河北师大附中高考物理第二轮复习精品课件电学实验课件.ppt

电学实验总复习 电阻的测量 河北师大附中李喜昌 用电压表测电压 用电流表测电流 外接法 内接法 限流式 分压式 1 原理 一伏安法测电阻 同一性 2 电路 限流器电路 安培表内接法 限流器电路 安培表外接法 分压器电路 安培表内接法 分压器电路 安培表外接法 1 什么是测量值和真实值 2 测量值比真实值偏大还是偏小 4 误差产生的原因如何 5 如何减少误差 3 测量值本质上测得是什么量 根据测量值如何求真实值 6 什么情况下用外 内 接法 伏安法测电阻之内接外接 3 测量电路的选择 由于电流表分压引起的 误差产生的原因 若 时 采用电流表内接法 由于电压表分流引起的 误差产生的原因 若 时 采用电流表外接法 比值法 b 选择方法 内接法与外接法的选择 a 条件 已给出r的估计阻值 若 时 采用电流表内接法 若 时 采用电流表外接法 试触法 b 选择方法 将电压表分别接a b两点 结论 两次接触 那个表示数变化明显 rx就与那个表 近接 a 条件 未给出rx的估计阻值 如果电流表示数有显著变化 说明电压表的分流作用较强 不满足rx rv 不适应用电流表的外接法 应用电流表的内接法 安培表和伏特表示数变化显著 明显 的标志是它们的示数的变化量 绝对误差 占原来值的百分比大 相对误差 从另一个角度来看 电压表的示数没有显著变化 说明电流表的分压作用很弱 满足rx ra 应选用内接法 p应接在b处 例1 一个未知电阻rx无法估计其电阻值 某同学用伏安法测电阻的两种电路各测量一次 如图所示 按甲图测得数据是3 0v 3 0ma 按乙图测得数据是2 9v 4 0ma 由此可知按 图所示的电路测量的误差较小 rx的真实值更接近于 甲 1000 思考1 rx的真实值大于还是小于1000 小于 思考2 若已知电流表内阻为0 1 那么rx的真实值是多大 999 9 1 在限流器电路和分压器电路中待测电阻的电压的变化范围如何 2 在限流器电路和分压器电路中 滑动变阻器的阻值与待测电阻相比大一些调节方便还是小一些调节方便 4 什么情况下滑动变阻器采用限流器电路 什么情况下采用分压器电路 3 在限流器电路和分压器电路中 在合上开关以前 滑动变阻器的触头应处于什么位置 伏安法测电阻之限流分压 负载rx的电压调节范围 可见滑动变阻器的总阻值r越大 电阻rx两端电压的变化范围越大 变阻器总阻值r是rx的2 5倍时 限流接法对电流 电压控制作用显著 这样既便于调节 用电器两端电压变化范围又比较大 1 限流电路 在合上开关以前 一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大 如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调 也没有要求多测几组数据 而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大 并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作 这时应从节省电能 和电路简单考虑 选用限流电路 2 分压电路 负载rx的电压调节范围0 e 在合上开关以前 一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端 以使负载上的电压和电流最小 均为零 滑动变阻器的总阻值r越小 越便于调节用电器两端电压 一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻 在0 1 0 5倍之间为好 要求测量结果尽量准确 需要多测几组数据 要求待测电阻两端电压变化范围较大 或要求从零开始连读可调 应选分压电路 如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多 为了能使待测电阻两端电压有较大变化 应选分压电路 如果采用限流电路时 电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程 应选分压电路 伏安法测电阻之发散思维 2 安安法 电流表的创新使用 测电压 条件 已知电流表a2的内阻 将a2看成一个电压表使用 1 伏安法 测电压表的电阻 电压表 电流表 是一个能读出其两端电压 通过其电流 的电阻 没有系统误差 没有系统误差 此电路能否测量出电流表的内阻 根据并联分流进行测量 没有系统误差 3 伏伏法 电压表的创新使用 测电流 条件 已知电压表v2的内阻 将v2看成一个电流表使用 没有系统误差 存在系统误差 能否消除 根据串联分压进行测量 没有系统误差 没有系统误差 4 仪器的选择 安全性原则 要保证所用仪器的安全 电源最大允许通过的电流 电压表和电流表的量程 滑动变阻器允许通过的最大电流 用电器的额定电压电流等 选择电源 电表和用电器时 保证其电流和电压均不超过使用的量程 精确性原则 尽量减小实验误差 选择电表时 在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下 合理选择量程 务必使指针有较大偏转 一般取满偏度的2 3 电表达不到满偏的1 3是不允许的 操作性原则 如滑动变阻器的选择 既要考虑它的额定电流 又要考虑它的阻值范围 当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压 电流 比较方便 当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压 电流 比较方便 选择的一般步骤 根据实验要求设计合理的实验电路 找出唯一性的器材 估算电路中电压和电流的最大值或最小值 结合已知器材的规格选定电源 选定电压表和电流表以及所用的量程 根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器 例1 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5k 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 例2 有一个电阻rx 其阻值大约是25k 可供选择的器材是 电流表a1 0 100 a 2k 电流表a2 0 500 a 300 电压表v1 0 10v 100k 电压表v2 0 50v 500k 直流稳压电源e 15v 1a 滑动变阻器r 1k 1w 电键k和若干根导线 试选择适当的器材 选取适当的电路 使测量尽可能准确 并画出电路图 再将如图示的实物连线 解 1 电压表 电流表的选择 由于滑动变阻器的电阻明显小于待测电阻 因此滑动变阻器必须用分压器接法 若电压表选v2 50v 因为电源电压15v不足其量程的1 3 所以电压表应选v1 10v 2 电流表内接法和外接法的选择 实验电路图 因为rx 25k ra 300 所以采用电流表内接法 由于用分压器接法时 电阻rx中的最大电流为 imax 10v 25k 0 4ma 400 a 所以电流表选a2 500 a 例3 如图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图 器材规格如下 1 待测电阻rx 约100 2 直流毫安表 量程0 10ma 内阻50 3 直流电压表 量程0 3v 内阻5k 4 直流电源 输出电压4v 内阻可不计 5 滑动变阻器 阻值范围0 15 允许最大电流1a 6 电键一个 导线若干条 根据器材的规格和实验要求 在本题的实物图上连线 答 因毫安表内阻与待测电阻相近 必须 外接 因为变阻器电阻很小 电源和滑动变阻器连接成分压电路 全题6分 电源 滑动变阻器连接成分压电路 占3分 除电键接错扣1分外 其它任何错都不给这3分 伏安法测电阻的电路占3分 其中电流表应外接 即电压表应直接与待测电阻并联 这部分接线中有任何错误都不给这3分 a1 例4 某电压表的内阻在20 50k 之间 现要测量其内阻 实验室提供下列可选用的器材 待测电压表v 量程3v 电流表a1 量程200 a 电流表a2 量程5ma 电流表a3 量程0 6a 滑动变阻器r 最大阻1k 电源 电动势4v 电键k 1 所提供的电流表中 应选用 填写字母代号 2 为了尽量减小误差 要求测多组数据 试在方框中画出符合要求的实验电路图 解析 由于滑动变阻器用分压接法时 伏特表两端电压变化范围较大 可以多测几组数据 故滑动变阻器用分压接法 由于电压表中通过的最大电流为imax 3v 20k 150 a 因此电流表应选用a1 二 替代法测量电阻 利用伏安法测电阻 无论电流表内接还是电流表外接都会对测量造成误差 而利用比较法测电阻可避免这些误差 实验时先连入某待测电阻 记下电路中电表的读数 然后把待测电阻换成电阻箱 调整电阻箱 使电路中电表的读数与原来一样 这样的电阻箱便是待测电阻的阻值 1 原理 2 电路 用电阻箱和电流表测量 用电阻箱和电压表测量 例1 为了测量电流表a1的内阻 采用图示的电路 其中电流表a1的量程是0 300 a 内阻约为100 待测 a2是标准电流表 量程0 200 a r1为电阻箱 阻值范围0 999 9 为电池 电动势3v 内阻不计 s1为开关 s2为单刀双掷开关 按电路图接好电路后 将可变电阻器r2和电阻箱r1适当调节后 将单刀双掷开关s2扳到接点1处 接通开关s1 调节可变电阻r2 使两电表的读数都是150 a 然后将开关s2扳到接点2 调节电阻箱r1使标准电流表的读数仍是150 a 若此时电阻箱各旋钮位置如图 则 1 电流表a1的内阻rg 2 为了保证两电流表的安全使用 限流电阻r3的阻值应选a 100 b 150 c 10k d 15k 3 可变电阻器r2应选 a 2k b 5k c 200 d 500 解 替代法测电阻 当r2 0时 要保证两个电流表都不超过量程 r3 e imin 3 0 2ma 15k 选d r2 r3 e i 3 0 15ma 20k r2 5k 选b rg 92 8 三 半偏法测量电流表的内阻 1 原理 半偏法测电流表内阻的原理是欧姆定律和并联电路的电流分配关系 因电流表可以读出自身的电流 故在其电流减半时 必有另一支路分掉另一半的电流 在总电流近似不变的条件下 该支路的电阻 电阻箱读出 等于电流表的电阻 2 电路 3 步骤 1 先闭合s1 调节r1使电流表指针满偏 2 再闭合s2 保持电阻r1不变 调节r2使电流表指针半偏 记下r2的值 3 若r1 100r2 有rg r2 4 误差分析 在用半偏法测电流表的内阻的实验中 当闭合开关s2时 调节r2使电流表半偏 即通过电流表的电流为ig 2 此时干路总电流因回路中总电阻变小而变大 即比ig稍大 这样通过r2的电流将大于ig 2 因此电流表内阻的测量值小于真实值 5 半偏法测电压表的内阻 r测 r真 1 把电阻箱r0的阻值调到0 把滑动变阻器的触头p滑到a端 3 保持滑动变阻器触头位置不变 调节r0使电压表指针半偏 记下r0的值 4 若r rv 有rg r0 2 闭合开关s 调节r使电压表指针满偏 半偏法测电压表的内阻 半偏法测电流表的内阻 电路 实验条件 实验步骤 1 把滑动变阻器的触头p滑到a端 把电阻箱r0的阻值调到0 1 把滑动变阻器r1的电阻调到最大 把电阻箱r2的阻值调到0 2 闭合开关s 调节r使电压表指针满偏 2 先闭合s1 调节r1使电流表指针满偏 3 再闭合s2 保持电阻r1不变 调节r2使电流表指针半偏 记下r2的值 则rg r2 3 保持滑动变阻器触头位置不变 调节r0使电压表指针半偏 记下r0的值 则rv r0 原理 pa间的总电压基本不变 并联分流 干路中的电流基本不变 串联分压 误差分析 并联分流 满偏时pa之间电阻 半偏时pa之间电阻 串联分压 误差分析拓展 v a rg测量值小于真实值 r串大于标准值 r并小于标准值 改装成电压表读数小于真实值 改装成电流表读数小于真实值 改进 在r串上并联一个大电阻 改进 在r并上串联一个小电阻 rv大于标准值 ra小于标准值 通过表头的电流偏小 把电流表改装成伏特表 把电流表改装成安培表 仪器选择 r1 rg 滑动变阻器和电阻箱均可 r rv 必须用滑动变阻器 构成分压电路 r2略大于rg 必须用电阻箱 r0略大于rv 必须用电阻箱 电动势e越大 调满偏时r1连入电路中的电阻越大 实验条件满足的越好 误差越小 电动势e越大 调满偏时滑动变阻器pa之间的电阻越小 实验条件满足的越好 误差越小 例1 图1中e为电源 其电动势为e 内阻不计 r1为滑线变阻器 r2电阻箱 g为电流表 用此电路 经以下步骤可近似测得a的内阻ra 闭合s1 断开s2 调节r1 使电流表读数等于其量程i0 保持r1不变 闭合s2 调节r2 使电流表读数等于i0 2 然后读出r2的值 取rg r2 1 真实值与测得值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差 即 试导出它与电源电动势e 电流表量程i0及电流表内阻ra的关系式 2 若i0 10ma 真实值rg约为30 要想使测量结果的相对误差不大于5 电源电动势最小应为多少伏 解析 上述操作步骤中 必要的操作步骤按合理顺序排列应为 若在步骤 中 读出r0的值为2400 则电压表的内阻rv 用这种方法测出的内阻rv与其真实值相比偏 e 调节滑动变阻器的阻值 使电压表的示数为3 0v 例2 为了测量一个量程为3 0v的电压表的内阻 可以采用图所示的电路 在测量时 可供选择的步骤如下 a 闭合开关s b 将电阻箱r0的阻值调到最大 f 断开开关s c 将电阻箱r0的阻值调到零 h 将滑动变阻器的滑动触头调到a端 g 将滑动变阻器的滑动触头调到b端 d 调节电阻箱r0的阻值 使电压表示数为1 5v 读出此时电阻箱r0的阻值 2400 大 i2r i1rx rx i2r i1 比较法测量电阻 甲图中的电压表的电压u1 乙图中的电压表的电压u2 一 表面结构 四 多用电表测内阻 表盘 分清三条刻度线所测量的物理量 最下面的一条刻度线分布不均匀 开始阶段较密集 是用来测交流电压的 最上面的刻度线右端标有 0 从右向左 刻度线依次变密 是用来测电阻的 中间的刻度线共50个小格 分布均匀 是用于测电流和直流电压的 2 选择开关 多用电表的下半部分为选择开关 周围标有测量功能的区域和量程 将多用电表的选择开关转到电流 压 档 多用电表相当于一个电流 压 表 其使用方法和读数与电流 压 表相同 当选择开关旋转到电阻档 就可以测电阻了 电流 压 档上标示为量程 欧姆档上标示为倍率 二 测量电路 电流档电路 欧姆档电路 电压档电路 1 使用电流档和电压档时 都不用内电源 必须要有外电源 使用欧姆档时 只能使用内电源 不能再有外电源 2 不管使用电流档 电压档还是欧姆档时 电流都从多用电表的红表笔流入多用电表 从黑表笔流出多用电表标 以保证电流表能从左向右偏转 注意 使用欧姆档时 红表笔接内部电源的负极 黑表笔接内部电源的正极 3 多用电表的欧姆档刻度不均匀 只有中央部分便于观察 所以使用欧姆档 要尽量使指针偏转到中央附近 而电流档和电压档则是越接近满偏时误差越小 所以使用电流档和电压档 要尽量使指针的偏转角度大一些 三 欧姆档的测量原理 根据闭合回路的欧姆定律测量 r rg和r均为定值电阻 电流i与待测电阻rx之间存在着一一对应的函数关系 因此可以通过电流的测量达到测量电阻的目的 在刻度盘直接标出与电流i对应的电阻rx值 可以从刻度盘上直接读出被测量电阻的阻值 由于i和rx是非线性关系 所以刻度不均匀 由于是减函数 所以刻度方向与电流档相反 欧姆调零 当两表笔接触时 rx 0 此时电流调到满偏值 对应电阻值为零 刻度0 机械调零 当两表笔间不接电阻时 即不接触 指针不偏 电阻无限大 刻度无限大 欧姆表的刻度 3 中值电阻等于欧姆档的内阻 因此欧姆档的不同倍率内阻不同 四 欧姆档的测量步骤 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 用电压档测量待测两端电压 用欧姆档测量待测两端电阻 是 是 是 否 否 是 内含电源 否 定值电阻 否 五 用多用电表探索黑箱内电学元件思路 由i1rx i2r 得rx i2r i1 由i1r1 i2r2 得r1 i2r2 i1 s1 s2 r2 1ma 10ma 1 r1 12 s1 r3 r2 rg s2 将量程为100微安的电流表改装成量程为1毫安的电流表 并用一标准电流表与改装后的电流表串联 对它进行校准 核对 改装及校准所用器材的实物图如下 其中标准电流表事先已与一固定电阻串联 以防烧表 校准时要求通过电流表的电流能从0连续调到1毫安 试按实验要求在所给的实物图上连线 1993年高考 电路连接有错误 但电表改装部分的接线正确 指电阻箱与微安表并联 给1分 只要电表改装部分的电路连接有错误 就给0分 解 画出电路图 连线如图示 在用伏安法测电阻的实验中 所用电压表的内阻约为20千欧 电流表的内阻约为10欧 选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验 读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上 如右图所示 1 根据各点表示的数据描出i u图线 由此求得该电阻的阻值rx 欧 保留两位有效数字 2 画出此实验的电路原理图 2 4 103 1996年高考17 用以下仪器 尽可能精确地测量待测电阻rx的阻值 a 电动势约2v左右 内阻r 1 的电源一个 b 内阻rv 30k 刻度如右图的电压表一个 c 开关一个 d 电阻在10k 20k 范围内的待测电阻rx一个 e 导线若干条 1 电压表的满偏电流ig 2 在下面虚线框内画出必要的测量待测电阻rx阻值的实验电路图 3 实验中要直接测量的物理量有 注明每个物理量的意义和符号 4 待测电阻rx的表达式为 rx 5 rx的阻值10 20 范围内时 仍使用这组仪器 能够用这种方法测量吗 说明理由 例1 解 1 ig e rv 3v 30k 1 0 10 4a 2 如图甲 乙 3 甲图中的电压表的电压u1 乙图中的电压表的电压u2 4 5 不能 因为 两图电压表的读数几乎相同 图1为测量电阻的电路 rx为待测电阻 r的阻值已知 r 为保护电阻 阻值未知 电源e的电动势未知 k1 k2均为单刀双掷开关 a为电流表 其内阻不计 1 按图1所示的电路 在图2的实物图上连线 2 测量rx的步骤为 将k2向d闭合 k1向 闭合 记下电流表读数i1 再将k2向c闭合 k1向 闭合 记下电流表读数i2 计算rx的公式是rx a b i2r i1 接线见下页 1999高考 解答 1 如图 3分 有任何错 给0分 为了测量两个电压表va vb的内电阻 可以提供的仪器有 1 在设计电路时 能否选用电流表a 请简要说明理由 2 选用的器材有 3 为了测量两个电压表内电阻 请设计一个测量电路 画出电路图 4 说明实验原理和需要测量的物理量 并列出计算两个电压表内电阻的计算 dfhi 不能选用 电流表量程太大 测量不准确 例3 解 1 电流表a不能选用 电流表量程太大 测量不准确 2 电阻箱r1 变阻器r3 电池组和开关2个 导线若干 3 电路图如下图 4 电压表va和vb串联 其读数之比等于内电阻之比 即 合下k2调节电阻箱为r1 两表读数分别为ua ub k2断开两表读数分别为uaubub ua rb ra 1 ub ua rbr1 ra rb r1 2 解 1 2 得 从下表中选出适当的实验器材 设计一电路来测量电流表a1的内阻r1 要求方法简捷 有尽可能高的测量精度 并能测得多组数据 1 在虚线方框中画出电路图 标明所用器材的代号 2 若选测量数据中的一组来计算 r1 则所用的表达式为r1 式中各符号的意义是 2000年高考 根据并联电路两端电压相等 将两电流表并联 如图示 解 电流表i1m 10ma r1 40 r1 100 r2 50 若滑动变阻器用限流接法 imin 1 5 190 0 08a 8ma imax 10ma 电流的变化范围很小 应该用分压器接法 因为电压表读数很小 um 0 4v 不能用伏安法测量 调节滑动变阻器的电阻 测出多组两电流表的读数 由i1r1 i2r2 得r1 i2r2 i1 评分标准 1 如图所示 5分 若电阻r1与电池串联 不扣分 若r2用作限流电阻 正确的同样给分 2 i1表示通过电流表a1的电流 i2表示通过电流表a2的电流 r2表示电流表a2的内阻 3分 未说明r2的不扣分 从下列实验器材中选出适当的器材 设计测量电路来测量两个电流表的内阻 要求方法简捷 有尽可能高的测量精度 a 待测电流表a1 量程50ma 内电阻约几十 b 待测电流表a2 量程30ma 内电阻约几十 c 电压表v 量程15v 内阻rv 15k d 电阻箱r1 阻值范围0 9999 99 e 电阻箱r2 阻值范围0 99 9 f 滑动变阻器r3 阻值0 150 额定电流1 5a g 滑动变阻器r4 阻值0 20 额定电流2a h 电阻r0 阻值是40 功率是0 5w 作保护电阻用 i 电池组 电动势为12v 内电阻约0 5 此外还有单刀开关若干和导线若干 供需要选用 1 请设计一个测量电路 画出电路图 2 选出必要的器材 用器材前的字母表示 有 3 说明实验需要测量的物理量 并列出计算两个电流表内电阻的计算式 abeghi 例4 解 电路图如图所示 注 电路图基本正确但电路不规范 如缺开关 电阻箱符号错等要扣部分分 注 用其它方法测量正确的同样给分 2 abeghi注 缺a b可不扣分 3 开关k2闭合时 测得电流表的示数i1和i2 断开k2 调整电阻箱的阻值为r时 测得电流表的示数i1 i2 例6 2 待测电阻 电流 电阻箱 使用伏安法测电阻 不论是采用安培表内接还是外接 仍然存在误差 现在有人设计了如图的实验电路来测定电阻 其中的r是一个电阻箱 根据电路图 1 请你写出实验需要测量的物理量 并写出求rx的方程式或表达式 2 能否利用上述电路图测出a表或v表的内阻 答 a表内阻 v表内阻 选填 能 或 不能 3 若上图不能测出电表的内阻 请设法选择图中的电阻箱和待测的电表测出此电表的内阻 设计一个电路图画在方框内 在电源内阻忽略不计的情况下说出你要读出的物理量是 用这些物理量表示待测电表内阻的计算式是 例7 解 方法一调整电阻箱 使其阻值为r1 记录此时电压 电流的值u1 i1 改变电阻箱的电阻值为r2时 记录此时电压和电流的值u2 i2 消去式中的ra 可得 其它表达式也可 1 2 方法二 使电阻箱阻值为r1 对应有一电流和电压值 改变电阻箱阻值 同时改变滑动变阻器 保持电压表读数不变 使电流表读数为原来的2倍 记下此