福建省晋江市首峰中学高考物理总复习 电学实验(1).doc

首峰中学电学实验专题iu一、电学实验中所用到的基本知识1、欧姆定律与电阻定律：与（各种电阻的伏安特性曲线如右图）金属的电阻随温度的升高而增大u外 iei0锰铜、镍铜的电阻几乎不随温度而变，可用于做标准电阻。半导体的电阻随温度的升高而减小2、闭合电路欧姆定律（任意可用）结论：r e / i0 tan 其他表达形式有：e=u外+u内（任意可用） （适用于纯电阻）（适用于纯电阻）二、伏安法测电阻的基本知识一个完整的伏安法测电阻的电路应包括两部分：测量电路和控制电路1、测量电路：（由于实际的电表都有内阻，导致测量时会有误差，故测量电路有2种）电流表的内、外接问题：（甲）所示电路为电流表外接电路（简称外接法）；（乙）所示电路为电流表内接电路（简称内接法）。设电流表、电压表内阻分别为、，被测电阻为，则当时，电流表分压作用小，应选用内接法当=时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可。结论：小外偏小，大内偏大2、控制电路甲乙控制电路至少包括：电源，开关及滑动变阻器（用来改变待测电阻的电压和电流），滑动变阻器也有2种接法（其中rx部分是上面的测量电路）如图（甲）为滑动变阻器的限流式接法，（乙）是滑动变阻器的分压式接法。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。三、课本上的实验1、测定金属的电阻率（分压式和限流式都可以）【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【例题】在测定金属的电阻率的实验中，金属导线长约0.8m，直径小于1mm，电阻在5左右。实验主要步骤如下：用_测量金属导线的长度，测3次，求出平均值l；在金属导线的3个不同位置上用_测量直径，求出平均值d；用伏安法测量金属导线的电阻r。在方框中画出实验电路图，并试把右图中所给的器材连接成测量r的合适的线路。图中安培计要求用0-0.6a量程，内阻约1；伏特计要求用0-3v量程，内阻约几k；电源电动势为6v；滑动变阻器阻值0-20。在闭合电键前，滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。 根据以上测量值，得到该金属电阻率的表达式为=_。参考答案：米尺；螺旋测微器；外接法，限流或分压都可以，2、描绘小电珠的伏安特性曲线本实验用伏安法测量在不同电压下灯丝的电流和电压，描绘出伏安特性曲线。由于使用的小电珠是（3.8v，0.3a）的，正常发光时灯丝电阻是13，阻值较小，因此应该用电流表外接法电路；由于要测小电珠在不同电压下的电流、电压，电压取值范围要尽量大，因此滑动变阻器应该用分压电路。电路图如右【例题】(2009江西师大附中)在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，采用的仪器有：电源e(电动势6v，内阻不计)；额定电压4.0v的小灯泡l；电流表a(量程0.6a，内阻约2)；电压表v(量程5v，内阻约15k)；滑动变阻器r(最大阻值15)；开关s，导线若干实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调(1)在做实验时，构成的实物电路如图所示：请指出实物电路中的错误之处：_；_(2)请在虚线方框中画出实验所用的正确电路原理图(3)如图所示为某同学根据正确的实验电路图所测的几组数据画出的iu图象，图象是一条曲线而不是直线的原因是_；从图象中可求得小灯泡正常发光时的电阻是_.参考答案：(1)：电流表没有接成外接电路：滑动变阻器没有接成分压电路(2)见图(3)灯丝电阻随温度而改变10(9.5到10.5之间都给分)3、测定电源的电动势和内阻【实验原理】改变r的阻值，从电压表和电流表中读出几组i、u值，利用闭合电路的欧姆定律求出几组、r值，最后分别算出它们的平均值。此外，还可以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（如图）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。u/vi/a0809101103020101512141304丙【例题】某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内电阻。已知干电池的电动势约为1.5 v，内阻约为1；电压表(0一3v，3k)、电流表(00.6a，1.0)、滑动变阻器有r1(10，2a)和r2(100，0.1 a)各一只（1)实验中滑动变阻器应选用(填“r1”或“r2”)。(2)在图乙中用笔画线代替导线连接实验电路。甲ave rs 乙(3)在实验中测得多组电压和电流值，得到如图丙所示的ui图线，由图可较准确地求出该电源电动势ev；内阻，r。答：（1）r1 （2）略 （3）1.5 0.85四、电表的改装1、电压表和电流表（1）电流表原理和主要参数电流表g是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的，且指什偏角与电流强度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ugigrg（2）电流表改装成电压表方法：串联一个分压电阻r，需串联的电阻值（3）电流表改装成电流表方法：并联一个分流电阻r，需并联的电阻值，需要说明的是，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。【例题】（2010天津卷9.（3）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。答案：电流表a不能准确测量出流过电压表v1的电流；测量电压表v1内阻的实验电路如图所示；，表示的电压，表示和串联的总电压。五、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，用“伏安法”的替代形式“比较法”来设计实验方案。利用已知内阻的电压表:利用“伏伏”法测定值电阻的阻值【例题】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。【解析】如图所示 利用已知内阻的电流表：利用“安安”法测定值电阻的阻值【例题】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.需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_。【解析】实验电路图如图所示。两电流表a1、 a2的读数为i1、i2和电流表a1的内阻为r1，待测电阻r1的阻值的计算公式是：电压表、电流表混合用【例题】有一电阻rx，其阻值在100200之间，额定功率为0.25w。要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：安培表a1，量程为50ma，ra1=100安培表a2，量程为1a，ra2=20电压表v1，量程为5v，rv1=10k电压表v2，量程为15v， rv2=30k 变阻器r1，变阻范围020 ，2a变阻器r2，变阻范围01000，1a9v电源，电键，导线。实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是： 画出所用实验电路图。【解析】允许通过电阻中电流可能的最大值由：得，。因为电阻可能为200，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35ma，应用电流表的示数来控制通过电阻的电流，因此，电流表应选a1。又因为,所以 。因为电阻可能为100，所以允许加在电阻两端的电压的最大值可能是5v，应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应选v1。因为r1 r2,且2a35ma, 所以应选变阻器r1。因为r1rx 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。因为, 所以应选用外接电路。实验所用电路如图所示【变式题】（2006年广东）某同学设计了一个如图甲所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组（电动势约3 v）、电流表（量程0.6 a，内阻小于1 ）、电阻箱（099.99 ）、滑动变阻器（010 ）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干。考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略。该同学按图甲连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为0.20 。试分析该测量产生误差的原因是_。简要写出利用图甲所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：/a1r/图乙_；_；图乙是由实验数据绘出的图象，由此求出待测干电池组的电动势e_v、内阻r_ 。（计算结果保留三位有效数字）p图甲ksrarabcde ra【解析】由测定电源电动势和内阻实验的原理知，此种接法出现误差的原因是电流表的分压作用。而，图线的斜率表示电源电动势的倒数，据此得出电动势e2.81v, 内 阻r2.33。若不能正确理解图象的物理意义，则无法得出正确的答案。【答案】并联电阻箱后线路总阻值减小，从而造成总电流增大 调节电阻箱r，断开开关k，将开关 s接d，记录电阻箱的阻值和电流表示数；断开开关d，再次调节电阻箱r，将开关s接d，记录电阻箱的阻值和电流表示数 2.81、2.33 【练习】1为了测定一个“6v，3w”的小电珠在不同电压下的功率，除小电珠外，还给定以下器材：a量程为0.6a，内阻约5的电流表 b量程为3a，内阻约0.5的电流表c量程为3v，内阻约10k的电压表d量程为6v，内阻约20k的电压表e电动势为9v的电源f滑线变阻器r1（阻值为10，额定电流为1a）g滑线变阻器r2（阻值为1k，额定电流为0.5a）h单刀单掷开关一个，导线若干测量时要求电珠两端的电压从0开始连续调节。实验应选择的仪器除小电珠外，还有 （填写器材前的字母）在上面的方框中画出实验所需的电路图。2图1中电源电动势为e，内阻可忽略不计；电流表具有一定的内阻，电压表的内阻不是无限大，s为单刀双掷开关，r为待测电阻。当s向电压表一侧闭合时，电压表读数为u1，电流表读数为i1；当s向r一侧闭合时，电流表读数为i2。根据已知条件与测量数据，可以得出待测电阻r 。v juyma juyesr图1ers图2根据图1所给出的电路，在图2的各器件实物图之间画出连接的导线。3.（07年广东试题）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=1.7108 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。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”；_；av5000/v2500/vna2.5 5.0 2.5pvoff1001012.5105025050050025050102.51101001kvvma+avrxrpabesaavrxrpabesbarxrpabescavrxrpabesdv（a）（b）图9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。02520图1030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；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；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）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）_4.（2006年全国）现要测定一个额定电压4v、额定功率1.6w的小灯泡（图中用表示）的伏安特性曲线。要求所测电压范围为0.1v4v。现有器材：直流电源e（电动势4.5v，内阻不计），电压表（量程4.5v，内阻约为4104），电流表（量程250ma，内阻约为2），电流表（量程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。如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是 ，下面两个电路应该选用的是 。5在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：a电流表 (量程3ma，内阻rg10)b电流表(量程006a，内阻约为01)c滑动变阻器