PAGE電學實驗A．電學實驗儀器的使用教學目標1．使學生掌握常用的電學儀器的使用常規．2．使學生掌握常用的電學儀器的讀數方法．3．培養學生實事求是的科學態度．教學重點、難點分析1．教學重點：儀器的讀數方法．2．教學難點：有效數字的運用．教學過程設計教師活動一、電學實驗儀器的使用常規在中學電學實驗中，常用的測量儀器是電壓表、電流表、靈敏電流計、多用表等．使用它們時一般要先做到：清楚儀器的量程，清楚儀器的最小分度，清楚儀器的讀數方法，檢查并調整零點．1．清楚儀器的量程提問：根據你的經驗、知識或猜測，電學實驗中哪些儀器容易損壞？學生活動討論回答根據我的經驗：在“伏安法測干電池的電動勢和內電阻”實驗中，如果采用用分壓電路，那么容易出現：電流表將電源短路的錯誤接法，這時電流表容易被損壞．在“等勢線的描繪”實驗中靈敏電流計容易損壞．相比之下，內阻較大的電壓表不容易損壞．提問：我們常用的電流表、電壓表的量程分別是多大？回答我們常用的電流表有0～0.6A和0～3A兩擋量程，我們常用的電壓表有0～3V和0～15V兩擋量程．測量前，要搞清待測的電流、電壓的大致范圍，保證測量時不超出儀器的量程，也要注意接線正確，保證指針不反偏，這樣才可以使儀器安全工作不致損壞．提問：為保證儀表的安全，常在閉合開關時使用“躍接法”．什么是“躍接法”？回答2．清楚儀器的最小分度提問：請查看一下，我們用的電壓表、電流表的最小分度是多大？觀察討論回答我們用的電流表0～0.6A擋的最小分度是0.02A，0～3A擋的最小分度是0.1A．我們用的電壓表0～3V擋的最小分度是0.1V，0～15V擋的最小分度是0.5V．3．清楚儀器的讀數方法我們用的指針式電壓表和電流表精度一般不是很高．讀數時，儀表指針與刻度盤不在同一平面內，視線偏斜會造成讀數誤差．同時，儀表的刻度分格又比較小，所以，讀數時可估讀到1/2～1/5最小分度．例如電流表0～0.6A擋，最小分度為0.02A，其1/2為0.01A，并沒有估讀到下一位．如果要估讀得精細些，也可以估讀到最小分度的1/4，即0.005A．提問：請讀出圖示電壓表、電流表的示數（圖1-13-1）．討論回答圖中電壓表0～3V擋讀數為2.25V，0～15V擋讀數為11.2V或11.3V．電流表0～0.6A擋讀數為0.35A，0～3A擋讀數為1.75A．需要說明的是，在“伏安法測干電池的電動勢和內電阻”實驗中，干電池的內電阻一般不到1Ω，當電流從0變化到0.5A時．干電池輸出電壓的變化量不到0.5V，甚至僅略大于0.1V，而我們用的電壓表0～3V擋，其最小分度為0.1V．我們在讀數時，要精細地估讀到最小分度的1/5（0.02V）或1/10（即0.01V）．這樣用圖線法處理數據后得出的結果誤差才較小．提問：請問，你能從1.5V和1.50V這兩種寫法上看出什么相關結論？討論回答●關于用有效數字表示測量結果測量結果是1.5V，表示測量時儀器的估讀位在0.1V位，測量結果是1.50V，表示測量時儀器的估讀位在0.01V位．我們用有效數字的末位表示測量結果的誤差所在位．關于有效數字我們做幾點說明：（1）有效數字位數與所選單位無關．例如：1.23cm、12.3mm、0.0123m都是三位有效數字．（2）有效數字末位的“0”表示誤差所在位，不能隨意取舍．（3）要會用科學記數法表示有效數字．例如：光速3.00×108m/s是三位有效數字．（4）物理公式中的常數、指數等非測量值，都是準確值，可認為有效數字位數是無限大．例如：S=πr2中的π和指數2都是常數．[學生實驗]請分別用電壓表的0～3V擋和0～15V擋測出舊干電池的電壓．（教師注意檢查、指導學生用有效數字表示測量結果，并和學生討論測量中出現的“異常”結果．如：舊電池的輸出電壓低于電動勢等．）實驗回答4．檢查并調整機械零點提問：哪些同學在測干電池的電壓前檢查了電壓表的零點？回答使用儀器前，一定要檢查零點．這樣才能得到正確的測量結果．我們用的指針式電表上都有調零螺絲，用螺絲刀可以調整指針的機械零點．提問：請指出電壓表、電流表、靈敏電流計、多用表的機械調零螺絲．回答5．對某些儀器（如多用表歐姆擋）進行電調零對多用表的歐姆擋，除了檢查和調整指針的機械零點外，在測量電阻前還要進行“電調零”．所謂“電調零”，是指將兩表筆相接觸，調整調零電位器旋鈕，從而使指針指示零歐姆的調零過程．[學生實驗]請實踐一下多用表的歐姆擋的電調零．實驗二、用多用表歐姆擋測電阻觀察歐姆擋的表盤刻度可以發現，它包括了0～∞的所有值．但是歐姆擋在0和∞兩處附近誤差都很大．即指針偏轉過大或過小，誤差都很大．一般歐姆擋刻度全長的10％～90％之間的刻度為有效工作刻度．用多用表歐姆擋測電阻一般的測量步驟是：提問：請問，現在大家手中的多用表歐姆×1擋的中心刻度是多大？回答在實際測量時，讀數在0.1R中到10R中范圍內的測量值都是有效的．例如R中=20Ω，則在2Ω～200Ω范圍內的測量值都是有效的．提問：請問，現在大家手中的多用表歐姆×10擋的有效測量范圍是多大？回答例如R中=20×10Ω，則在20Ω～2000Ω范圍內的測量值都是有效的．[學生實驗]請用多用表歐姆擋測量一個2kΩ左右的色環電阻的阻值．將結果與色環標稱值進行比較．實驗回答三、靈敏電流計的使用靈敏電流計的零點在表盤中央．在等勢線的描繪實驗中，用靈敏電流計來尋找等勢點，是用靈敏電流計作為示零儀表使用．有的靈敏電流計有兩個靈敏度不同的接法．如圖3-13-2所示．用G0時靈敏度高，靈敏電流計容易受損．為保護靈敏電流計，可先用靈敏度低的G1，當需要精確測定時，再改用G0．[演示]教師演示：用靈敏電流計找等勢點．同步練習某人用多用表按照正確步驟測量一電阻阻值，指針指示結果如圖3-13-3，則此電阻值是______；如果要用此表測量一個阻值約為200Ω的電阻，為了測量比較精確，應選擇的歐姆擋是______．參考答案1.20×103Ω×10擋B．實驗數據的處理教學目標1．使學生掌握有效數字運算的一般方法．2．使學生掌握圖線法處理數據的規范和方法．3．培養學生耐心細致的意志品質．教學重點、難點分析1．教學重點：圖線法處理具體數據．2．教學難點：圖線法處理具體數據．教學過程設計教師活動一、有效數字的運算規則在處理實驗數據時，要將測量結果代入公式進行計算．計算時應該取幾位有效數字呢？如果進行加減運算，那么我們要找出數據中誤差所在的最高位，運算的最后結果與這位對齊．例如：123.4m+56.78m=180.18m=180.2m如果進行乘除運算，那么我們要找出數據中有效數字位數最少的數據，運算的最后結果有效數字位數和它一樣多即可．例如：0.20A×150Ω=3.0×102V二、公式法處理數據提問：在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz．查得當地的重力加速度g=9.8m/s2．測得所用重物的質量為1.00kg．實驗中得到一條點跡清晰的紙帶（如圖3-13-4）．把第一個點記作0，另選連續的4個點A、B、C、D作為測量的點．經測量知道A、B、C、D各點到0點的距離分別為62.99cm70.18cm77.76cm85.73cm學生活動討論回答根據以上數據，可知重物由0點運動到C點，重力勢能的減少量等于多大？動能的增加量等于多大？（結果取3位有效數字）（重物重力勢能減少了7.62J，動能增加了7.56J）三、圖線法處理數據1．用圖線法求待測量提問：在做測電源電動勢和內電阻的實驗中，測得的數據如下表，請在坐標紙上，用作圖法求出電源電動勢和內電阻．討論作圖我們知道，電源的電動勢與輸出電壓U、電源內電阻r之間的關系式是U=-Ir即U=-rI+它是數學中所講的一次函數y=kx+b我們在U-I坐標系中作出如下圖線（圖3-13-5）．從公式中可以看出，這個圖線的縱截距即我們要求的電源電勢的值，這個圖線斜率的絕對值即我們要求的電源內電阻的值．2．作圖規范（1）原點的選取：從上圖中我們可以看到，因為實驗數據僅分布在1V以上的區域中，所以為了減小作圖誤差，縱軸坐標原點是1V．這樣并不影響我們求解電動勢和內電阻．（2）最小分度：作圖時要適當選取最小分度，保證測量時的準確值，作圖時必須是準確值．測量時的估計值，作圖時才可以是估計值．（3）用圖線取平均：將數據描點之后，連線可以起到取平均值的作用．在已知規律的情況下，對個別明顯偏離圖線的數據點，應當舍去不用．3．“化曲為直”驗證規律在驗證牛頓第二定律的實驗中，我們要驗證物體的加速度跟物體的質量成反比．如果直接作出a-m圖線，理論上，它將是雙曲線的一支．我們在作圖后，較難判斷作圖結果是否接近理論值．所以在實驗數據處理得到過原點的直線．這樣就容易將測量的結果和理論值進行比較．4．“化曲為直”求待測量提問：在LC振蕩電路中，如已知電容C，并測得電路的固有振蕩周期T，即可求得電感L．為提高測量精度，需要多次改變C值并測得相應的T值．現將測得的六組數據標示在以C為橫坐標、T2為縱坐標的坐標紙上，如下圖（3-13-6）．請問用圖線法求L的值是多大？作圖回答（L值是0.0351H～0.0398H）同步練習用單擺實驗測得如下數據，請作出l-T2圖線，并由圖線求出當地的重力加速度．參考答案9.80m/s2（提示：作圖原點可取l=60.0cm，T2=2.40s2）C．電學實驗器材和電路的選擇教學目標1．使學生掌握選擇器材和電路的一般原則．2．使學生掌握選擇電壓表、電流表、滑動變阻器的方法．3．使學生會選擇電流表內外接法．4．使學生會選用分壓電路和制流電路．5．培養學生實事求是的科學態度．教學重點、難點分析1．教學重點：電流表內外接法的選擇方法；分壓、制流電路的選擇方法．2．教學難點：分壓電路的連接．教學過程設計教師活動一、選擇器材和電路的一般原則在中學電學實驗中，選擇器材和電路的原則是：1．安全性原則．2．精確性原則．3．簡便性原則．學生活動討論回答安全性原則是指實驗中要保證電流、電壓值既不超過儀表的量程，又不能超過變阻器、小燈泡、電阻箱等器材所允許的最大值．精確性原則是指在不違反安全性原則的前提下，盡量使測量結果更精確．簡便性原則是指在不違反前兩個原則的前提下，盡量使測量電路簡單好接，測量中的調節控制操作方便．二、器材的選擇下面我們用一個例題來說明如何選擇器材．有一個電阻Rx，其阻值大約是10Ω，請選擇適當的器材，以便測量其阻值．可供選擇的電路如圖3-13-7．可供選擇的器材是：電動勢4.5V、內阻不計的電源E量程為5V、內阻10kΩ的電壓表V1量程為3V、內阻6kΩ的電壓表V2量程為300mA、內阻4Ω的電流表A1量程為500mA、內阻2Ω的電流表A2最大阻值20Ω、額定電流1.5A的滑動變阻器R1最大阻值500Ω、額定電流0.5A的滑動變阻器R2開關和若干根導線．提問：請問應選擇哪些器材，以便測量待測電阻的值？討論回答1．電壓表、電流表的選擇因為電源的電動勢是4.5V，根據安全性原則，我們不選量程僅3V的電壓表V2，而要選擇量程5V的電壓表V1．同時，因待測電阻兩端的電壓最大值是4.5V，所以用電壓表V1測量時，可有很多數據超過電壓表的半量程．這樣結果較為精確，也符合精確性原則．則和精確性原則的電流表A2．2．滑動變阻器的選擇因為測量時，最大電流為Im=0.45A，沒有超過兩個滑動變阻器的額定電流，根據安全性原則，兩個滑動變阻器都可以選用．如果選用變阻器R1，其值大約是待測電阻值的兩倍，可以使待測電阻上的電壓從1.5V變化到4.5V，范圍足夠大．如果選用變阻器R2，可以使待測電阻上的電壓變化范圍更大．它們都符合精確性原則．但是變阻器R2的阻值是待測電阻的50倍，在實際操作過程中，用它調節電流跳躍性大，遠不如變阻器R1好操作．按照簡便性原則，我們選用變阻器R1．三、電路的選擇1．電流表內外接法的選擇當用電流表外接法（如圖甲）時，電流表測量結果將比待測電阻中的電流大．當用電流表內接法（如圖乙）時，電壓表測量結果將比待測電阻兩端的電壓大．我們所選用的電壓表，其內阻是待測電阻的1000倍，而所選的電流表內阻是待測電阻的0.2倍．所以，用電流表外接法（如圖甲）時誤差小．提問：在實際實驗操作時，可能不知道儀表的內阻．這時我們可以按照圖3-13-8接好電路后，將電壓表右端分別與a點和b點相連．如果電壓表示數變化比電流表明顯，那么我們就將電壓表接在a點進行測量．反之，如果電壓表示數變化不如電流表明顯，那么我們就將電壓表接在b點進行測量．這是為什么？討論回答2．分壓電路和制流電路的選擇提問：如果只給滑動變阻器R1，而待測電阻值約為100Ω，在分壓電路和制流電路中，我們應選擇什么樣的電路進行實驗？討論回答分壓電路可以使待測電阻上的電壓從最大值調到零，制流電路卻不可以．分壓電路連線復雜，制流電路連線簡單．分壓電路消耗的額外功率大，制流電路消耗的額外功率小．我們可根據這兩種電路的特點，按照實