最新电学实验大盘点汇总PPT课件.ppt

高考物理系列讲座 电学实验专题 1 1 高中物理实验复习值得思考的环节 一 物理实验复习与备考策略 考试说明中精选实验 突出了复习的重点 实验条目后冠以 实验 探究 说明实验具备更多的能力要求或可以考查的途径 所列实验与传统的实验器材不一定一一对应 对实验技能和方法的考查更加突出 要求对实验原理有更高层次的领悟才能正确迁移和运用 2 2 高中物理实验所涉及基本方法 3 北京 11考试说明 对实验器材与实验误差提出的要求 设计实验原理 控制变量法 替代法 模拟法 微小量放大法 留迹法 控制实验误差 多次测量法 积累法 处理实验数据 列表法 作图法 平均值法 逐差法 实验器材 实验误差与有效数字 实验考试形式与比例 3 2011考试说明有关实验部分的要求 实验能力是指针对具体问题 根据已有条件 运用已学过的知识和方法制定方案 通过实验解决问题的能力 能独立完成 物理知识内容表 中所列的实验 具体要求如下 了解基本仪器的主要性能和使用方法 根据需要能合理选择和正确使用基本仪器 理解实验原理和方法 能够控制实验条件 排除实验故障 正确进行观察 测量 记录实验现象和实验数据 分析和处理实验数据 对实验结果进行描述和解释 对误差进行初步分析和讨论 评价实验结论 依据已有资源 设计简单实验 组合实验器材 拟定实验步骤 探究所要解决的问题 4 第一部分 2011考试说明有关实验部分的要求 5 2011考试说明有关实验部分的要求 6 2011考试说明有关实验部分的要求 说明 1 要求会正确使用的仪器主要有 刻度尺 游标卡尺 螺旋测微器 天平 秒表 电火花计时器或电磁打点计时器 弹簧秤 电流表 电压表 多用电表 示波器 滑动变阻器 电阻箱等2 要求认识误差问题在实验中的重要性 了解误差的概念 知道系统误差和偶然误差 知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差 能在某些实验中分析误差的主要来源 不要求计算误差 3 要求知道有效数字的概念 会用有效数字表达直接测量的结果 间接测量的有效数字运算不作要求 7 近几年北京高考实验题目类型 8 一 电学测量仪表及读数法则 0 3v 15v 0 0 6A 3A 电压表 电流表 9 例 按照有效数字规则读出下列电表的测量值 接0 3A量程 0 1 8 0 1 9 10 A 0 89A 误差值 1 最小分度是1 包括0 1 0 01等 的仪器 测量误差出现在下一位 即估读到最小分度下一位 下一位按1 10估读 若无估读 则在最小分度的下一位补 0 安培表0 3A档 电压表0 3V档等 读数规则 读数 2 40V 10 10 例 按照有效数字规则读出下列电表的测量值 接0 15V量程时读数为 V 精度 即最小分度值 为0 5V 在十分位上 2 最小分度是5 包括0 5 0 05等 测量误差出现在同一位上 同一位按1 5估读 即按五分之几格估读 10 0 5 1 0 5 3 5 V 最小分度值 误差值 10 8 11 11 例 按照有效数字规则读出下列电表的测量值 接0 0 6A量程时读数为 A 0 18 精度 即最小分度值 为0 02A 在百分位上 3 最小分度是2 包括0 2 0 02等 测量误差出现在同一位上 同一位按1 2估读 即不足半小格舍去 超过半小格按半格估读 接近满格按满格估读 0 02 8 0 02 1 V 最小分度值 误差值 12 12 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 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 若用0 0 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 小结 13 读数 10 5V 读数 9 5V 练一练 读数 0 37A 14 电阻箱 是一种可以调节电阻的并且能够显示出电阻阻值大小的变阻器 读数方法是 各旋扭对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数 它们之和就是电阻箱接入电路的阻值 使用电阻箱时要注意通过电阻的电流不能超过允许的最大数值 6 电阻箱 15 15 电阻箱读数 8 10000 4 1000 5 100 8 10 0 1 2 0 1 84580 2 练一练 16 16 二 常见实验数据的收集方法 1 利用测量工具直接测量基本物理量 17 2 间接测量的物理学量 18 试验流程 实验目的 实验原理 实验器材 电路选择 实验方法 实验数据 实验结果实验装置控制条件实验步骤实验现象 专题二电学实验 19 一 电学实验的基本知识 专题二电学实验 1 电路设计原则 正确地选择仪器和设计电路的问题 有一定的灵活性 解决时应掌握和遵循一些基本的原则 即 安全性 方便性 精确性 原则 兼顾 误差小 仪器少 耗电少 等各方面因素综合考虑 灵活运用 正确性 实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理 安全性 实验方案的实施要安全可靠 实施过程中不应对仪器及人身造成危害 要注意到各种电表均有量程 电阻均有最大允许电流和最大功率 电源也有最大允许电流 不能烧坏仪器 方便性 实验应当便于操作 便于读数 便于进行数据处理 精确性 在实验方案 仪器 仪器量程的选择上 应使实验误差尽可能的小 20 2 电学实验仪器的选择 根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表 首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程 然后合理选择量程 务必使指针有较大偏转 一般要大于满偏度的1 3 以减少测读误差 根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器 注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值 对大阻值的变阻器 如果是滑动头稍有移动 使电流 电压有很大变化的 不宜采用 应根据实验的基本要求来选择仪器 对于这种情况 只有熟悉实验原理 才能作出恰当的选择 总之 最优选择的原则是 方法误差尽可能小 间接测定值尽可能有较多的有效数字位数 直接测定值的测量使误差尽可能小 且不超过仪表的量程 实现较大范围的灵敏调节 在大功率装置 电路 中尽可能节省能量 在小功率电路里 在不超过用电器额定值的前提下 适当提高电流 电压值 以提高测试的准确度 仪器选择顺序 先电源 电压表 电流表 变阻器 21 3 测量电路的选择 内外接选择 伏特表的分流作用 安培表的分压作用 测小电阻Rx Rv 测大电阻Rx RA 已知Rx RA Rv范围 外 内 Rx RA Rv Rx 接法Rx RA Rv Rx 接法 未知RA Rv 试触法 A变化明显 接法V变化明显 接法 内 外 测大用内测小用外 22 4 供电电路选择 分压 限流接法为了改变测量电路 待测电阻 两端的电压 或通过测量电路的电流 常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路 滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式 如图 甲 为滑动变阻器的限流式接法 RX为待测电阻 它的接线方式是电源 滑动变阻器与待测电阻三者串联 对待测电阻供电电压的最大调节范围是 RX是待测电阻 R是滑动变阻器的总电阻 不计电源内阻 如图 乙 是滑动变阻器的分压式接法 接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路 而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联 该接法对待测电阻供电电压的调节范围是 0 E 不计电源内阻时 23 选取接法的原则 要求负载上电压或电流变化范围大 且从零开始连续可调 须用分压式接法 负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时 须用分压式接法 此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用 采用限流电路时 电路中的最小电流 电压 仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流 电压 时 应采用变阻器的分压式接法 负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大 并且电压表 电流表示数变化不要求从零开始起调 可用限流式接法 两种电路均可使用时应优先用限流式接法 因为限流电路结构简单 总功率较小 24 滑动变阻器的粗调和微调作用 在限流电路中 全电阻较大的变阻器起粗调作用 全电阻较小的变阻器起微调作用 在分压电路中 全电阻较小的变阻器起粗调作用 全电阻较大的变阻器起微调作用 零起必分压滑小必分压滑大可限流烧表必分压 25 Rx的电压范围 电压调节范围大 供电电路 滑动变阻器 分压 限流 26 5 实物图的连接 实物图连线应掌握基本方法和注意事项 注意事项 连接电表应注意量程选用正确 正 负接线柱不要接错 各导线都应接在接线柱上 不应在导线中间出现分叉 对于滑动变阻器的连接 要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻 在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上 基本方法 画出实验电路图 分析各元件连接方式 明确电流表与电压表的量程 画线连接各元件 用铅笔画线 以便改错 连线方式应是单线连接 连线顺序应先画串联电路 再画并联电路 一般先从电源正极开始 到电键 再到滑动变阻器等 按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来 然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去 连接完毕 应进行检查 检查电路也应按照连线的方法和顺序 连线口诀 有图到物 接线到柱 先串后并 量程清楚线不交叉就近接入 27 二 关于电阻的测量方法 1 欧姆表测量 2 替代法 3 伏安法 4 比较法 28 替代法测量电阻 1 在右图中 S接1 记下电流值I S接2 调节R 使电流值仍为I 则Rx R 2 在下图中 调节P 甲图中的电压表的电压为U 保持P不动 换接电阻箱R 调节R使乙图中的电压表的电压仍为U 则Rx R 29 比较法测量电阻 1 比较电流 在右图中 S接1 记下电流值I1 S接2 记下电流值为I2 不计电源内阻和电流表内阻 30 2 比较电压 调节P 甲图中的电压表的电压为U1 保持P不动 乙图中的电压表的电压为U2 则 31 伏安法测电压表电阻 电压表是一个能够显示自身电压的特殊电阻 因此 可以用一个安培表测量其电阻 读出电压表和电流表的示数U和I 则 32 比较法测电压表电阻 甲图中的电压表的电压U1 乙图中的电压表的电压U2 R为大电阻 不计电源内阻 33 例1 2 用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值 900 1000 电源E 有一定内阻 电动势约为9 0V 电压表Vl 量程为1 5V 内阻rl 750 电压表V2 量程为5V 内阻r2 2500 滑线变阻器R 最大阻值约为100 单刀单掷开关S 导线若干 测量中要求电压表的读数不小于其量程的1 3 请在答题卡的虚线方框中画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图 原理图中的元件要用题目中相应的字母标注 34 若电压表V1的示数用U1表示 电压表V2的示数用U2表示 则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx 解 电压表V1和Rx中的电流相等 即 35 例2 测量一块量程已知的电压表的内阻 器材如下 A 待测电压表 量程3V 内阻未知 一块B 电流表 量程3A 内阻0 01 一块C 定值电阻 阻值5k 额定电流0 5A 一个D 电池组 电动势小于3V 内阻不计 一个E 多用电表一块F 开关两只G 导线若干有一同学利用上面所给器材 进行如下实验操作 1 用多用电表进行粗测 多用电表电阻档有3种倍率 分别是 100 10 和 1 该同学选择 10 倍率 用正确的操作方法测量时 发现指针偏转角度太小 为了较准确地进行测量 应重新选择倍率 重新选择倍率后 刻度盘上的指针位置如图所示 那么测量结果大约是 100 3 0 103 36 2 为了更准确的测出该电压表内阻的大小 该同学设计了如图甲 乙两个实验电路 你认为其中较合理的是 填 甲 或 乙 电路 其理由是 3 用你选择的电路进行实验时 需要直接测量的物理量 用上述所测各量表示电压表内阻 其表达式应为Rv 乙 因为甲图中流过电流表的电流太小 读数误差比较大 K2闭合前后电压表的读数U1 U2 电压表内阻的表达式为 37 解见下页 38 解 当S向电压表一侧闭合时 当S向R一侧闭合时 连线如图 39 例5 6分 为了测量一个阻值较大的未知电阻 某同学使用了干电池 1 5V 毫安表 1mA 电阻箱 0 9999 电键 导线等器材 该同学设计的实验电路如图 a 所示 实验时 将电阻箱阻值置于最大 断开K2 闭合K1 减小电阻箱的阻值 使电流表的示数为I1 1 00mA 记录电流强度值 然后保持电阻箱阻值不变 断开K1 闭合K2 此时电流表示数为I2 0 80mA 记录电流强度值 由此可得被测电阻的阻值为 解 解得Rx 375 375 40 3 伏安法测电阻 1 测金属丝的电阻率 或是测膜厚等 2 测电源的电动势和内阻 3 描绘小灯泡的伏安特性曲线 涉及的问题主要有 电路的连接 滑动变阻器的限流或分压 外接或内接 电表量程的选择 41 十 测定金属的电阻率 外接 限流 十一 描绘小灯泡的伏安特性曲线 外接分压 起始位置在C 十三 测电源的电动势E和内电阻r 42 伏安法测电阻电路 43 测电阻基本变式 1 无电流表 已知电阻与理想电压表并联替代电流表 用已知内阻的电压表替代电流表 无电流表时的替代法 无电流表时的半偏法 测量电压表内阻 44 2 无电压表 已知电阻与理想电流表串联替代电压表 无电压表时的等效替代法 无电压表时的半偏法 测表头内阻 45 3 把实验题当作计算题处理 根据闭合电路欧姆定律列方程求解待测量 根据欧姆定律的变式求解电阻 在利用伏安法测电源的电动势和内阻的实验中 只要测出外电路的电压变化量和电流的变化量 外电压的变化量始终等于内电压的变化量 就可以求出电源的内阻 46 例6 为了测定一电阻约20 额定电流为0 5A的电阻器的电阻 现备有下列器材 A 内阻不计的6v电源 B 量程为0 3A 内阻约为0 06 的电流表 C 量程为0 0 6A 内阻约为3 的电流表 D 量程为0 25V 内阻约为5 104 的电压表 E 量程为0 5V 内阻约为l04 的电压表 F 阻值为0 5 额定电流为3A的滑动变阻器 G 阻值为0 1500 额定电流为0 5A的滑动变阻器 H 电键和导线若干 1 为了尽可能多测几组数据 应选用的器材为 2 将符合要求的实验电路图画在图方框内 3 本实验电阻得测量值与真实值相比偏 填大或小或相等 4 有一位同学将实验进行如下改装 电路如图所示 操作如下 47 改装图 48 例7 某同学用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx 电源E 适当量程的电流表电压表各一只 滑线变阻器R 电阻箱Rp 开关S1 S2 导线若干 他设计的电路图如图 a 所示 具体做法 先闭合S1 断开S2 调节R和Rp使电流表和电压表示数合理 记下两表示数为I1 U1 再保持Rp值不变 闭合S2 记下电流表和电压表示数为I2 U2 2 写出被测电阻Rx 用电表的读数表示 3 此实验中因电流表有内阻 电压表内阻不是无限大 使被测电阻的测量值真实值 选填 大于 小于 或 等于 等于 49 十 测定金属的电阻率实验目的 测定金属的电阻率 外接 限流 三 电学实验解析 50 实验思考题 1 伏安法测量电阻的理论根据是什么 电阻的计算式是怎样的 2 伏安法测量电阻有哪两种测量电路 画出电路图 3 两种电路产生系统误差的原因各是什么 测量结果比电阻的实际值大还是小 两种电路测量的结果 绝对误差和相对误差各多大 两种电路分别适于测量多大的电阻 如果知道电流表和电压表的内电阻 怎样计算待测电阻值 4 已知待测电阻的大约值和电压 电流表的内电阻 怎样选用测量电路 在待测电阻大小 安培表 伏特表内阻都不了解的情况下怎样决定采用哪种测量电路 5 如果没有安培表 只有伏特表 另有一个电阻箱 或者两个定值电阻 怎样测电阻 画出电路图 6 如果没有伏特表 只有安培表 另有一个电阻箱 或者两个定值电阻 怎样测电阻 画出电路图 51 实验原理 实验目的 用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率 练习使用螺旋测微器 根据电阻定律公式 只要测量出金属导线的长度l和它的直径d 计算出导线的横截面积S 并用伏安法测出金属导线的电阻R 即可计算出金属导线的电阻率 实验器材 被测金属导线 直流电源 4V 电流表 0 0 6A 电压表 0 3V 滑动变阻器 50 电键 导线若干 螺旋测微器 米尺 52 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 2 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 3 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l 反复测量3次 求出其平均值 4 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 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 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 6 拆去实验线路 整理好实验器材 53 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0 0 6A量程 通电时间不宜过长 以免金属导线的温度明显升高 造成其电阻率在实验过程中逐渐增大 54 例1 3 测定金属丝的电阻 阻值3 5 时 给定的实验器材的实物如下图所示 要求通过金属丝的电流可以在0 0 6A之间变化 请在方框中画出实验电路图 并在图中用实线代替导线连接成符合实验要求的电路图 解 实验电路图如图示 连线图如图示 55 例2 11分 图a为某一热敏电阻 电路符号为 其电阻值随温度的改变而改变 且对温度很敏感 的I U关系曲线图 1 为了通过测量得到图a所示I U关系的完整曲线 在图b和图c两个电路中应选择的是图 简要说明理由 已知电源电动势为9V 内阻不计 滑动变阻器的阻值为0 100 2 在图d电路中 电源电压恒为9V 电流表读数为70mA 定值电阻R1 250 由热敏电阻的I U关系曲线可知 热敏电阻两端的电压为 V 电阻R2的阻值为 3 举出一个应用热敏电阻的例子 b 电压可从0V调到所需电压 调节范围较大 解 I1 9 250 0 036A 36mAI2 70 36 34mA 由图a得UR 5 3V R2 9 5 3 0 034 108 8 5 3 108 8 热敏温度计 56 例3 12分 热敏电阻是传感电路中常用的电子元件 现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线 要求特性曲线尽可能完整 已知常温下待测热敏电阻的阻值约40 50 热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中 杯内有一定量的冷水 其他备用的仪表和器具有 盛有热水的热水瓶 图中未画出 电源 3V 内阻可忽略 直流电流表 内阻约1 直流电压表 内阻约5k 滑动变阻器 0 10 开关 导线若干 1 图 1 中a b c三条图线能反映出热敏电阻伏安特性曲线的是 2 在图 2 的方框中画出实验电路图 要求测量误差尽可能小 3 根据电路图 在图 3 的实物图上连线 c 57 解 常温下待测热敏电阻的阻值约40 50 放入热水中 电阻减小 所以电流表采用外接法 滑动变阻器最大阻值10 且电压要从0测起 变阻器采用分压器接法 电路图如下左图示 实物连线图如下右图示 58 例4 10分 图12中 甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒 现测量该材料的电阻率 1 首先用多用电表的欧姆档 倍率为 10 粗测其电阻 指针位置如图乙所示 其读数R 2 然后用以下器材用伏安法尽可能精确地测量其电阻 A 电流表 量程为0 6A 内阻约为0 1 B 电压表 量程为3V 内阻约为3k C 滑动变阻器 最大阻值为20 额定电流1AD 低压直流电源 电压6V 内阻忽略F 电键K 导线若干在方框中画出实验电路图 200 59 3 如果实验中电流表示数为I 电压表示数为U 并测出该棒的长度为L 直径为d 则该材料的电阻率 用测出的物理量的符号表示 解 2 电阻较大 所以电流表采用内接法 滑动变阻器最大阻值20 为了多测几组数据 变阻器采用分压器接法 电路图如下图示 3 该材料的电阻率 60 例5 6分 某学生欲测一未知电阻的阻值 可供选择的器材有 电流表Al量程0 10mA 电流表A2量程0 0 6A 电压表Vl量程0 3V 电压表V2量程0 15V 滑动变阻器一只 电源4 5V 电键2个 如下图所示 当电键S2连a时 两电表的指针偏转角度都在满偏的4 5处 若将S2接b时 其中一个电表的指针偏角几乎不变 另一电表的指针偏转到满偏的3 4处 该学生所选用的电压表的量程为 所用电流表的量程为 该电阻的阻值为 61 解 当Rx较大时 电键S2从a转向b时 电流表读数减小 电压表读数几乎不变 当Rx较小时 电键S2从a转向b时 电压表读数增大 电流表读数几乎不变 由题意可知 Rx较大 电流表应采用内接法 S2接b 由于Rx较大 所用电流表的量程为0 10mA 电源电压4 5V 所选用的电压表的量程为0 3V 将S2接b时 电压表读数为U 4 5 3 2 4V 电流表读数为I 3 4 10 7 5mA Rx U I 2 4 7 5 10 3 320 62 例6 14分 有一根细长而均匀的金属材料样品 截面为外方内圆 如图所示 此金属材料重约1 2N 长约为30cm 电阻约为10 已知这种金属的电阻率为 密度为 0 因管线内径太小 无法直接测量 请设计一个实验方案测量其内径d 现有如下器材可选 A 毫米刻度尺B 螺旋测微器C 电流表 600mA1 0 D 电流表 3A0 1 E 电压表 3V6k F 滑动变阻器 2k 0 5A G 滑动变阻器 10 2A H 蓄电池 6V0 05 I 开关一个 带夹子的导线若干 1 除待测金属材料外 应选用的实验器材有 只填代号字母 A B C E G H I 63 2 画出你所设计方案的实验电路图 并把所选仪器连成实际测量电路 3 用已知的物理常数和测得的物理量 推导计算金属管线内径d的表达式 2 解 64 解 设长度为l 截面外边长为a 电压为U 电流强度为I 电阻 截面积 故有 解得 题目 65 例7 12分 实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管 已知螺线管使用的金属丝电阻率 1 7 10 8 m 课外活动小组的同学设计了一个试验来测算螺线管使用的金属丝长度 他们选择了多用电表 电流表 电压表 开关 滑动变阻器 螺旋测微器 千分尺 导线和学生电源等 1 他们使用多用电表粗测金属丝的电阻 操作过程分以下三个步骤 请填写第 步操作 将红 黑表笔分别插入多用电表的 插孔 选择电阻档 1 把红黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接 多用表的示数如图9 a 所示 将红 黑表笔短接 调整调零旋钮调零 第3页 66 图9 a 2 根据多用电表示数 为了减少实验误差 并在实验中获得较大的电压调节范围 应从图9 b 的A B C D四个电路中选择 电路来测量金属丝电阻 D 第4页 67 3 他们使用千分尺测量金属丝的直径 示数如图10所示 金属丝的直径为mm 4 根据多用电表测得的金属丝电阻值 可估算出绕制这个螺线管所用金属丝的长度约为 m 结果保留两位有效数字 解 3 金属丝的直径为 d 0 260mm 4 多用电表测得的金属丝电阻值 R 4 0 260 12m或13m 题目 68 5 他们正确连接电路 接通电源后 调节滑动变阻器 发现电流始终无示数 请设计一种方案 利用多用电表检查电路故障并写出判断依据 只需写出简要步骤 5 解 使用多用电表的电压档位 接通电源 逐个测量各元件 导线上的电压 若电压等于电源电压 说明该元件或导线断路故障 使用多用电表的电阻档位 断开电路或拆下元件 导线 逐个测量各元件 导线上的电阻 若电阻为无穷大 说明该元件或导线断路故障 题目 第2页 69 例8 用伏安法测量金属导线的电阻R 试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路 图中安培表的量程为0 6A 内阻接近1 伏特表的量程为3V 内阻为几K 电源的电动势为6V 变阻器的阻值为0 20 在闭合电键前 变阻器滑动触点应处于正确位置 解 金属导线的电阻不大 安培表应外接 变阻器电阻比较大 可用限流接法 画出电路图如下 70 十一 描绘小灯泡的伏安特性曲线实验目的 描绘小灯泡的伏安特性曲线 外接分压 起始位置在C 71 实验思考题 1 什么是伏安特性曲线 纵坐标是什么物理量 横坐标是什么物理量 2 如果研究对象的伏安特性曲线是直线 对于它的电阻作出什么判断 如果是曲线 又怎样 怎样计算在某状态下研究对象的电阻 不是切线斜率 3 什么是线性元件 什么是非线性元件 灯泡是什么元件 4 6 3V 0 3A 2 5V 0 3A 的小灯泡正常发光时的电阻各是多大 在常温下它们的灯丝电阻是大些还是小些 差多少倍 5 测定小灯泡的伏安特性曲线 电阻几欧到二十欧左右 采用什么电路 分压还是限流 安培表是外接还是内接 6 定值电阻的伏安特性曲线是直线还是曲线 为什么 7 小灯泡的伏安特性曲线什么形状 为什么 8 怎样从小灯泡的伏安特性曲线计算某一电压下小灯泡的功率 72 2020 1 7 73 实验原理 在纯电阻电路中 电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系 但在实际电路中 由于各种因素的影响 U I图象不再是一条直线 读出若干组小电珠两端的电压U和电流I 然后在坐标纸上以U为纵轴 以I为横轴就画出U I曲线 74 06北京 2 某同学用如图所示电路 测绘标有 3 8V 0 3V 的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象 除了导线和开关外 有以下一些器材可供选择 电流表 A1 量程100mA 内阻约2 A2 量程0 6A 内阻约0 3 电压表 V1 量程5V 内阻约5k V2 量程15V 内阻约15k 滑动变阻器 R1 阻值范围0 10 R2 阻值范围0 2k 电源 E1 电动势为1 5V 内阻为0 2 E2 电动势为4V 内阻约为0 04 为了调节方便 测量准确 实验中应选用电流表 电压表 滑动变阻器 电源 填器材的符号 对器材的选用应以安全 实用为原则 小灯泡的额定电压和额定电流分别为3 8V和0 3A 故电压表应选V1 电流表A2 由于是分压接法 故滑动变阻器应选R1 便于调节 电源应选E2 75 06北京 根据实验数据 计算并描绘出R U的图象右图所示 由图象可知 此灯泡在不工作时 灯丝电阻为 当所加电压为3 00V时 灯丝电阻为 灯泡实际消耗的电功率为 W 根据R U图象 可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系 符合该关系的示意图是下列图中的 U 0时 小灯泡不工作 电阻为1 5 当U 3 0V时 电阻为11 5 此时灯泡消耗功率P U2 R 0 78W 由R U图线 随U的增大 电阻的变化越来越小 而P U2 R 随U的变化 功率P的变化将更加明显 故选A 76 2007重庆 在 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验中 用导线a b c d e f g和h按如图所示方式连接电路 电路中所有元件都完好 且电压表和电流表已调零 闭合开关后 若电压表的示数为2V 电流表的示数为零 小灯泡不亮 则断路的导线为 d 若电压表的示数为零 电流表的示数为0 3A 小灯泡亮 则断路的导线为 h 若反复调节滑动变阻器 小灯泡亮度发生变化 但电压表 电流表的示数不能调为零 则断路的导线为 G中 77 06全国 1 现要测定一个额定电压4V 额定功率为1 6W的小灯泡的伏安特性曲线 要求所测电压范围为0 1 4V 现有器材 直流电源E 电动势4V 内阻不计 电压表V 量程4 5V 内阻约为4 104 电流表A1 量程250mA 内阻约为2 电流表A2 量程为500mA 内阻约为1 滑动变阻器R 最大阻值约为30 电键S 导线若干 A2甲图 1 小灯泡的额定电流I P U 0 4A 故电流表选用A2小灯泡的电阻R U2 P 10 由于R RV 故应先电流表外接法 即电路图甲 如果既要满足要求 又要测量误差小 应该选用的电流表是 下面两个电路应该选用的是 78 十二 把电流表改装成电压表实验目的 电压表 电流表 79 实验原理 1 半偏法 测电流表的内阻电路图 合上Sl 调整R 使电流表恰好满偏 然后闭合S2 调整R 使电流表恰好半偏 当R R 时 Rg R 2 电流表改装为电压表 根据串联电阻分压的原理可知 应把电流表与一电阻串联 其阻值为Rx U Ug Ig 80 实验思考题 1 怎样测量电压表或者电流表的内电阻 与测量一般电阻的不同点在哪里 2 怎样用半偏法测量表头的内电阻 1 说明步骤和两个电阻箱的功能 2 电路中R1选什么样的电阻箱 R2选多大阻值的电阻箱 哪个电阻箱用精度为0 1欧的合适 3 这样测出的表头内电阻是偏大还是偏小 为什么 4 为什么在的情况下 用半偏法测量表头内电阻的误差才较小 5 电源的电动势怎样选用 81 3 怎样把电流表 毫安计或微安计 改装成电压表 配用的电阻大小怎样计算 怎样把电压表的量程扩大 4 改装成的电压表读数总是偏小 大 是怎么造成的 怎么办 82 2010北京卷 21 1 甲同学要把一个量程为200 A的直流电流计G 改装成量范围是0 4V的直流电压表 她按图1所示电路 用半偏法测定电流计G的内电阻rg 其中电阻R0约为1k 为使rg的测量值尽量准确 在以下器材中 电源E应选用 电阻器R1应选用 电阻器R2应选用 选填器材前的字母 A 电源 电动势1 5V B 电源 电动势6V C 电阻箱 0 999 9 D 滑动变阻器 0 500 E 电位器 一种可变电阻 与滑动变阻器相当 0 5 1k F 电位器 0 51k 该同学在开关断开情况下 检查电路连接无误后 将R2的阻值调至最大 后续的实验操作步骤依次是 最后记录R1的阻值并整理好器材 请按合理的实验顺序 选填下列步骤前的字母 A 闭合S1B 闭合S2C 调节R2的阻值 使电流计指针偏转到满刻度D 调节R2的阻值 使电流计指针偏转到满刻度的一半E 调节R1的阻值 使电流计指针偏转到满刻度的一半F 调节R1的阻值 使电流计指针偏转到满刻度 如果所得的R1的阻值为300 0 则图1中被测电流计G的内阻rg的测量值为 该测量值实际值 选填 略大于 略小于 或 等于 给电流计G联 选填 串 或 并 一个阻值为k 的电阻 就可以将该电流计G改装为量程4V的电压表 BCF BCAE 300略小于 串19 7 83 2010北京卷 21 2 乙同学要将另一个电流计G改装成直流电压表 但他仅借到一块标准电压表V0 一个电池组E 一个滑动变阻器R 和几个待用的阻值准确的定值电阻 该同学从上述具体条件出发 先将待改装的表G直接与一个定值电阻R相连接 组成一个电压表 然后用标准电压表V0校准 请你画完图2方框中的校准电路图 实验中 当定值电阻R选用17 0k 时 调整滑动变阻器R 的阻值 电压表V0的示数是4 0V时 表G的指针恰好指到满量程的五分之二 当R选用7 0k 时 调整R 的阻值 电压表V0的示数是2 0V 表G的指针又指到满量程的五分之二 由此可以判定 表G的内阻rg是k 满偏电流Ig是mA 若要将表G改装为量程是15V的电压表 应配备一个k 的电阻 如图 3 00 5027 0 84 十三 测电源的电动势E和内电阻r 实验电路 外接法 相对于电源r 误差原因 A表示数不是总电流 V表分流作用测量结果 E测 E真 r测 r真 测量值均偏小 85 测电动势内阻电路 86 实验思考题 1 测量电源电动势和内电阻 根据什么关系式 2 用什么电路测量电源电动势和内电阻 如图所示两种电路测出的电动势和内电阻比真实值大还是小 应当采用哪种电路 为什么 3 只有伏特表没有安培表 怎样测量和 还需要什么器材 4 只有电流表没有电压表 怎样测量和 还需要什么器材 5 怎样根据多组U I值求出和 U I图象的数学表达式是怎样的 图象的截距和斜率各表示什么 用图象法求和有什么好处 6 为什么坐标系的原点纵轴坐标常常不取零值 这样做有什么好处 7 有同学在做测量和实验时 给电池串联一个定值电阻 这有什么好处 怎么进行测量 8 你见过哪些测量电源电动势和内电阻的电路 分析右面电路的测量原理 87 实验原理 改变R的阻值 从电压表和电流表中读出几组U I值 利用闭合电路欧姆定律U E Ir求出几组E r值 最后分别算出它们的平均值 用作图法来处理数据 即在坐标纸上以I为横坐标 U为纵坐标 用测出的几组I U值画出U I图象 所得直线跟纵轴的交点即为电动势值 图线斜率的绝对值即为内电阻r的值 88 实验步骤 1 电流表用0 6A量程 电压表用3V量程 按电路图连接好电路 2 把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大 3 闭合电键 调节变阻器 使电流表有明显示数 记录一组数据 I1 U1 用同样方法测量几组I U的值 4 打开电键 整理好器材 5 处理数据 用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值 89 注意事项 1 为了使电池的路端电压变化明显 电池的内阻宜大些 可选用已使用过一段时间的1号干电池 2 干电池在大电流放电时 电动势E会明显下降 内阻r会明显增大 故长时间放电不宜超过0 3A 短时间放电不宜超过0 5A 因此 实验中不要将I调得过大 读电表要快 每次读完立即断电 3 要测出不少于6组I U数据 且变化范围要大些 用方程组求解时 要将测出的I U数据中 第1和第4为一组 第2和第5为一组 第3和第6为一组 分别解出E r值再平均 4 在画U I图线时 要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧 个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑 这样 就可使偶然误差得到部分的抵消 从而提高精确度 90 5 干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小 即不会比电动势小很多 这时 在画U I图线时 纵轴的刻度可以不从零开始 而是根据测得的数据从某一恰当值开始 横坐标I必须从零开始 但这时图线和横轴的交点不再是短路电流 不过直线斜率的绝对值照样还是电源的内阻 这时要特别注意计算斜率时纵轴的刻度不从零开始 91 伏安法测电动势和内阻实验中测量值和真实值的比较 安培表内接在并联电路之内的电路 解 作U E Ir图线如图实线示 式中的U是路端电压 I应是通过电源的电流 I实 IA IV IA U RV 可见U越大 差值 I实 IA 就越大 U 0时 差值 I实 IA 也为0 实际的U I图线如图蓝虚线示 斜率增大 E测 E真r测 r真 该电路适用于滑动变阻器阻值很小 电源内阻很小 的情况 92 例1 利用如图a所示电路测量电池组的电动势E和内阻r 根据实验数据绘出1 I R图线如图b所示 其中R为电阻箱读数 I为电流表读数 不计电流表内阻 由此可以得到E V r 解 由闭合电路欧姆定律 由图象得k 0 5 V 截距b 0 5 A 2 1 93 例2 现有一特殊的电池 其电动势E约为9V 内阻r在35 55 范围 最大允许电流为50mA 为测定这个电池的电动势和内阻 某同学利用如图甲的电路进行实验 图中电压表的内电阻很大 对电路的影响可以不计 R为电阻箱 阻值范围为0 9999 R0是定值电阻 实验室备有的定值电阻R0有以下几种规格 A 10 2 5WB 50 1 0WC 150 1 0WD 1500 5 0W本实验应选用 其作用是 C 作为保护电阻 94 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出电压表的示数U 再改变电阻箱阻值 取得多组数据 作出了如图乙的图线 则根据该同学所作的图线可知图象的横坐标与纵坐标的比值表示 根据乙图所作出的图象求得该电池的电动势E为V 内电阻r为 回路中电流 解 由闭合电路欧姆定律得 化简得 可见图线的截距为1 E E 10V 图线的斜率为 r E 0 65 0 1 0 12 4 6 r 46 10 46 95 例3 小明的实验桌上有 A 待测电源一个 电动势约3V 内阻小于1 B 直流电流表 量程0 0 6 3A 0 6A档的内阻约0 22 3A档的内阻约0 1 C 直流电压表 量程0 3 15V 3V档内阻为15k 15V档内阻为25k D 滑动变阻器 阻值范围为0 15 允许最大电流为1A E 滑动变阻器 阻值范围为0 1000 允许最大电流为0 2A F 开关G 导线若干H 小灯泡 电阻小于1 假如你是小明 请你完成 1 利用给出的器材测电源的电动势和内阻有如图 甲 乙 两种电路 为了减小测量误差 应选择图所示电路 乙 96 2 根据你选择的电路将图 丙 中实物连接好 3 你选择的滑动变阻器是 填代号 理由是 4 小明根据测出的数据 作出U I图线如图 丁 a线所示 实验所测电源的电动势为E V 内电阻为r D 选择D电流适中且移动滑片时电流表示数较明显 3 0 0 75 97 5 若要利用给出的器材通过实验描绘出小灯泡的伏安特性曲线 请你在虚线框内画出实验电路 要求实验测出的数据尽可能多 6 将步骤 4 中得到的数据与步骤 5 得到的数据在同一U I坐标系内描点作图 得到如图 丁 所示的图线a b 如果将此电源与小灯泡组成闭合回路 此时小灯泡的实际功率为W 5 解 滑动变阻器分压接法 电流表外接法 如图示 6 解 a b图线的交点坐标为 2 4A 1 2V P 1 2 2 4 2 88W 2 88 题目 98 设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内 要求在图中标出电压表 电流表的接线柱的正负 为了满足本实验要求并保证实验的精确度 电压表量程应扩大为原量程的倍 电阻箱的阻值应为 2 998 3 99 解 图C电压不能从0测起 C错 图D中与G表并联的电阻应为电阻箱 D错 AB 100 例6 5分 用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻 1 在下面方框中完成所需电路 2 右图所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线 由图可知 图线与电压U轴的交点表示 电源 的内电阻电源 的内电阻 填 大于 小于或等于 3 图中两直线 的交点表示两个电路中相等 解 1 电路图如图示 电源的电动势 小于 3 交点表示外电压 电路中电流强度 外电路消耗电功率和外电路电阻相等 101 例7 09北京 21 18分 2 某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池 该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r 但是从实验室只借到一个开关 一个电阻箱 最大阻值为9 999 科当标准电阻用 一只电流表 量程Ig 0 6A 内阻rg 和若干导线 请根据测定电动势E内电阻r的要求 设计图4中器件的连接方式 画线把它们连接起来 接通开关 逐次改变电阻箱R的阻值 读处与R对应的电流表的示数I 并作记录当电阻箱的阻值R 2 6 时 其对应的电流表的示数如图5所示 处理实验数据时首先计算出每个电流值I的倒数1 I 再制作R 1 I坐标图 如图6所示 图中已标注出了 R 1 I 的几个与测量对应的坐标点 请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上 在图6上把描绘出的坐标点练成图线 根据图6描绘出的图线可得出这个电池的电动势E V 内电阻r 102 2 见答图4 见答图6 见答图6 1 5 1 46 1 54 0 3 0 25 0 35 103 例8 06天津 3 某研究性学习小组利用如图1所示电路测量电池组的电动势E和内阻r 根据实验数据绘出如图2所示的R 1 I图线 其中R为电阻箱的读数 I为电流表读数 由此可以得到E V r 2 90 9 104 例9 某同学在实验室先后完成下面两个实验 测定一节干电池的电动势和内电阻 描绘小灯泡的伏安特性曲线 1 用 实验测量得到数据作出U I图线如图中a线 实验测得干电池电动势为V 内电阻为 1 50 0 75 105 2 在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中 为减小实验误差 方便调节 请在给定的四个电路图和三个滑动变阻器中选取适当的电路或器材 并将它们的编号填在横线上 应选取的电路是 滑动变阻器应选取 E 总阻值15 最大允许电流2A的滑动变阻器F 总阻值200 最大允许电流2A的滑动变阻器G 总阻值1000 最大允许电流1A的滑动变阻器 C E 106 3 将实验 中得到的数据在实验 中同一U I坐标系内描点作图 得到如图所示的图线b 如果将实验 中的电池与实验 中的小灯泡组成闭合回路 此时小灯泡的实际功率为 若将两节与实验 中相同的干电池串联后与该小灯泡组成闭合回路 则此时小灯泡的电压为 实际功率为 解 P1 0 60 1 20 0 72W 0 72W 画出这时的U I图线如图c示 b c图线的交点坐标为 1 4A 0 9V P2 0 9 1 40 1 26W 0 9V 1 26W 题目 107 例10 在 测定电源电动势和内阻 的实验中 除待测电源外 足够的连接导线外 实验室仅提供 两只量程合适的电压表 以及一个电表的内阻 一只单刀双掷开关 1 画出实验原理图 2 写出用测量值表示的电源电动势和内阻的表达式 并注明式中量的含义 解析 依据题意可知 电压表的内阻已知 则可由电流 电压变换法用测出它所在支路的电流 类似方法一 设计实验电路原理图 108 可得 109 十四 多用电表的使用黑盒子测电阻二极管等 电阻刻度不均匀红黑表笔接法Rx R0 Rg r为中值电阻 110 欧姆表测电阻步骤 1 机械调零 检查多用电表的指针是否停在表盘零刻度线 若不指零 可用小螺丝刀旋动定位螺丝使指针指在左端电流零刻度处 2 选择合适挡 由于欧姆表的中值电阻是几十欧姆 而用欧姆档测电阻时指针指到中央附近读数比较准确 因此所选倍率比待测电阻的估计值小一个数量级 3 欧姆调零 将红 黑表笔短接 调整调零电阻旋钮使指针指在欧姆表零刻度线位置 若 欧姆零点 旋钮右旋到底也不能调零 应更换表内电池 4 测量读数 将表笔搭接在待测电阻两端 如果指针在中央附近 表针示数乘以倍率 即为待测电阻的阻值 如果指针靠近左右两端 可根据 大量程大角度偏 小量程小角度偏 规律选择合适倍率重新调零 按步骤3 4进行 5 多用电表用完后 将选择开关置于 OFF 挡或交变电压的最高挡 拔出表笔 大量程大角度偏小量程小角度偏 换档重新调零测量完毕旋离 示数不用估读示数要乘倍率 2020 1 7 111 111 甲 乙 两位同学用过多用电表以后 分别把选择开关放到图中甲 乙所示的位置 你认为谁的习惯比较好 思考与讨论 思考与讨论 112 实验原理 1 多用电表的上半部分表盘 下半部分为选择开关 周围标有测量功能的区域及量程 将多用电表的选择开关旋转到电流挡 多用电表内的电流表电路就被接通 将多用电表的选择开关旋转到电阻挡 多用电表的欧姆表电路就被接通2 测电阻是依据闭合电路欧姆定律 测电流和电压是依据申联和并联特点及部分电路欧姆定律 3 二极管的特性是单向导电性 当二极管加上一定的反向电压时 它的电阻值变得很大 就像断开的开关一样 113 实验思考题 1 多用电表有多少种功能 各有几个量程或者挡次 使用前要先检