高三物理第二轮复习教案 实验专题电学第 1 页 共 21 页电电磁学磁学实验实验教学目标 1通过对实验的复习，做到对电磁学中的学生实验明确实验目的，掌握实验原理，学会实验操作，正 确处理实验数据。 2进一步学习用实验处理问题的方法，体会实验在物理学中的重要地位。 3掌握实验操作方法，培养动手操作的能力。 4通过对电磁学中学生实验的比较，知道所涉及到实验的类型。 5在掌握课本上所给学生实验的基础上，灵活应用所学知识解决其它问题。 教学重点、难点分析 1理解实验的设计思想，不但要知道怎样做实验，更应该知道为什么这样做实验。 2掌握正确的实验操作，是完成实验的最基本要求，对学生来说也是难度较大的内容，一定要让学生 亲自动手完成实验。 3处理数据时，要有误差分析思想，要能够定性地分析在实验中影响实验误差的条件。 教学过程 在电磁学中一共有八个实验知识点是高考中要求的实验，在做实验复习时，要明确实验目的，掌握实 验原理，理解地记住实验步骤，处理好实验数据。在实验复习中，实验操作是必不可少的。按照考试大纲 中的顺序，我们一起来复习电磁学中所涉及的实验。实验实验 10 用描迹法画出用描迹法画出电场电场中平面上的等中平面上的等势线势线 一、实验条例与点拨 【实验目的实验目的】 学会用描迹法画出电场中平面上的等势线；验证电场中各点的电势是顺着电场线方向逐渐降低的；理 解对等势线和电场线相互垂直，等势线不会相交等性质。 【实验器材实验器材】白纸一张复写纸一张导电纸一张图钉 4 枚平木板一块和圆柱电极一对直 流电源（电压约为 6 伏）和电键一个、导线若干灵敏电流计和探针两支直尺（或三角板） 点拨 1导电纸的电阻率应远大于金属电极的电阻率才能使电极本身成为等势体；导电涂层要均匀， 纸上导电性能才能一致，否则会使测绘出的等势线产生畸变。 点拨 2对圆柱电极应一样大，直径为 1 厘米。【实验原理实验原理】 用导电纸中的稳恒电流场模拟真空中的静电场。 点拨本实验是用两个带圆形电极模拟两等量异种点电荷在平面内的电场。 直接描绘静电场中的等势线是比较困难的。但由于恒定电流场遵从的规律在形式上和静电场相似，所 以可以用来模拟静电场。 我们可用导电纸上形成的恒定电流场来模拟静电场，当在电流场中与导电纸接触的两探针尖端电势 差为零时，与探针相连的电流计中通过的电流强度为零，从而可利用灵敏电流计和探针找出电场中的等势 点，并依据等势点进行等势线的描绘。 本实验是模拟实验。我们知道，带电体在它的周围空间产生电场，静电场中场强的分布情况，可用电 场线形象地表示出来。而电场线和等势面是相垂直的，通过实验测绘出电场的等势面（线），利用电场线和 它正交的关系，可以描绘出电场线，得到电场分布的形象描述。 实际测绘静电场的等势面（线）是相当困难的，因为通常用的测量仪表大都是磁电式的，有电流才会有 反应，静电场不会有电流，因此无法测量。 实验中通常是用电流场来描述静电场。从电磁学理论知道，这两种场所遵守的规律，形式上相似。利 用其相似性，可以通过对容易测量的电流场的研究来代替不易测量的静电场的研究。 具体的做法是将和静电场中带电体相同形状的电极，按带电导体的分布位置放在均匀的导电物质中， 导电物质应是导电率不大的不良导体（导电纸）。在电极上加上一定电压以后，导电物质中将形成稳定的电高三物理第二轮复习教案 实验专题电学- 2 -流场。这个电流场中的电位分布情况和对应的静电场中电势分布情况是一样的。电流场中电位可以用金属 探针和灵敏电流计测出。【实验步骤实验步骤】 1定性描绘平面上的等势线 （1）在平板上依次铺上白纸、复写纸、导电纸，导电层向上，用图钉把白纸、复写纸和导电纸一起 固定在板上。 （2）用直尺在导电纸中央画一条长为10厘米的线段，在线段两端固定 压紧直径为1厘米的圆形电极，将这两电极分别接在6伏直流电源上，如图所 示。 点拨两电极间为什么要相距 810 厘米远呢？由实验原理得知，实 验时需两极间有一定的电阻，而导电纸的电阻率是有限定值，纸的面积一定， 若两电极间距离太小，极间电阻趋于零，或小于灵敏电流计内阻，当灵敏电 流计两个探针接触时就相当短接了有一定电阻的电流计，造成后果可能出现灵敏电流计指针不偏转（或 偏转很小）而误认为等势，或者出现因等势线太密而看不出规律。 （3）用等分线段法在两电极连线上选取间距相等的5个点作为基准点，并用探针把所选的点复印在 底层的白纸上。 点拨选5个基准点主要是为了描绘对称的清晰等势线，就3、5、7个基准点而言，5个最适宜， 既能发现规律又省时间，值得注意的是，基准点的间距相等，相邻两条等势线的电势差不等，匀强电场 例外。 （4）从灵敏电流计的两个接柱引起两个探针分别与导电纸上任意两个相邻的 基准点接触，观察指针偏转情况，比较各点的电势高低，找出电势的变化规律。 （5）用探针I与某基准点E接触，如图所示，另一探针II在距基准点E约1厘米 处选一点，将探针II左右移动，可发现与这一点接触时电流计的指针不偏转，即此 点与基点等势，用同样的方法探测出关于基点对称的另外3个等势点，即每个基准 点的等势点共57个。 点拨探测点不要靠近导电纸边缘，否则等势线畸变。 （6）取出白纸，根据 5 组等势点画出 5 条平滑曲线即为等势线，如图。 点拨根据实验中所描绘的图，问C点的电势是正还是负？不少同学认为需要定量计算才能确定， 其实不然，只要抓住两等量异号电荷连线的中垂线PQ这条等势线上各点电势为零的特点，得知 Ua=Ub=0，UcRA用内接法；当 RxR0取分压式电路， 实验前，负载电压为零，即 R0应取最小值。 概括上述内容，伏安法实验电路就是根据方框图思考，依据相互制约的 条件选出的器材和所选的电路去画电路图，去给实物仪器连线，无论是画图 还是接线，都应先干路，后支路才有条不紊。 （二）测量数据的有效数字。 1毫米刻度尺测量数据的有效数字的末位，应在毫米的十分位，无估读时在十分位上补 0。 2千分尺测量数据的有效数字的末位在毫米的千分位，无估读时在千分位补“0”，估读位在千分位， 精确到百分位。 3安培表、伏特表均有两个量程，其测量值的有效数字依量程及精度而定，但是可以概括如下原则： 凡最小分度值是一个单位的，有效数字的末位都在精度的下一位，即需要估读，若无估读，则在精度的 下一位补“0”； 甲图若用 03 安量程，其精度为 0.1 安，图示值为 1.40 安，这数字后面的“0”是补的；如 乙图若用 03 伏量程，其精度为 0.1 伏，图示值为 1.30 伏，这数字后面“0”也是补的。 凡最小分度值是 2 或 5 个单位的，有效数字的末位就是 精度的同一位（含估读数），若无估读不需补“0”。图甲若用 00.6 安量程，其精度为 0.02 安，说明测量时只能准确到 0.02 安，不可能准确到 0.01 安，因此误差出现在安培的百分 位（0.01 安），读数只能读到安培的百分位，以估读最小分 度半小格为宜，当指针指在小于半小格位置则舍去，指针正高三物理第二轮复习教案 实验专题电学- 8 -对半小格则取为 0.01 安，指针超过半小格时则算一小格即 0.02 安，图甲指针若向右再恰偏半小格，则示 值为 0.29 安。若指针向右偏转大于半小格，则示值为 0.50 安；如乙图若用 015 伏量程，图示值为 6.5 伏，而不是 6.50 伏；乙图指针若再向右偏转不到 1 格（含小于、等于、大于半格情况），若小于半小格 则舍去，读数仍为 6.5 伏，若指针恰指半小格，可估读为 6.8 伏，若大于半小格，则估读为 7.0 伏。 其电阻率的最终结果的有效数字位数应保留 34 位反映测量数据的准确度。 二、实验条例与点拨 【实验目的实验目的】学会用伏安法测量电阻的阻值，测定金属的电阻率；练习使用螺旋测微器。 【实验原理实验原理】用刻度尺测一段金属导线的长度L，用螺旋测微器测导线的直径d，计算出导线的横截 面积S，用伏安法测导线的电阻R；根据电阻定律，金属的电阻率=RS/L=d2R/4L。 【实验器材实验器材】金属丝螺旋测微器安培表伏特表直流电源滑动变阻器电键一个导线 若干米尺 点拨被测金属丝要选用电阻率大的材料，如铁铬铝合金、镍铬合金等或 300 瓦电炉丝经细心理 直后代用，直径 0.4 毫米左右，电阻 510 欧之间为宜，在此前提下，电源选 3 伏直流电源，安培表选 0 0.6 安量程，伏特表选 0 3 伏档，滑动变阻器选 0 20 欧。 【实验步骤实验步骤】 1用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的 横截面积S=D2/4。 2将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路中的被测 金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值L。 3按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路，把滑动变阻器的 滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。 点拨为避免接线交叉和正负极性接错，接线顺序应遵循：电源正极电键 （断开状态）滑动变阻器用电器安培表正极安培表负极电源负极，最后将 伏特表并接在待测电路的两端，即先接干路，后接支路。 4电路经检查确认无误后，闭合电键S。改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、 电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。 点拨测量时通过金属丝的电流应控制在 1.00A 以下，本实验由于安培表量程 00.60A，每次通 电时间应尽量短（以能读取电表数据为准），读数完毕立即断开电键 S，防止温度升高使金属丝长度和 电阻率发生明显变化。 计算时，务必算出每次的电阻值再求平均值，不能先分别求电压 U 和电流 I 的平均值，再由欧姆定 律得平均值，否则会带来较大计算误差。5将测得的R、L、d值，代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率。lIUd lRS 426拆去实验线路，整理好实验器材。 【实验记录实验记录】测量次数123平均值导线长 /ml导线直径/md 导线的横截面积 S= （公式）= （代入数据）= m2测量次数123电阻平均值电压 U/V电流 I/A电阻 R/所测金属的电阻率 = （公式）= （代入数据）= m 【实验结论实验结论】由实验表中数据计算得出，待测金属丝的电阻率平均值。 【注意事项注意事项】 1测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表高三物理第二轮复习教案 实验专题电学第 9 页 共 21 页两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。 2本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。 3实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器 连成主干线路（闭合电路） ，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 4闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。 5在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用00.6A量程）