高二物理电学实验专题复习

3eud 教育网 百万教学资源 完全免费 无须注册 天天更新 3eud 教育网 教学资源集散地 可能是最大的免费教育资源网 高中电学实验专题复习 一 常见电路一 常见电路 1 测电阻电路 或描绘伏安特性曲线电路 或测量功率电路 或测量电阻率电路 1 图 1 为分压式 外接法 2 图 2 为限流式 外接法 3 将图 1 改为分压式 内接法 4 将图 2 改为限流式 内接法 测电阻电路 共有四种电路 2 测电动势和内阻电路 1 测量电路如图 2 测量方法 第一 计算方法 测两组端电压 U 和电流 I 值 然后通过以下式子求解 E U1 I1r E U2 I2r 第二 作 U I 图象方法 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 电动势 E 横轴截距的含义 短路电流 I0 斜率的含义 电阻 求解方法 r 或用直线上任意两点求解斜率的绝对值 0 I E 3 电流表 电压表改装电路 1 把电流表改装电压表电路 用半偏法测电流表的内阻 rg 先将 R 调到最左端 闭合 S1 断开 S2 调节 R 使电流表满偏 然后使 R 不变 闭合 S 调节 R 使电流表 指到满刻度的一半 此时电阻箱 R 的读数即为电流表的内阻 rg 注 此处 R 只能用电阻箱 而不能用滑动变阻器 其阻值只需比灵敏电流表的电阻大一点就可以了 R 一般使用滑动变阻器 其阻值要求较大 以减小因闭合 S2 而引起总电流的变化 从而减小误差 改装电路 Rx U Ig rg 其中 U 为改装后的满偏电压 核对电路 调节 R 改变电压 比较改装表和标准表 V 的读数 并计算百分误差 100 其中 U 是改装表的读数 U 是标准表的读数 0 0 U UU 注 改装电压表和标准电压表并联进行核对 3eud 教育网 百万教学资源 完全免费 无须注册 天天更新 3eud 教育网 教学资源集散地 可能是最大的免费教育资源网 电流表内阻误差分析 在半偏法测内阻电路中 当闭合 S 时 引起总电阻减小 总电流增大 大于原电流表的满偏电流 而此时电流表半偏 所以流经 R 的电流比电流表电流多 R 的电阻比电流表的电阻小 但我们就把 R 的读数当成电流表的内阻 故测得的电流表的内阻偏小 2 电压表改装电流表电路 用半偏法测电压表的内阻 先将 R 调到最左端 闭合 S1和 S2 调节 R 使电压表满偏 然后使 R 不变 断开 S 调节 R 使电压表指到满刻度的一半 此时电阻箱 R 的读数即为电流表的内阻 rg 注 此处 R 只能用电阻箱 而不能用滑动变阻器 其阻值只需比电 压表的电阻大一点就可以了 R 一般使用滑动变阻器 其阻值要求较 小 以减小因闭合 S2 而引起总电压的变化 从而减小误差 改装电路 若改装电压表量程为 U 内阻为 Rv 改装后的电流表的量程为 I 则并联电阻 Rx 核对电路 要求标准表 A 和改装表串联才能进行核对 其百分误差 的计算方法为 100 0 0 I II 注意 将改装电流表和标准电流表串联进行核对 电压表内阻误差分析 在半偏法测电压表内阻电路中 在断开 S 时 引起总电阻增大 滑动变阻器两端分得电压将超过原 电压表的满偏电压 调节 R 使电压表半偏时 R 上的电压将比电压表半偏电压大 故 R 的电阻比电压表 的内阻大 所以测得电压表内阻偏大 二 器材选取原则二 器材选取原则 1 准确性原则 选用电表量程应可能减小测量值的相对误差 电压表 电流表在使用时尽可能使指针接 近满量程 若指针偏转不到满偏角度的 3 读数误差较大 2 安全性原则 通过电源 电表 滑动变阻器 用电器的电流不能超过其允许的最大电流 3 便于操作原则 选择控制电路时 既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求 又要注意便于操 作 三 电路选取三 电路选取 1 电流表内外接法选取 基本电路 电路的对比 连接方式误差来源测量值与真实值关系适用范围 外接法电压表分流 电流表的读数大于流过待测 的电流 故 R 测 R 真 测小电阻 内接法电流表分压 电压表读数大于待测电阻两 端的电压 故 R 测 R 真 测大电阻 判断方法 直接比较法 当待测电阻 Rx 较小且远小于电压表内阻 Rv 时 应选用外接法 当待测电阻 Rx 较大且 远大于电流表内阻 RA时 应选用内接法 3eud 教育网 百万教学资源 完全免费 无须注册 天天更新 3eud 教育网 教学资源集散地 可能是最大的免费教育资源网 临界值法 当待测电阻 Rx时 视 Rx 为 VAR R VAR R 大电阻 应选用内接法 当 Rx 时 两种接法均可 VAR R 2 滑动变阻器分压式 限流于接法选取 基本电路 电路的对比 调节范围限流式电路分压式电路 电压调节范围 U RR UR x x U 电流调节范围 xx R U RR U x R U 说明 U 为电源端电压 R 为滑动变阻器最大电阻 Rx 为待测电阻阻值 判断方法 负载电阻 Rx 远大于滑动变阻器总电阻 R 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 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 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 因为限流式接法总功率较小 例 1 有一小灯泡上标有 v 6W 的字样 现在要用伏安法测量这个灯泡的 I U 图像 已知所用 器材有 A 电流表 0 0 3A 内阻 1 B 电压表 0 15V 内阻 20k C 滑动变阻器 0 30 额定电流 2A D 学生电源 直流 9V E 开关一只 导线若干 为使实验误差尽量减小 试画出合理的实验电路图 例 2 在 测定金属的电阻率 实验中 若粗估金属丝的电阻 Rx 约为 3 为减小误差 要求金属丝发 热功率 P 0 75W 备有的部分器材有 A 6V 的电池组 B 电流表 0 0 6A 内阻 0 5 C 电流表 0 3A 内阻 0 01 D 电压表 0 3V 内阻 1k 3eud 教育网 百万教学资源 完全免费 无须注册 天天更新 3eud 教育网 教学资源集散地 可能是最大的免费教育资源网 E 电压表 0 15V 内阻 5k F 滑动变阻器 0 100 额定电流 1A G 滑动变阻器 0 20 额定电流 1A 1 上述器材应选用的是 用字母代替 2 画出实验电路图 例 3 一个未知电阻 Rx 阻值大约为 10k 20k 为了较为准确的测定其电阻值 实验室中有如下 器材 电压表 V 量程 3V 内阻约为 3k 量程 15V 内阻约为 15 k 电流表 A1 量程 200 A 内阻约为 100 电流表 A2 量程 5mA 内阻约为 10 电流表 A3 量程 0 6A 内阻约为 1 电源 电动势为 V 滑动变阻器 R 的最大阻值为 200 开关 S a 在实验中电压表量程应选 电流表应 选 b 为了尽可能减少误差 请你在虚线框中画出本实验的电路图 c 根据实验的需要用笔滑线代替导线 将图 7 所需的实物连接起来 四 伏安法测电阻及电路的延伸设计四 伏安法测电阻及电路的延伸设计 1 伏安法 如 例 2 2 比例法 受一些特殊的实验条件限制 比如 电流 或电压表 表面上虽有刻度 但无刻度值 或刻度值模糊 这时我们不能直接读出电流或电压 但可根据电流或电压表刻度均匀的特点 通过测量其指针偏转格 数用比例法完成测量 例 4 现有一阻值为 10 0 的定值电阻 一个开关 若干根导线和一个电压表 该电压表表面上有刻度 但无刻度值 要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案 已知电压表内阻很大 电压表量程大于电源 电动势 电源内阻约为几欧 要求 1 画出实验电路图 2 简要写出完成接线后的实验步骤 3 写出用测得的量计算电源内阻的表达式 r 解析 1 电路图如右图所示 2 断开开关 记下电压表偏转格数 N1 合上开关 记下电压表格数 N2 3 设电压表每偏转 1 格表示 U0 当 K 断开时 由闭合电路欧姆定律得 A2 V A1 图 7 A3 3eud 教育网 百万教学资源 完全免费 无须注册 天天更新 3eud 教育网 教学资源集散地 可能是最大的免费教育资源网 E U1 N1U0 当 K 闭合后 有 E U2 即 E N2U0 联立两式解得 r R r R U2 r R UN 02 2 21 N NN 3 替换法 用 伏安法 测电阻一般有电流表外接与电流表内接两种线路 因为电流表及电压表本身并非理想电表 这两种线路都存在误差 另一种情况是实验只提供一只电流表或电流表本身读数不准 这时我们可以考 虑在保证电表读数不变的前提下 用一定值电阻 电阻箱 替换待测电阻 完成实验并提高测量准确性 例 5 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 R 现有如下器材 读数不准的电流表 A 定值电 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 画出实验电路图 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 解析 1 实验电路如右图所示 2 将 S2与 Rx 相接 记下电流表指针所指位置 将 S2与 R1相接 保持 R2不变 调节 R1的阻值 使电流表的指针在 原位置上 记下 R1的值 则 Rx R1 4 伏安法的推广 对一些特殊电阻 如电流表或电压表内阻的测量 电路设计也有其特殊性 一是要注意到其自身量程 对电路的影响 二是要充分利用其 自报电流或自报电压 的功能 例 6 某电压表的内阻在 20k 50k 之间 现要测量其内阻 实验室提供下列可供选用的器材 待测电 压表 V 量程 3V 电流表 A1 量程 200uA 电流表 A2 量程 5mA 电 流表 A3 量程 0 6A 滑动变阻器 R 最大值 1k 电源 E 电动势 4V 开关 S 1 所提供的电流表中 应选用 2 为了减少误差 要求测量多组数据 试画出符合要求的电路图 解析 因为通过电压表的电流必须由电流表测定 所以电流表与电压表应串 联 这实际上就是一种特殊的伏安法 电压表成了一个 可自报电压的大电阻 由于电压表内阻在 20 k 50k 之间 电流表内阻与电压表内阻相比可忽略不计 而滑动变阻器 R 的阻值远小于电压表内阻 且实验要求测多组数据 因此实验电路中变阻器应接成分压式 这样电压表的电流在 80uA 200uA 之间 故电流表应选 A1 根据电流表 电压表示数 可求得电压表内阻 Rv I U 5 比较法 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 例 7 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 器材代号规格 电流表 A1 量程 100mA 内阻 r1待测 约 40 电流表 A2 量程 500uA 内阻 r2 750 电压表 V 量程 10V 内阻 r3 10k 电阻 R1 阻值约 100 作保护电阻用 滑动变阻器 R2 总阻值约 50 3eud 教育网 百万教学资源 完全免费 无须注册 天天更新 3eud 教育网 教学资源集散地 可能是最大的免费教育资源网 电池 E 电动势 1 5V 内阻很小 开关 K 导线若干 1 画出电路图 标明利用器材的代号 2 若选测量数据中的一组来计算 r1 则所用的表达式 r1 式中各符号的意义是 解析 分析题意知道需测量电流表 A1的内阻 按常规思想应用伏安法 将电压表并联在待测电流表 两端 但经分析即使该电流表满偏时两端电压仅为 0 4V 远小于 10V 量程 这恰恰就是本题设计考核学 生应变能力的 陷阱 根据所列仪器的特点 电流表 A2 内阻已知 由此可采用两电流表并联 因为两电流表两端电压相等即 可省去电压的测量 从而减小实验误差 由 I2r2 I1r1得 r1 1 22 I rI 此题也可理解为 将已知内阻的电流表 A2当成电压表使用 这实际也是伏 安法的一种推广形式 练习 1 有一根细长而均匀的金属材料样品 截 面为外方 正方形 内圆 如图所示 此金 属材料质量约为 0 1 0 2kg 长约 30cm 电 阻约为 10 已知这种金属的电阻率为 密度为 因管线内径太小 无法直接测 0 量 请根据以下器材 设计一个实验方案测 量其内径 d A 毫米刻度尺 B 螺旋测微器 C 电流表 600mA 10 D 电流表 3A 0 1 E 电压表 3V 6k F 滑动变阻器 2 k 0 5A G 滑动变阻器 10 2A H 直流稳压电源 6V 0 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 2 画出你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 用已知的物理常量和所测得的物理量 推导出计算金属管线内径的表达式 d 2 1 有一游标卡尺 主尺的最小分度是 1mm 游标上有 20 个小的等分刻度 用它测量一小球的直 径 如图 1 所示的读数是 mm 如图 2 用螺旋测微器测量一根金属丝的直径 如图所示的读数是 mm 2 为了测量两节串联干电池的电动势 某同学设计了如图 3 所示的实验电路 其中 E 是待测电池组 内阻不能忽略 3eud 教育网 百万教学资源 完全免费 无须注册 天天更新 3eud 教育网 教学资源集散地 可能是最大的免费教育资源网 V1 V2是两只量程都合适的电压表 内阻不是很大 且未知 S1 S2是单刀单掷开关 导线若干 请根据电路图 3 在图 4 中连线 将器材连成实验电路 实验中需要测量的物理量是 用测出的物理量作为已知量 导出计算串联电池电 动势的表达式 写出推导过程 3 用一主尺最小分度为 1mm 游标上有 20 个分度的卡 尺测量一个工件的长度 如图所示 由此读出工件的长度为 mm 有一块小量程的电流表 G 满偏电流为 100 A 内阻为 500 若把它改装成 3V 和 15V 两量程 的电压表 电流表 G 应与适当的电阻值连接 经计算 改装后与电流表连接的电阻值在 3V 挡时 R1 k 15 V 挡时 R2 k 把改装的电压表和标准表校核 发现标准表的满刻度读数为 15V 时 改装表的读数为 14 7V 则改装成的电压表相对于满刻度