高中物理实验教程(电学部分).doc

高中物理实验教程(电学部分)【知识与技能目标】项目目标要求目标层次了解理解应用独立操作1.用描迹法画出电场中平面上的等势线1.灵敏电流计的使用2.组成实验电路3.电场中平面上的等势线的描绘2.描绘小电珠的伏安特性曲线1.电流表、电压表的使用和读数2.分压式电路的连接3.描绘小电珠的伏安特性曲线【过程和方法目标】项目目标要求目标层次AB1.用描迹法画出电场中平面上的等势线1.电流的方向与灵敏电流计指针的偏转方向的关系的判定2.正确组装实验并描绘等势线2. 描绘小电珠的伏安特性曲线1.准确读数的方法2.实验电路的组成与安装3.画出U-I曲线,分析其变化规律【情感态度与价值观目标】略学生实验(一) 用描迹法画出电场中平面上的等势线【实验预习】1. 欧母定律I=U/R中各量的物理意义是什么?本实验是怎样利用欧母定律找出等势点的?2. 本实验描绘的等势线是真正的静电场中的等势线吗?3. 由于导电纸上不便描绘等势线,因此采用了复写纸将导电纸上等势点复印在一张白纸上,此时导电纸上有导电物质的一面是朝上还是朝下?【实验目的】1用描迹法画出电场中平面上的等势线2培养学生在电场中的空间想象能力【实验原理】 用导电纸上形成的电流场来模拟静电场，当在电流场中与导电纸接触的两根探针尖端的电势差为零时，与探针相连的电流计中通过的电流强度为零，指针不偏转。从而可以利用灵敏电流计找出电场中的等势点，并依据等势点进行等势线的描绘。【实验器材】 1.学生用的低压电源或电池组（电压约6伏）；2.灵敏电流计;3.电键;4.一个平整的木板;5.白纸;6.复写纸;7.导电纸;8.圆柱形金属电极两个;9.探针两根;10.图订;导线若干.【实验步骤】1.在平整的木板上,由下而上依次铺放白纸、复写纸、导电纸各一张,导电纸应将导电面朝上,再用图订把它们一起固定在木板上.2在导电纸上相距约10cm处平放两个圆柱形电极（如果没有圆柱形电极，也可用两枚图订代替），并将电极分别与6V直流电源的正负极相连(如图1所示)3.将两根探针分别接到电流计的“+”、“-”接线柱上。4在导电纸上画两个电极的连线AB，在连线上取间距大致相等的5个点作为基准点，并用探针把它们的位置复印在白纸上。5接通电源，将一探针跟AB连线上的某一基准点相接触，然后在导电纸上AB连线的一旁约1cm处轻轻移动另一根探针，直到使电流计的指针不再发生偏转，用探针把这一点的位置复印在白纸上。6按步骤5的方法在这个基准点的两侧逐步由近及远探测45个等势点,相邻两个等势点间的距离约为1cm. 图1 7.用步骤5、6的方法探测出另外4个基准点的等势点。 8断开电源，取出白纸，将5组等电势点分别连接成5条平滑的曲线，这就是5条等势线。【实验记录】将描绘的等势线贴在下面空白处。【实验分析】 本实验所描绘出的等势线的形状应与等量异种点电荷电场中的等势线相似。在实验操作都正常的情况下，若该等势线与等量异种点电荷的等势线相差较远，表明导电纸的电阻分布不均匀；若个别点偏离相应等势线较远，则可能是接触不量造成的。【实验结论】 本实验所描绘的即是等量异种点电荷的电场中一个平面上的等势线。【实验反思】 同此实验的原理相仿，能否设计一个实验，来描绘等量同种点电荷间的点场或带电平行板间的电场或带电同轴柱面间的电场的等势线？【方法举例】 例1在用恒定电流场模拟静电场描绘电场中等势线的实验中:(1) 在下列给出的器材中，应选用的是（用器材前面的字母表示）_ A. 6V交流电源 B. 6V直流电源 C. 100V直流电源 D. 量程01.0V、零刻度在中间的电压表 E. 量程00.6A、零刻度在中间的电流表 F量程0300A、零刻度在中间的电流表（2）在实验中按下开关，接通电路，若一根 探针分别与基准点B的两侧的两点A、C探触（如图2所示），则当探针与A点接触时，电流计的指针应_,当探针与C点接触时,电流表的指针应_(填“左偏”、“右偏、” 或“指零”.已知电流表中的电流从正接线柱流入负接线柱流出时,电流表的指针向右偏) 分析和解: 图2(1)因为直接描绘点电荷产生的静电场中的等势线十分困难,而某些恒定电流场和静电场的分布规律很相似,所以本实验用在导电纸上形成的恒定电流场来模拟静电场做实验,必须是直流电源才能保证电流恒定,同时要保证操作安全,应该使用低压电源,所以电源选B.当电场中某两点间的电势差为零时,则接入这两点间的电路上应没有电流通过,所以应该用灵敏电流计来检测,故电流表应选F.(2)根据电流场中等势线的分布规律,我们可以断定A点电势要低于B点的电势,C点的电势要高于B点的电势.而红色的探针是接电流表的正接线柱的,黑色探针是接电流表的负接线柱的.因此,当红色探针与A点接触时,电流表的指针应向左偏;当烘红色探针与C点接触时,电流表的指针应向右偏.例2.实验室中灵敏电流计的接线板上通常有三个接柱(如图3所示),使用时应先使用_和_接线柱,若指针偏转不明显,再将_接到_ 接线柱上,若该实验中没有灵敏电流计,能否用内阻较大的电压表代替?用内阻小的电压表呢?如果能用电压表代替,具体做法怎样? 分析和解: 灵敏电流计的接线板上的“-”接线柱公用接线柱，G0与“-”接线柱之间只有线圈的电阻，G与“-”接线柱之间串联了一个保护电阻。 图3 因此，使用时应先使用“-”和G接线柱，若指针偏转不明显，再将G接线柱换到G0接线柱上。 若该实验中没有灵敏电流计，也可以用内阻较大的电压表代替，但不能用内阻较小的电压表代替。因为使用内阻小的电压表接入电路后，由于分流作用，将会影响导电纸上原电流场的分布。使用内阻较大的电压表代替时的具体做法是：将电压表的一端对应的接某一电极，另一端接探针，使探针与某一基准点接触，读出电压表的示数，再在该基准点附近移动探针，找出与电压表读数相等的点即为等势点。同理找出其余各基准点的等势点。【能力训练题】1.在描绘电场中平面上的等势线的实验中,若将电源电压提高为原来的两倍,则以下说法中正确的是( )A. 所描绘的等势线的形状与原来相同B. 所描绘的等势线的形状与原来不同C. 找基准点的等势点时每次移动探针的跨度比不提高电源电压时应适当大些D. 找基准点的等势点时每次移动探针的跨度比不提高电源电压时应适当小些2. 在描绘电场中平面上的等势线的实验中,如果没相差0.2V就画一条等势线,那么这些等势线在空间的分布是( )A. 以电极连线为中心的轴对称B. 以电极连线的中垂线为中心的轴对称C. 等势线之间的距离相等D. 距电极越近等势线越密3. 用电流场模拟静点场描绘电场中等势线,如图4所示中哪些情况是能够实现的?( )A. A图中是圆柱形电极A、B均接电源正极的，用以模拟等量正电荷的电场BB图中是在圆环圆心处的圆柱形电极A接电源正极，圆环形电极B接电源负极的，用以模拟正点电荷的电场CC图中是两平行的长条形电极A、B分别接电源正、负极的，用以模拟匀强电场DD图中是圆柱形电极A接电源负极的，用以模拟负点电荷的电场 图44关于探测等势点的操作方法的下列说法中,那些是正确的?( )A.将两根探针压在导电纸上同时慢慢移动,当看到电流表指针没有偏转时,手就停止滑动,并把两根表笔的位置同时复印在白纸上,如此反复滑动,便可得到许多等势点,描绘出等势线B.将一根探针始终与一个圆柱形电极接触,让另一根探针在导电纸上慢慢滑动,每发现电流表指针指零时,探针就停下来,并把该位置复印在白纸上,把这些位置用平滑曲线连接起来就是等势线C.将一根探针压在某个基准点上,让另一根探针在导电纸上慢慢滑动,滑到一个位置电流表的指针无偏转时,这点就是该基准点的等势点,把这一位置复印在白纸上后,再以这一点为新的基准点,探测与之电势相等的新的点,如此下去,在每侧得到4-5个等势点D. 将一根探针压在某个基准点上,让另一根探针在导电纸上慢慢滑动,当电流表指针无偏转时就找到一个等势点,把这一位置复印在白纸上,然后再探测新的等势点 aA O Bb 图55.某同学在一次实验中得到如图5所示的等势线,电极A为正,电极B为负,若一电子在电场中从图中的a点移到b点,电势能_(填“增加”、“减少”或“不变”)，并在图中画出电场的电场线在该实验中若将电极A、B间的电压增加为原来的3倍，则a点的电场强度_(填“增加”、“减少”或“不变”)，ab间的电势差_(填“增加”、“减少”为原来的几倍或“不变”)6.在用电流场模拟静点场描绘电场中等势线的实验中,为尽量减少实验误差:(1) 应该选用器材是( )(用器材前的字母表示)A 1.0V直流电源fA Ba b c d eB 6.0V直流电源C 100V直流电源D 100A零刻度在中央的电流表E 10mA零刻度在中央的电流表 F 0.6A零刻度在中央的电流表(2) 如图6所示中,abcde为电极AB连线上的5个等间距的基准点,df的连线与AB连线垂直.若电流表的两表笔 图6分别接触df两点时,电流表指针反偏(电流从红表笔流进时,指针正偏),则电流表的红表笔接在_点;此时,要使指针指在零刻线,应将接触f点的探针(即表笔)向_移动(填左或右) 答案：1.AD 2.ABD 3.BC 4.D 5.增加、根据电场线与等势线相互垂直作图（图略）,增加、增为原来的3倍，6.(1)BD (2)f; 右(二)描绘小电珠的伏安特性曲线【实验预习】 1. 小电珠的电阻较小, 因此本实验的电路采用电流表内接法还是外接法?2. 在描绘U-I图线时,要求测出一组包括零在内的电流、电压值,并且使加在小灯泡上的电压能在较大范围内调节,滑动变阻器在电路中应采用分压式还是限流式?3. 对一只灯泡来说,不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值会相同吗? 【实验目的】1. 练习使用电压表和电流表,并能准确读数2. 练习分压式电路的连接和使用3. 描绘小电珠的伏安特性曲线,分析其变化规律【实验原理】如图1所示,根据分压电路的分压作用,当滑片P由A端向B端逐渐移动时,流过小电珠的电流和小电珠两端的电压,由零开始逐渐变化,分别由电流表和电压表读出其数值大小,将各组U、I值描绘到U-I坐标上， 图1用平滑的曲线连接各点，即得伏安特性曲线。【实验器材】1“3.8V、0.3A”或“4V、0.7A”小电珠;2.电流表;3.电压表;4.滑动变阻器;5.4-6V学生电源;6.电键;7.导线若干【实验步骤】1.恰当选取电压表和电流表的量程,按图1所示电路图连接好电路2.先把滑动变阻器的滑动片P移到A端,再合上电键3.逐渐将滑片P向B端移动,并在“0-3.8V”或“0-4V”范围内记录10组左右的电压值U和相应的电流值I至【实验记录】的表格中4.打开电键,断开电路5.将记录的U、I值描绘到U-I坐标中，并画出U-I曲线【实验记录】次数物理量123456789101112U/VI/A【实验结论】 小电珠的伏安特性曲线呈非线性特征。【实验分析】 U-I图线并不是一条直线，在小电珠两端的电压逐渐加大的过程中，由于灯丝中的电流增大，温度升高，电阻变大。因而其伏安特性曲线呈非线性特征。【方法举例】例1如图2所示，是某同学在描绘小电珠的伏安特性曲线时，描出的其中一段AB曲线，试分析该电珠两端的电压由3V增大到6V时，电阻是变大了还是变小了？改变了多少？分析和解:根据欧姆定律有RA=UA/IA=3V/0.10A=30RB=UB/IB=6V/0.15A=40R=RB-RA=40-30=10通过数据分析我们可以看到,随着电珠两端电压的增大,它的电阻也在变大,当电压从3V增大到6V时,电阻增加了10.请注意:不能用R=U/I=3V/0.05A=60来求解,因为该电珠的伏安特性曲线并不是一条直线,即I=U/R为非线性关系, 图2因此不能用R=U/I求解. 例2.标有“220V100W”和“220V60W”字样的两只灯泡，测得其伏安特性曲线如图3所示，将这两只灯泡串联后再接到220V的电路中，这时两只灯泡消耗的电功率之比是（ ） 图3 A. 5:3 B. 3:5 C. 5:8 D. 1:3分析和解：由图线可知，这两只灯泡串联后，再接到220V的电路中，工作时灯泡的电流相同，而两端的电压不相同，但电压之和应为220V.由图中可读出:当电流I=0.26A时,灯泡两端的电压分别为55V和165V,两者之和恰好为220V,这就是两只灯泡此时的工作电压由P=UI有P1:P2=IU1:IU2=55:165=1:3故答案为:D【能力训练题】 1为什么小电珠的伏安特性曲线不是直线？R=U/I对小电珠还适用吗？2. 某同学在做测定小电珠功率的实验中,得到下表几组U和I的数据编号123456789U/V00.200.601.001.401.802.202.603.00I/A00.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.210小电珠的发光情况: 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光(1) 请画出U-I图线，并由图象得出，当功率逐渐增大时，灯丝的电阻变化情况是_(2) 这表明导体的电阻随温度升高而_3. 有一个小灯泡上标有“6V0.2A”字样,现要测量该灯泡的伏安特性曲线,有下列器材可供选用:A.电压表(0，内阻.0K) B.电压表(010V,内阻3.0K)C.电流表(00.3A,内阻2.0) D. 电流表(00.6A,内阻1.5)E.滑动变阻器(30,2A) F. 滑动变阻器(100,0.5A)G.学生电源(直流9V),还有店键、导线等 （1）实验中所用的电压表应选_,电流表应选_,滑动变阻器应选_(2) 画出实验电路图,要求电压从0V开始测量 4为了测定和描绘一只标有“220V40W”的白炽灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电，调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈，绕在闭合的环行铁芯上，输入端接在220V交流电源的火线与零