电学实验(高三)

麒麟工作室（高三物理辅导） 电学实验电学实验专题一、伏安法测电阻的原理：RX=UX IX .1. 电流表内接法 电路图 测量值与真实值比较U测 U真I测 I真误差来源：所以R测= R真思考：在什么条件下给电路的误差较小？所以：使用条件:2. 电流表外接法 电路图 测量值与真实值比较U测 U真I测 I真误差来源：所以R测= R真思考：在什么条件下给电路的误差较小？所以：使用条件:3.确定内接法还是外接法，有三种方法：A直接比较法：当Rx RA时用内接法，当Rx Rv时用外接法B临界值计算法： 当时，用电流表 接法；当时，用电流表 接法C测试判断法：当Rx，RA，Rv大约值都不清楚时用此法如图所示，将单刀双掷开关S分别接触a点和b点，若看到电流表读数变化较大，说明 影响较大，应该选用 接法；若看到电压表读数变化较大，说明 影响较大，应该选用 接法总的来说待测电阻较小，选择 接法；待测电阻较大，选择 接法。【例1】用内阻为3000的电压表和内阻为10的电流表测电阻，在图甲、乙两种情况下，电压表的示数都是60V，电流表的示数都是0.2A，则R1的测量值为 ，真实值是 ，R2的测量值为 ，真实值是 。练习1、用伏安法测电阻，采用电流表内接法和外接法，测得某电阻Rx的阻值分别为 R1 和R2 ，则所测的测量值和真实值Rx之间的关系是 （ ） AR1 RxR2 BR1 RxR2 CR1R2Rx DR1R2Rx二、滑动变阻器的使用C D A B 1、串联限流电路 2、并联分压电路两种接法均可起到调压，限流作用，但调节范围不同，功率损耗也不同 设测量电路的电阻为RX，试计算待测电路的电流值，电压值在两个电路中的范围（电源电动势为E，内阻忽略）限流：分压：通过上述分析，请判断下列情况选分压还是限流？负载电阻的阻值Rx远大于变阻器的总电阻R；要求负载上电压或电流变化范围较大，且从零开始连续可调；若用限流接法时电流，电压最小值超过电表量程。负载电阻的阻值Rx小于变阻器总电阻R或相差不多，且电压电流变化不要求从零调起时；两种电路均可使用的情况下，应优先采用 式接法，因为 接法总功率较小3、关于滑动电阻器的选择：分压时选阻值较 的；限流时选阻值较 的。4、关于滑动变阻器在闭合开关前p的位置分压打到最 值；限流打到最 值。三、仪器的选择一般应考虑三方面因素：安全因素，误差因素，如选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差；电压表、电流表在使用时，要用尽可能使指针接近满刻度的中间量程，其指针应偏转到满刻度的1/32/3之间；便于操作，滑动变阻器调节时应用到大部分电阻线，否则不便于操作【例2】用伏安法测量某一电阻Rx阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值约5 ，额定功率为1 W）；电流表A1（量程00.6 A，内阻0.2 ）；电流表A2（量程03 A，内阻0.05 ）；电压表V1（量程03 V，内阻3 k）；电压表V2（量程015 V，内阻15 k）；滑动变阻器R0（050 ），蓄电池（电动势为6 V）、开关、导线.为了较准确测量Rx阻值，电压表、电流表应选_，并画出实验电路图.电流表选择电压表选择内接，外接限流，分压U/VI/A0.40.81.21.62.02.42.80 0.1 0.2 0.30.40.5图a练习2、有一个电阻Rx，其阻值大约是25 k ，可供选择的器材是：电流表A1 (0-100A, 2 k)电流表A2 (0-500A, 300)电压表V1 (0-10V, 100 k）电压表V2 (0-50V, 500 k）直流稳压电源 E （15V，1A）滑动变阻器 R (1k, 1W)请选择好仪器，并画出电路图四、描绘小灯泡的伏安特性曲线 本实验，因为小灯泡电阻较小，一般选用外接法；又因为描绘图像要较多组数据，滑动变阻器一般选用分压接法。【例3】 为了研究一个“2.5V，0.1W”的小灯泡的伏安特性，现有蓄电池一组，电键一个，导线若干，其他可供选择的器材如下：A量程为 0-3A，内阻为0.025的电流表；B量程为 00.6A，内阻为0.2的电流表；C量程为 0l00mA，内阻为5 的电流表；D量程为 03V，内阻为 10K 的电压表；E量程为 015V，内阻为50k 的电压表；F05 的滑动变阻器，额定电流为1A。（1）要正确地完成这个实验，电流表应选 ，电压表应选 (填代号)。（2）画出电路原理图：练习3、某同学通过实验研究小灯泡的电流与电压的关系可用的器材如下：电源（电动势3V，内阻1）、电键、滑动变阻器（最大阻值20）、电压表、电流表、小灯泡、导线若干（1）实验中移动滑动变阻器滑片，得到了小灯泡的U-I图象如图a所示，则可知小灯泡的电阻随电压增大而 （填“增大”、“减小”或“不变”）ABC+ 图b（2）根据图a，在图b中把缺少的导线补全，连接成实验的电路（其中电流表和电压表分别测量小灯泡的电流和电压）。（3）若某次连接时，把AB间的导线误接在AC之间，合上电键，任意移动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，则此时的电路中，小灯泡可能获得的最小功率是 W。（电压表和电流表均视为理想电表）五、测量金属电阻率实验电路图：说明：1.被测电阻丝的电阻较小，所以选用电流表外接法；2、本实验不要求电压调节范围，可选用限流电路.（除一些特殊情况外或具体情况具体分析）3、开始时滑动变阻器的滑动触头应该在接入电路电阻最大的一端.4、本实验通过的电流不宜太大，通电时间不能太长，以免电阻丝发热后电阻率发生明显变化.5、实验原理= 【例4】在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图5所示，用米尺测量金属丝的长度。金属丝的电阻大约为4。先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。（1）从图5中读出金属丝的直径为_。（2）在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测的电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：直流电源：电动势约4.5V，内阻很小；电流表A1：量程00.6A，内阻0.125；电流表A2：量程03.0A，内阻0.025；电压表V：量程03V，内阻3k；滑动变阻器R1：最大阻值10；滑动变阻器R2：最大阻值50；开关、导线等。在可供选择的器材中，应该选用的电流表是_，应该选用的滑动变阻器是_。（3）根据所选的器材，画出实验电路图。（4）若根据伏安法测出电阻丝的电阻为RX4.1，则这种金属材料的电阻率为_m。（保留二位有效数字）练习4、某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率。步骤如下：（1）用游标为20分度的卡尺测量其长度如图，由图可知其长度为 mm；50202515（2）用螺旋测微器测量其直径如右上图，由图可知其直径为 mm；（3）用多用电表的电阻“10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图，则该电阻的阻值约为 。（4）该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：待测圆柱体电阻R电流表A1（量程04mA，内阻约50）电流表A2（量程010mA，内阻约30）电压表V1（量程03V，内阻约10k）电压表V2（量程015V，内阻约25k）直流电源E（电动势4V，内阻不计）滑动变阻器R1（阻值范围015，允许通过的最大电流2.0A）滑动变阻器R2（阻值范围02k，允许通过的最大电流0.5A）开关S导线若干为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，请在右框中画出测量的电路图，并标明所用器材的代号。R1SRA2V1（5）若该同学用伏安法跟用多用电表测量得到的R测量值几乎相等，由此可估算此圆柱体材料的电阻率约为 。（保留2位有效数字）六、测量电池电动势和内阻1、电压表、电流表、滑动变阻器原理：计算法图像法误差分析：【例5】某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5V的干电池外，还有一个方形的电池（层叠电池）。为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供有下列器材：A电流表G（滿偏电流10mA，内阻10）B电流表A（00.6 A3A，内阻未知） C滑动变阻器R0（0100，1A） D定值电阻R（阻值990）E开关与导线若干0R103/510-10-55101520（1）请设计电路图，并按照电路图在乙图上完成实物连线 （2）丙图为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I1-I2图线（I1为电流表G的示数，I2为电流表A的示数），则由图线可以得到被测电池的电动势EV ，内阻r= 。2、电流表、电阻箱原理：计算法图像法误差分析：【例6】某兴趣小组的同学用一个柠檬做成电池他们猜想水果电池内阻可能较大，从而设计了一个如图所示电路来测定该柠檬电池的电动势和内电阻（1）利用图像法处理数据可以减小实验误差在讨论作图方案时，甲同学认为应作R-I图，而乙同学认为应该作图，你认为哪个同学的想法更科学？ （填“甲”或“乙”），其简单理由： （2）某同学做出的图像如下，可求出该柠檬电池的电动势为 V，与真实值比较 ；内阻为 ，与真实值比较 3、电压表、电阻箱原理：计算法图像法误差分析：【例7】现有一种特殊的电池，它的电动势E约为9V，内阻r约为50，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图(a)所示的电路进行实验，图中电压表的内阻很大，对电路的影响可不考虑，R为电阻箱，阻值范围09 999，R0是定值电阻，起保护电路的作用（1）实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格：A10 2.5 W B100 1.0 WC200 1.0 W D2 000 5.0 W本实验应选哪一种规格？答 。 （2）该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数改变电阻箱阻值，取得多组数据，作出了如图 (b)所示的图线（已知该直线的截距为0.1 V-1)则根据该同学所作出的图线可求得该电池的电动势E为 V，内阻r为 .电学实验专题（拓展篇）拓展1：安安法【例1】某待测电阻Rx的阻值约为20，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：A电流表A1（量程150mA，内阻约为10）B电流表A2（量程20mA，内阻r2=30）C定值电阻R0=100D滑动变阻器R，最大阻值约为10E电源E，电动势E=4V（内阻不计）F电键S及导线若干（1）根据上述器材完成此实验，测量时要求电表读数不得小于其量程的1/3，请你在虚线框内画出测量Rx的一种实验原理图（图中元件使用题干中相应英文字母符号标注）（2）实验时电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，用已知的和测得的物理量表示Rx=_。（用字母表示）从下列器材中选出适当的实验器材,设计练习1、一个电路来测量电流表A1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并能测得多组数据.电流表A1,量程10 mA,内阻待测(约40 )电流表A2,量程500A,内阻r2=750 电压表V,量程10 V,内阻r3=10 k电阻R1,阻值约为100 滑动变阻器R2,总阻值约50 电源E,电动势1.5 V,内阻很小开关S,导线若干拓展2：伏伏法【例2】为了测量量程为3 V的电压表V的内阻(内阻约2 000 ),实验室可以提供的器材有:电流表A1,量程为0.6 A,内阻约0.1 ;电压表V2,量程为5 V,内阻约3 500 ;变阻箱R1,阻值范围为09 999 ;变阻箱R2,阻值范围为099.9 ;滑动变阻器R3,最大阻值约为100 ,额定电流1.5 A;电源E,电动势6 V,内阻约0.5 ;单刀双掷开关K,导线若干.(1)请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表V的内阻的实验电路,画出电路原理图(图中的元件要用题中相应的英文字母标注),要求测量尽量准确.(2)写出计算电压表 的内阻RV的计算式为RV= .练习2、要测量电压表V1的内阻RV，其量程为2V，内阻约2K。实验室提供的器材有：电流表A，量程0.6A，内阻约0.1；电压表V2，量程5V，内阻为5K；定值电阻R1，阻值30；定值电阻R2，阻值为3K；滑动变阻器R3，最大阻值100，额定电流1.5A；电源E，电动势6V，内阻约0.5；开关S一个，导线若干。有人拟将待测电压表V1 和电流表A串联接入电压合适的测量电路中，测出V1 的电压和电流，再计算出RV。该方案实际上不可行，其最主要的原因是 请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1内阻RV的实验电路。要求测量尽量准确，实验必须在同一电路中，且在不增减元件的条件下完成。试画出符合要求的实验电路图（图中电源与开关已连接好），并标出所选元件的相应字母代号： 由上问写出V1内阻RV的表达方式，说明式中各测量量的物理意义。拓展3：加R法【例3】某电流表的内阻在0.1 0.2 之间,现要测量其内阻,可选用的器材如下:A.待测电流表A(量程0.6 A);B.电压表V(量程3 V,内阻约2 k);C.滑动变阻器R1(最大阻值10 );D.定值电阻R2(阻值5 );E.电源E(电动势4 V);F.电键S及导线若干.(1)画出实验电路图;(2)如测得电压的读数为U,电流表的读数为I,则电流表A内阻的表达式为:RA= .拓展4：替代法等效替代法就是在测量的过程中,让通过待测电阻的电流(或电压)和通过电阻箱的电流(或电压)相等.电路如图所示,将单刀双掷开关调到a,闭合S1调节R,使安培表读数为I0,保持R不动,将单刀双掷开关打到b,调节R0使安培表读数仍为I0,则电阻箱的读数就是待测电阻的数值.请分析用电压表时的步骤和原理。注意:主要元件为电阻箱和单刀双掷开关.虚线框内可用分压控制电路.【例4】要测量一个未知电阻Rx的阻值(阻值约为4 )，现有如下器材：读数不准的电流表A(满偏电流约为0.6 A)，滑动变阻器R(最大阻值20 )，电阻箱R1(最大阻值 99.9 )，电源E1(电动势为2 V，内阻不计)，单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干现要求尽量精确地测量Rx的阻值(1)画出实验电路图(2)写出主要实验步骤拓展5：半偏法测量电流表的内阻1按图接线，图中R为滑动变阻器R 为电阻箱，电源为蓄电池，内阻可以不计。2先合下S1 ，调节R使电流表指针满偏。3再合下S2，保持电阻R不变，调节R使电流表指针半偏，记下R的值.4实验中认为：Rg= R 误差分析：合下S2，保持电阻R不变，调节R使电流表指针半偏，此时R上的电流 Ig/2，R上的电流 Ig所以真实值Rg R测 要尽量减小实验误差R选较 【例5】如图所示是测定电流表内阻的电路图。电流表的内阻约100左右，满偏电流为500A，用电池做电源。（1）现备有以下可变电阻：A电阻箱，阻值范围为0-100B电阻箱，阻值范围为0-999.9C滑动变阻器，阻值范围为0-200D滑动变阻器，阻值范围为0-20 K在上述可变电阻中，电路图中的R应选用 ，R应选用 。（2）某同学进行的实验步骤如下：先将R的阻值调到最大，合上S1，调节R的阻值，使电流表的指针转到满刻度。合上S2，调节R和R的阻值，使电流表的指针转到满刻度的一半。记下R的阻值指出上述实验步骤中有什么错误。拓展6：半偏法测量电压表电阻1按图接线，图中R 为电阻箱.2先合下S1 、S2，、调节R0使电压表指针满偏.3保持变阻器电阻R0不变，断开S2调节R使电压表指针半偏，记下R的值。4实验中认为：RV= R 误差分析：保持变阻器电阻R0不变，断开S2调节R使电压表指针半偏，此时RV上的电压 U/2，R上的电压 U/2所以真实值RV R测 要尽量减小实验误差R选较 【例6】利用如图所示的电路测量量程为800 mV的电压表内阻RV，R约为900，某同学的实验步骤如下：a.按电路图正确连接好电路，将变阻器R1的滑片移到最右端，电阻箱的阻值调到最大；b合上开关S1和S2并调节R1，使电压表的指针指到满刻度；c合上开关S1并打开S2，调整电阻箱R的阻值及变阻器R1的大小，使电压表的指针指到满偏的一半；d读出电阻箱的阻值R，即为电压表内阻在该实验中，除滑线变阻器R1外，其他器材均符合实验要求，现有两个变阻器可供选择变阻器A：最大阻值200 ，额定电流1 A变阻器B：最大阻值10 ，额定电流2 A根据以上设计的实验方法，回答下列问题（1）选用的变阻器为 （2）上述实验步骤中，有错误的步骤是 ，应改正为 （3）该实验中存在着系统误差，设Rv的测量值为R测，真实值为R真，则R测 R真 （填“”“”或“”）拓展7：比较法【例7】电流表法如图所示为电流表测量电阻的电路，RX为待测电阻，R阻值已知，R为保护电阻，阻值未知，电源E电动势未知，S1，S2均为单刀双掷开关，A为电流表，内阻不计，试说明测量步骤，及测量结果表达式【例8】电压表法如图所示为电压表测量电阻的电路，RX为待测电阻，R阻值已知，R为保护电阻，阻值未知，电源E电动势未知，S1，S2均为单刀双掷开关，V为电压表，内阻很大，试说明测量步骤，及测量结果表达式拓展8：比例法（1）串联分压法在实验时没有符合要求的电流表（或无电流表），将待测电阻与已知电阻串联，用电压表测出待测电阻RX和已知电阻两端电压U1和U2由串联分压规律，利用 求出待测电阻（2）并联分流法在实验时没有符合要求的电压表（或无压表），将待测电阻与已知电阻并联，用电流表测出待测通过电阻RX和已知电阻的电流I1和I2由并联分流规律，利用 求出待测电阻拓展9：电桥法【例9】电桥法是系统误差最小（理论误差为0）的测量电阻的方法，如图所示，AB是一根均匀直电阻线，背对毫米刻度尺，RX是被测电阻，R0是一个精确度很高的已知电阻，闭合S移动滑片P，试说明下一步测量步骤，及测量结果表达式附：多用电表1、一灵敏电流计，允许通过的最大电流(满刻度电流)为Ig50A，表头电阻Rg1k，若改装成量程为Im10mA的电流表，应_联的电阻阻值为_.若将此电流计改装成量程为Um15V的电压表，应再_联一个阻值为_的电阻。2、如图所示，四个相同的表头分别改装成两个安培表和两个伏特表。安培表A1的量程大于A2的量程，伏特表V1的量程大于