表、電流表時沒什么兩樣了.(2)使

47、用多用表的歐姆擋.機械調(diào)零:使用前先查看指針是否指在左端電阻為無窮大的位置，如不是，那么要用螺釘旋具慢慢地調(diào)節(jié)定位螺釘使指針正確定位.量程選擇:扳動選擇開關(guān)到適宜的量程上，盡可能使正式測量時指針停留在中間位置附近，也就是要盡可能利用中這一范圍內(nèi)，以減少測量誤差.歐姆調(diào)零:短接兩表筆，調(diào)整歐姆檔的調(diào)零旋鈕，使指針指在零歐姆處，注意每改變一次量程，就要重新調(diào)零一次.數(shù)據(jù)讀取:數(shù)據(jù)讀取時，一要注意到歐姆刻度不是均勻的，不然估讀會不正確；二要注意讀得的數(shù)據(jù)還應(yīng)乘以量程的倍率；三是測量電路中的某一電阻阻值時，應(yīng)該先把電源切斷，再把待測電阻和其他元件斷開，之后再行測量；四是要注意手不要碰到表筆的金屬桿，以

48、免人體電阻與待測電阻并聯(lián)造成誤差.結(jié)束工作:測量完畢后，一定要把選擇開關(guān)切換到交流高壓擋或切換到OFF擋上，以防止漏電或誤操作.2.歐姆表上的刻度為什么是不均勻的?刻度時有什么規(guī)律嗎?對于磁電式的電流計，其指針偏轉(zhuǎn)的角度和電流成正比，改裝成電流表或電壓表時，表盤刻度是均勻的；但用磁電式電流計做歐姆表的表頭后，由歐姆表內(nèi)部電路構(gòu)造及全電路歐姆定律可知，當(dāng)兩表短接和接上待測電阻Rx后，分別有由式可知，待測電阻Rx與通過表頭的電流Ix不成線性關(guān)系，這就是造成表盤刻度不均勻的原因.那么，怎樣對歐姆表的表盤進(jìn)行刻度呢?設(shè)指針偏轉(zhuǎn)滿刻度的(mn)時，指針?biāo)傅碾娮柚禐镽x，那么應(yīng)有把式代人式，整理，得，式便是把表盤改為歐姆刻度的依據(jù)了.這里順便指出，當(dāng)RxR