高中物理电学实验专题.doc

日照实验高中2014级高二物理导学案电 学 实 验 专 题编写：张念民一、电学实验中所用到的基本知识在电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）、测电源的电动势与内电阻是考查频率最高的实验。它们用到的基本原理公式为： 和 。对于电路中电压U及电流I的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。1 电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路有一定的灵活性，但解决时应掌握和遵循最基本的原则，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。1 正确性：实验所依据的原理应当符合物理学的基本规律。2 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。3 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。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。2 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、电压可能有很大变化的，一般不宜采用。 应根据实验的基本要求来选择仪器，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：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。3电流表内外接法的选取测量电路的选择（1）原理：（2）电流表外接法电路图：误差分析：产生误差的原因： 适用于测量：（3） 电流表内接法电路图：误差分析：产生误差的原因：适用于测量：（4） 内、外接法的判断方法：abc在、均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将a端与b、c接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。甲乙4滑动变阻器接法的选取控制电路的选择为了改变测量电路（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，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：（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：（不计电源内阻） 。选取滑动变阻器接法的原则：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，因限流电路结构简单，总功率较小。例1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻Rx（约100 ）；直流电流表（量程010 mA、内阻50 ）；直流电压表（量程03 V、内阻5 k）；直流电源（输出电压4 V、内阻不计）；滑动变阻器（015 、允许最大电流1 A）；开关1个，导线若干。根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【总结】5电表的改装：电流计G的原理和主要参数电流计G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用产生偏转的原理制成的，且指针偏角与电流强度I成正比，即kI，故表的刻度是 均匀 的。 电流表的主要参数有： 表头内阻Rg：即电流表线圈的电阻 满偏电流Ig：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏； 满偏电压U：即指针满偏时，加在表头两端的电压， 故Ug IgRg电流表改装成电压表改装的目的是：测量更大的电压方法：电流表改装成电流表 改装的目的是：测量更大的电流方法：说明：改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。 例2：一灵敏电流计，允许通过的最大电流（满刻度电流）为Ig=50A，表头电阻Rg=1k，1）若改装成量程为Im=1mA的电流表，应如何改装？2）若将改装后的电流表再改装成量程为Um=10V的电压表，应如何改装？例3：一伏特计由电流表G与电阻R串联而成，如图所示。若在使用中发现此伏特计的读数总比准确值稍小一些，采用下列哪种措施可能加以改进？（ ）A、在R上串联一比R小得多的电阻；B、在R上串联一比R大得多的电阻；C、在R上并联一比R小得多的电阻；D、在R上并联一比R大得多的电阻； 例4：如图所示，四个相同的电流表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V2的量程，把它们按图接入电路，则安培表A1的读数 安培表A2的读数；安培表A1的偏转角 安培表A2的偏转角；伏特表V1的读数 伏特表V2的读数；伏特表V1的偏转角 伏特表V2的偏转角；（填“大于”，“小于”或“等于”） 例5：一多量程电压表内部电路如图所示.其中电流计G的内阻Rg=15，满偏电流Ig=1mA，则R1= ，R2= . 6实物图的连接：注意事项： 接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。 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： 先画出电路图。 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。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。二、多用电表的原理和使用1欧姆表原理与使用欧姆表是由 改装而成，它内部主要有 、 、 。欧姆表内部电路如图所示，G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的表头。红黑表笔短接，即红黑表笔间电阻等于零时，调节R使电流表恰好指针满偏（指针指在右端），将此时指针所指的刻度线标为 ，由闭合电路的欧姆定律知Ig= 。保持R不变，在红、黑表笔间接一电阻时，使电流表指针恰好指到满偏的一半，即处，则此时，此处电阻刻度为称为中值电阻。当红、黑表笔间断开时，电路不闭合，电流表指针指在电流 刻度上，表示此时红黑表笔间的电阻为 。由闭合电路欧姆定律_知，每一个电流值都对应一电阻值R，将电流刻度换成电阻标度，即将电流表改装成 表，就可直接测电阻了。欧姆表测量电阻的使用方法： 选择适当挡位，使指针在中值电阻附近 将两表笔短接，调节R，使指针满偏 将待测电阻接在两表笔之间，读出示数并乘以倍率，即为被测电阻阻值 若换挡要重新调零 测完后将选择开关拨到交流电压最高挡或“OFF”挡上 特别提醒：欧姆表的表盘刻度不均匀，而电压表和电流表表盘刻度是均匀的使用多用电表前，应检查指针是否停在刻度线左端的“0”位置如果没有停在“0”位置，要用螺丝刀轻轻转动机械调零旋钮，使指针指零，再将红、黑测试表笔分别插入“”“”插孔测量前务必保证待测电阻从原电路中断开。2多用电表测量直流电压实验步骤： 功能选择开关旋转到直流电压挡根据待测电压的估计值选择量程如果难以估测待测电压值，应按照由大到小的顺序，先将选择开关旋转到最大量程上试测，然后根据测量出的数值，重新确定适当的量程进行测量测量时，用红黑测试表笔使多用电表跟小灯泡L并联，注意使电流从“”插孔流入多用电表，从“”插孔流出多用电表，检查无误后再闭合开关S.根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数3多用电表测量直流电流仿照电压的测量步骤进行测量注意不同的是： 4判断二极管的正负极二极管具有单向导电性，加正向电压时电阻很小，加反向电压时，电阻值很大将多用电表打到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红笔表接“负”极时，电阻示数较小，由此可以断出二极管的极性特别注意：（1）用多用电表测量电压、电流、电阻前是否都要“调零”？方法是否相同？答案：都需要调零，方法不同，测量电压或电流时先把功能选择开关旋转到电压挡或电流挡，再调整表盘上的“指针定位螺丝”使指针指在零刻度；测量电阻时先机械调零再把选择开关旋转到电阻挡，把两表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指在零刻度，改变不同倍率的欧姆挡后必须重新调零（2）用多用电表测黑箱时，一定要先用电压挡判断其内有无电源，确定无电源后才能使用欧姆挡测量（3）用多用电表测电流和电压时，要先选择量程再进行测量，且不要把量程当成倍率 例6如图所示为一可供使用的多用电表，S为选择开关，Q为电阻挡调零旋钮现在要用它检测两个电阻的阻值(图中未画电阻)已知阻值分别为R160，R2470k，下面提出了在测量过程中一系列可能的操作，请你选出能尽可能准确地测定各阻值和符合多用电表安全使用规则的各项操作，并且将它们按合理顺序填写在后面的横线上A旋动S使其尖端对准电阻挡1k B旋动S使其尖端对准电阻挡100 C旋动S使其尖端对准电阻挡10 D旋动S使其尖端对准电阻挡1 E旋动S使其尖端对准1000F将两表笔分别接到R1的两端，读出R1的阻值，随后即断开G将两表笔分别接到R2的两端，读出R2的阻值，随后即断开H两表笔短接，调节Q使表针对准电阻挡刻度盘上的0，随后即断开所选操作及其顺序为(用字母代号填写)：_.(操作：步骤可以重复选用)例7(2009黄冈模拟)实验室新进了一批电阻，课外活动小组的同学用多用电表粗测电阻的阻值，操作过程分以下几个步骤,请你完成操作步骤中第两步将红、黑表笔分别插入多用电表的“”“”插孔；选择开关旋至电阻挡“10”；将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮使欧姆表指针指零；把红、黑表笔分别与电阻的两端相接，此时多用电表的示数如图所示；_；_；把红、黑表笔分别与电阻的两端相接，读出多用电表示数；将选择开关旋至OFF挡，取出红、黑表笔例8在右图所示电路的三根导线中，有一根是断的，电源，电阻R1、R2及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生想先将多用电表的红表笔直接接在电源的正极a，再将黑表笔分别连接在电阻器R1的b端和R2的c端，并观察多用电表指针示数，在下列选挡中符合操作规程的是 () A直流10V挡 B直流0.5A挡 C直流2.5V挡 D欧姆挡 三、电阻测量类实验1欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的精确测量提供一个参考依据。2伏安法：伏安法需要的基本测量仪器是电压表和电流表。 有时需对电表量程进行改装。伏安法可以测量电阻（率），测量功率，描绘伏安特性曲线。伏安法测电阻例9某同学测量阻值约为25 k的电阻Rx，现备有下列器材：A电流表(量程100 A，内阻约2 k)； B电流表(量程500 A，内阻约300 )；C电压表(量程15 V，内阻约100 k)； D电压表(量程50 V，内阻约500 k)；E直流电源(15 V，允许最大电流1 A)； F滑动变阻器(最大阻值1 k，额定功率1 W)；G开关和导线若干电流表应选_，电压表应选_(填字母代号)该同学正确选择仪器后连接了以下电路，如图所示，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在连线上存在的问题：_；_.例10用伏安法测量电阻阻值R。给定电压表（内阻约为50k）、电流表（内阻约为40）、滑线变阻器、电源、电键、待测电阻（约为250）及导线若干。（1）画出测量R的电路图。（2）图中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，做出图线，求出的电阻值R 。（保留3位有效数字）例11用伏安法测定一段阻值约为5左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：A电池组（3V，内阻1） B电流表（03A，内阻0.0125）C电流表（00.6A，内阻0.125） D电压表（03V，内阻3k）E电压表（015V，内阻15k） F滑动变阻器（020，额定电流1A）G滑动变阻器（02000，额定电流0.3A） H、电键、导线上述器材中应选用的是_（填写各器材的字母代号）。做出电路图。描绘小灯泡的伏安特性曲线例12某同学想描绘一只标称为“2.5V，1.5W”的小灯泡的伏安特性曲线，实验室提供下列器材：A电流表A1（量程3.0A，内阻约0.2） B电流表A2（量程0.6A，内阻约1）C电压表V1（量程3.0V，内阻约3k） D电压表V2（量程15.0V，内阻约10k）E滑动变阻器R1（最大阻值为5，最大允许电流为2A）F滑动变阻器R2（最大阻值为500，最大允许电流为0.5A）G电源E（电动势3V，内阻为0.25） H电键、导线若干 U/VI/A0.40.81.21.62.02.42.8O 0.1 0.2 0.30.40.5为了更好地完成实验，应选择的器材为：电流表 ，电压表 ，滑动变阻器 ；（选填器材前面的字母）请你在下面的方框中作出实验原理图；正确连接电路后，该同学测出如下表所示的实验数据，请你在坐标纸上描出该灯泡的伏安特性曲线；实验次数12345678电压U/V00.200.400.801.201.602.002.40电流I/A00.110.210.330.400.450.480.52例13在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验时，所用器材有：电动势为6 V的电源，额定电压为2.5 V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线要求能测出尽可能多组数据图8是没有连接完整的实物电路(已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根)(1)请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；(2)连好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，但电压表有示数，电流表几乎不偏转，则故障的原因可能是_；(3)排除故障后闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2 V，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向_端滑动(选填“左”“右”)；(4)通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表的读数，并绘制成了如图所示的UI图象根据UI图象提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率是_ W； (5)图线是曲线而不是过原点的直线，原因是_.测金属的电阻率例14(1)在测定金属的电阻率实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图 (a)所示，读数为_mm.(2)在某实验中，用游标为20分度的卡尺测量摆球的直径，示数如图(b)所示，读数为_cm.例15某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率.步骤如下：(1)用20分度的游标卡尺测量其长度如图甲所示，可知其长度为_ mm；(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为_ mm；甲乙 (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，表盘的示数如图所示，则该电阻的阻值约为_ ；(4)为更精确地测量其电阻，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03 mA，内阻约50 ) 电流表A2(量程015 mA，内阻约30 )电压表V1(量程03 V，内阻约10 k) 电压表V2(量程015 V，内阻约25 k)滑动变阻器R1(阻值范围015 ) 滑动变阻器R2(阻值范围02 k)直流电源E(电动势4V，内阻不计) 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，请画出测量用的正确电路图，并标明所用器材的代号 例16在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm （1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数应为_mm（该值接近多次测量的平均值）（2）用伏安法测金属丝的电阻Rx实验所用器材为：电池组(电动势为3V，内阻约1)、电流表(内阻约0.1)、电压表(内阻约3k)、滑动变阻器R(020，额定电流2A)、开关、导线若干某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520 由以上数据可知，他们测量Rx是采用图2中的_图(选填“甲”或“乙”)VARSRxRS图2乙甲VARx0 I/A U/V 0.5 1.5 2.5 2.0 1.0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 （3）图3是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端请根据图(2)所选的电路图，补充完成图3中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏PRx图3（4）这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图4所示，图中已标出了测量数据对应的4个坐标点请在图4中标出第2、4、6次测量数据坐标点，并描绘出UI图线由图线得到金属丝的阻值Rx=_(保留两位有效数字) （5）根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为_(填选项前的符号) A110-2m B110-3m C110-6m D110-8m （6）任何实验测量都存在误差本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是_(有多个正确选项) A用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C若将电流表和电压表内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D用UI图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差3测量电阻的特殊方法等效替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。例17在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值Rx，现有如下器材：读数不准的电流表A、定值电阻R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。1 出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。2 写出主要的实验操作步骤。伏安法拓展：某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理。例如：例18用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1750；电压表V2，量程为5V，内阻r22500；滑动变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关K，导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。例19用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下：电流表A1（量程250mA,内阻r1为5)；标准电流表A2（量程300mA,内阻r2约为5）；待测电阻R1（阻值约为100）；滑动变阻器R2（最大阻值10）；电源E（电动势约为10V，内阻r 约为1）；单刀单掷开关S，导线若干。要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.要直接测量的物理量是_,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1_。四、电表内阻的测量方法1互测法：电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻：VAVAV1V2A2A1两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻：两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻：V2V1RRA1A22等效替代法：R21SV1VR21SA1 A 3、半偏法：测电流表内阻和测电压表内阻都可以用半偏法，电路图如图所示。甲图实验时先断开开关S，闭合S，调整滑动变阻器R01（限流法连接），使电流表A满度（即指针指满刻度处）；再闭合S，调整电阻箱R1，使电流表A的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电流表A的电阻rA=R。测量结果偏 。乙图实验时先闭合开关S及S，调整滑动变阻器R02（分压法连接），使电压表V满度；再断开S，调整电阻箱R2，使电压表V的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电压表V的电阻rV=R。测量结果偏 。五、测电源的电动势和内阻1测量电路如图2数据处理方法第一、计算法测两组端电压U和电流I值，然后通过以下式子求解。EU1I1rEU2I2r第二、图象法通过调节滑动变阻器，取得多组（U，I）值，然后在坐标中描点，连成直线用图象处理问题，须注意以下几点：连直线的方法：让尽可能多的点在直线上，直线两则分布的点的个数大致均匀偏离直线较远的点舍去。纵轴截距的含义：横轴截距的含义：斜率的含义：3实验误差分析（1）偶然误差：主要来源于电压表