2010高考物理一轮复习 第5讲《电学实验综合》教案 新人教版

用心 爱心 专心1 第第 5 5 讲讲 电学实验综合电学实验综合 理科综合对实验能力提出了明确的要求 即是 设计和完成实验的能力 它包含两个方面 1 独立完成实验的能力 包括 1 理解实验原理 实验目的及要求 2 掌握实验方法步骤 3 会控制实验条件和使用实验仪器 会处理实验安全问题 4 会观察 解释实验现象 会分析 处理实验数据 5 会分析和评价实验结果 并得出合理的实验结论 2 设计实验的能力 能根据要求灵活运用已学过的物理理论 实验方法和仪器 设计简单的实验方案并 处理相关的实验问题 一 实验设计的基本思路 实验器材 明确目的确定原理待测物理量数据处理误差分析 实验步骤 实验设计的关键在于实验原理的设计 它是进行实验的依据和起点 它决定了应选用 或还需 哪些实验 器材 应测量哪些物理量 如何编排实验步骤 而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材 条件 和实验要求 它们相辅相成 互为条件 以测量电表的内阻为例 纵向 伏安法及变式 1 电流表 电压表各一只 可以测量它们的内阻 2 两只同种电表 若知道一只的内阻 就可以测另一只的内阻 3 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 横向 除伏安法外 还常用替代法 半偏法和闭合电路欧姆定律 计算法 1 替代法 2 半偏法 V AVA A 2 A 1 V 1 V 2 R A 1 A 2 V 2 V 1 R G R 2 S 2 R 1 S 1 R 1 S V R 2 G2 G2 R 2 1 V1 V2 R 2 1 SS 用心 爱心 专心2 3 闭合电路欧姆定律 计算法 二 电学实验的器材选择和电路设计 1 电路结构 完整的实验电路包括三个部分 测量电路 控制电路 变阻器 开关 电源 2 思路 3 方法 1 实验仪器的选择 根据实验原理和实验室条件选择仪器是进行正确测量的前提 一般遵循以下三原则 安全性原则 要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器 使实验切实可行 能达到预期目标 另 外还要注意测量仪器的量程 电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等 准确性原则 根据实验的需要 选用精度合适的测量工具 但对某个实验来讲 精确程度够用即可 并 不是精度越高越好 操作性原则 实验时需考虑调节方便 便于操作 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 在二者都能满足实验要求的情况下 还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的 影响 根据教学大纲及高考考核的要求 选择电学实验仪器主要是选择电表 滑动变阻器 电源等器件 通常可 以从以下三方面人手 a 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 一般取满偏的 1 3 2 3 左右 以减少 测读的误差 b 根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器 注意流过滑动变阻器的电流不超过它额定 值 对高阻值的变阻器 如果滑动头稍有移动 使电流电压有很大变化的 不宜采用 c 应根据实验的基本要求来选择仪器 对于这种情况 只有熟悉实验原理 才能做出恰当的选择 对器材的选择的一般步骤是 找出唯一性的器材 草画电路图 暂不把电表接入 估算最大值 在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值 考虑能否都使电表达到满偏的 1 3 以上 在 伏安法测电阻 和 伏安法测电池电动势和内电阻 的实验中 一般选用总阻值较小的滑动变阻器 前 者可方便调节 后者可减少误差 在滑动变阻器作限流作用时 为使负载 RX 既能得到较宽的电流调节范围 又能使电流变化均匀 选 择变阻器时 应使其总电阻 R0 大于 RX 一般在 2 5 倍为好 在滑动变阻器作为分压作用时 一般取滑动变阻器的总电阻 R0 在 0 1RX 0 5RX 之间为好 例 1 有一电阻 R 其阻值大约在 40 至 50 之间 需进一步测定其阻值 现有下列器材 电池组 E 电动势为 9V 内阻忽略不计 电压表 量程为 0 至 10 内阻 20 电流表 A1 量程为 0 至 50 内阻约 20 电流表 V S 2 R Er 内阻不计 1 测量电路 器材选择 配置 控制电路 电路选择 控制 调节 用心 爱心 专心3 A2 量程为 0 至 300m 内阻约 4 滑动变阻器 R1 阻值范围为 0 至 100 额定电流 1A 滑动变阻器 R2 阻值范围为 0 至 1700 额定电流 0 开关 及导线若干 实验电路图如图所示 实验中要求多 测几组电流 电压值 在实验中应选 电流表和 滑动变阻器 分析与解 首先估算电路中可能达到的最大电流值 假设选电流表 A1 则 Im E Rx RA1 0 14A 超过 了 A1 的量程 假设选电流表 A2 则 I m E Rx RA2 0 18A 未超出 A2 的量程 故应选电流表 A2 这一 选择遵循了安全性原则 对滑动变阻器的选择 假没选 R1 电路中的最小电流约为 Imin E Rx RA2 R1 0 06A 故电路中的电流强度范围为 0 06A 0 18A 又假设选 R2 电路中的最小电流约为 I min E Rx RA2 R2 0 005A 故电路中的电流强度范围为 0 005A 0 18A 因为电流表 A2 的量程为 0 3 电流强度为 0 06 时 仅为 电流表 A2 量程的 1 5 如果移动滑动变阻器阻值再增大 其电流表的示数将更小 读数误差会更大 因 此对于 R2 而言 有效的调节长度太小 将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感 调节不方便 故 应选滑动变阻器 R1 这一选择就遵循了方便性原则 例 2 欲用伏安法测定一个阻值约 12 的电阻 要求测量结果尽量准确 下列器材中应选用的是 画出应采用的电路图 A 电池组 6V 内阻很小 B 电流表 0 3A 内阻 0 0125 C 电流表 0 0 6A 内阻 0 125 D 电压表 0 3V 内阻 3k E 电压表 0 6V 内阻 6k F 滑动变阻器 0 20 1A G 滑动变阻器 0 200 0 3A H 电键 导线 分析与解答 找出唯一性器材 被测电阻 电池组 A 电键和导线 H 草画电路图 估算最大值 当滑动变阻器的使用阻值为零时 电路中电流最大 Im RX 6 12 0 5A 因此选用 C 和 E 都可同时使电 流表和电压表指针半偏以上 变阻器选 F 若选 G 则因额定电流小而容易烧毁 且不方便调节 把电表接入时 用电流表外接法 2 实验电路 电流表内外接法 的选择 所谓内 外接法是相对电流表的位置而言的 无论哪种接法 都会由于电表的内阻影响而带来测量误 差 从下表的分析可以看出 合理的选择接法有利于减小误差 比较项目电流表内接法电流表外接法 电路 误差原因 由于电流表内阻的影响 电 压表测量值偏大 结果偏大 由于电压表内阻的影响 电 流表测量值偏大 结果偏小 测量结果 Rx xA RR I U R 测 RV Rx Rx I U R测 适用条件Rx 远大于 RARx 远小于 RV 1 若 Rx RA RV 的大小大致可估计 可用以下三种方法来选择内 外接法 当 Rx 较大 满足 Rx 远大于 RA 时 应采用内接法 因为此时电流表的分压作用很小 V A Rx V A Rx 用心 爱心 专心4 当 Rx 较小 满足 Rx 远小于 RV 时 应采用外接法 因为此时电压表的分流作用很小 当 Rx 的大小难以断定时 可采用计算临界值的方法确定大小 即算出临界电阻 若 VAR RR 0 Rx R0 则视为大电阻 若 Rx R0 则视为小电阻 2 若 Rx RA RV 的大小关系事先没有给定 可用图示试触法确定内外接法 用电压表的一个接线柱分 别试触 M N 两点 观察先后两次试触时两电表的示数变化情况 如果电流表的示数变化比电压表的示数 变化明显 说明接 M 点时电压表分流作用引起的误差大于 接 N 点时电流表分压引起的误差 这时应采用内接法 反 之则应采用外接法 例 3 有一小灯泡上标有 6V0 6 的字样 现在要用伏安法测量这个灯泡的 I U 图线 已知所用器材有 是电流表 0 0 3 内阻 1 电压表 0 15 内阻 20k 滑动变阻器 0 30 2 学生电源 直流 9 开关一只 导线若干 为使实验误差尽量减小 画出合理的实验电路 图 分析与解 因为电压表内阻远大于灯泡的最大阻值 60 因此选择电流表外接 法 电路如图所示 在具体的实验中若 RA RV 均不知的情况下 可用试触法判定电流表内接还是外接 3 控制电路的选择 为改变被测电阻两端的电压 或被测电阻中的电流强度 常用滑动变阻器与电源的 连接有两种不同的形式 限流接法和分压接法 这两种接法区别之处是 限流法分压法 合上电键前要使滑动变阻器的电阻处于最 大值 对应图中应是滑动头移至最下端 合上电键前要使用电器受到的电压最小 对应图中滑动变阻器的滑动头应移到最左 端 实物图中只用到上下两个接头实物图中用到上面一个下面两个接头 电压调节范围 rR R rRR R X X X X 电压调节范围 rR R X X 0 滑动变阻器的电阻与用电器的电阻差不多 大时电压调节作用最理想 滑动变阻器的电阻越小调节用电器的电压 作用越好 同等条件下消耗功率较小同等条件下消耗功率较大 在下列情况下应选择分压电路 1 实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化 2 限流不能保证安全 即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流 常见于变阻器全电阻 远小于测量部分电阻的情况 3 限流能保证安全 但变阻器调节过程中 电表读数变化不明显 不满足实验测量多组数据的要求 常见 于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况 在限流 分压两种电路都满足实验要求时 由于限流电路结构简单 损耗的电功率小 应优先选用 滑动变阻器的粗调和微调 在限流电路中 对测量电路而言 全电阻较大的变阻器起粗调作用 全电阻较 V A Rx 用心 爱心 专心5 50 20 25 15 小的变阻器起微调作用 在分压电路中 变阻器的粗 微调作用正好与限流电路相反 例如在例 3 中 电路若采用限流电路 电路中的最小电流为 Imin 等于小灯泡额 A RR I1 0 1 min 定电流 滑动变阻器无法对电流进行调节 故必须采用分压电路 如图 所示 所以 我们在选择电学实验仪器和实验电路时 应先依据题意确定电流表 电压表和滑动变阻器等仪器 然后确定电流表的内外接法 再选择控制电路并画出实验电路图 三 基本测量仪器及读数 1 刻度尺 秒表 弹簧秤 温度表 电流表 电压表的读数 使用以上仪器时 凡是最小刻度是 10 分度的 要求读到最小刻度后再往下估读一位 估读的这位是不可 靠数字 但是是有效数字的不可缺少的组成部分 凡是最小刻度不是 10 分度的 只要求读到最小刻度所 在的这一位 不再往下估读 例如 读出上左图中被测物体的长度 上右图用 3V 量程时电压表读数为多少 用 15V 量程时电压表度数又为多少 右图中秒表的示数是多少分多少秒 凡仪器的最小刻度是 10 分度的 在读到最小刻度后还要再 往下估读一位 6 50cm 1 14V 15V 量程时最小刻度 为 0 5V 只读到 0 1V 这一位 应为 5 7V 秒表的读数分 两部分 小圈内表示分 每小格表示 0 5 分钟 大圈内表示 秒 最小刻度为 0 1 秒 当分针在前 0 5 分内时 秒针在 0 30 秒内读数 当分针在后 0 5 分内时 秒针在 30 60 秒 内读数 因此图中秒表读数应为 3 分 48 75 秒 这个 5 是估 读出来的 2 螺旋测微器 固定刻度上的最小刻度为 0 5mm 在中线的上侧 可动刻度每旋转一圈前进 或后退 0 5mm 在可动 刻度的一周上平均刻有 50 条刻线 所以相邻两条刻线间代表 0 01mm 读 数时 从固定刻度上读取整 半毫米数 然后从可动刻度上读取剩余部分 因为是 10 分度 所以在最小刻度后应再估读一位 再把两部分读数相 加 得测量值 右图中的读数应该是 6 702mm 3 多用电表 使用多用电表时首先应该根据被测物理量将选择开关旋到 相应的位置 使用前应先进行机械调零 用小螺丝刀轻旋 调零螺丝 使指针指左端零刻线 使用欧姆挡时 还应进 行欧姆调零 即将红 黑表笔短接 调节欧姆调零旋钮 使指针指右端零刻线处 欧姆挡的使用 选挡 一般比 被测电阻的估计值低一个数量级 如估计值为 200 就应 该选 10 的倍率 调零 将红黑表笔接被测电阻两端 进行测量 将指针示数乘以倍率 得测量值 将选择 0123456789 1 0 0 12 3 V 0 510 15 0 31 2 33 4 35 6 37 8 39 41 10 4312 144516 47 18 49 20 51 22 53 24 26 55 5728 59 01 2 6 78 9 10 11 3 4 5 12 13 14 0 1 10 1 1K 10K 100 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 28 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 用心 爱心 专心6 开关扳到 OFF 或交流电压最高挡 用欧姆挡测电阻 如果指针偏转角度太小 应增大倍率 如果指针偏转 角度太大 应减小倍率 4 电阻箱 右图中的电阻箱有 6 个旋钮 每个旋钮上方都标有倍率 将每个旋钮上指针所指的数值 都为整数 乘以 各自的倍率 从最高位依次往下读 即可得到这时电阻箱的实际阻值 图中最左边的两个黑点是接线柱 若指针所示如图 则阻值为 84580 2 补充 多用电表 知识点剖析 一 电流表改装成欧姆表 1 欧姆表的原理 欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的 它的原理如图所示 G 是电流表 表头 内阻为 Rg 满偏电流为 Ig 电池的电动势为 E 内阻为 r 电阻 R 是可变电阻 也叫调零电阻 当红 黑表笔相接时 图甲 相当于被测电阻 Rg 0 调节 R 的阻值 使 E r Rg R Ig 则表头的指针指到满 刻度 所以刻度盘上指针指在满偏处定为刻度的零点 r Rg R 是欧姆表的内阻 当红 黑表笔不接触时 图乙 相当于被测电阻 Rx 电流表中没有电流 表头的指针不偏转 此时指针所 指的位置是刻度的 点 当红 黑表笔间接入被测电阻 Rx 时 图丙 通过表头的电流 I E r Rg R Rx 改变 Rx 电流 I 随着改变 每 个 Rx 值都对应一个电流值 在刻度盘上直接标出与 I 值对应的 Rx 值 就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的 阻值 2 欧姆表的刻度 1 欧姆表的刻度不均匀 欧姆表刻度能指示出电阻的数值 但刻度是不均匀的 如上图所示 靠右边的刻度稀 靠左边的刻度密 这是因为刻度是根据电流与电阻的对应关系刻出的 而接入不同的被 测电阻 Rx 时 通过的电流 Ix Ix 与 Rx 不是成比例关系 所以刻度是 xg RRRr E 0 不均匀的 2 中值电阻 中值电阻 电流表的指针指到刻度盘的中央时所对应的 Rx 值叫中值电阻 R 中 R 内 Rg r R0 3 由 1 2 可知 当 Rx 2R 内时 Ix 指针指在满偏处 3 1 2 内内 RR E 内 R E 3 1 当 Rx 3R 内时 Ix 指针指在满偏处 4 1 3 内内 RR E 内 R E 4 1 用心 爱心 专心7 当 Rx nR 内时 Ix 指针指在满偏处 内内 nRR E 内 R E n 1 1 1 1 n 二 多用电表 多用电表能够测量直流电流 直流电压 电阻等 多用电表是由一只小量程的电流表与若干元件组成的 每 进行一种测量时 只使用其中一部分电路 其他部分不起作用 现举一例说明 如图所示为一多用电表的设计电路及各种量程 1 当连接公共端与接头 1 时 为 0 10 mA 直流电流挡 2 当连接公共端与接头 2 时 为 0 1 mA 直流电流挡 3 当连接公共端与接头 3 时 为 0 50 V 直流电压挡 4 当连接公共端与接头 4 时 为 0 500 V 直流电压挡 5 当连接公共端与接头 5 时 是内阻为 1 5 k 的电阻挡 其中 R1 R2 R3 R4 阻值的计算 分别按照电流表分流 电压表 分压原理算出 在电源内阻不计的前提下 由 R5 R6 Rg 可算出 R5 R6 的阻值 特别值得注意的是当分别接 g I E 3 4 5 接头时 小量程的电流表的内阻相当于 Rg 与 R1 R2 并联 满偏电流相当于表盘指示满偏刻度值的两 倍 已知表头内阻 满偏电流 电源电动势时 算出的相关数值如下 已知 Ig 500 A Rg 200 E 1 5 V 求得 R1 20 R2 180 R3 49 9 k R4 499 9 k R5 R6 1 4 k 电流挡 电压挡的刻度是均匀的 指针从左向右示数增大 欧姆表的刻度是非均匀的 指针从右向左示数 增大 三 多用电表的使用 多用电表的型号很多 但使用方法基本相同 请同学们注意以下几个问题 1 表盘面上 插孔 表示直流电流挡 直流电压挡的正 负接线柱 因此 不管测什么项目 首先将红表笔 插入 插孔 将黑表笔插入 插孔 那么用直流电流挡 直流电压挡时 电流从红表笔流入 从黑表笔流出 用 电阻挡时由原理图可知 红表笔连接的是表内电源的负极 黑表笔连接的是表内电源的正极 因此 电流还是从 红表笔流入 从黑表笔流出 2 测量前 应把选择开关旋到相应项目的适当量程上 读数时要注意挡位与刻度盘的对应 直流电流挡 直流 电压挡跟电流表和电压表的使用方法一样 要注意所选的量程应大于用电器两端电压的估计值或通过用电器 电流的估计值 3 欧姆挡的使用需要注意如下几点 选挡接着调零 选挡的原则 指针越接近中值电阻 读数越精确 换挡 重新电阻调零 示数要乘倍率 用毕将选择开关拨离欧姆挡 一般旋至交流电压最高挡上或 OFF 挡上 被测电阻要跟电源 其他元件分离 练习 1 在许多精密的仪器中 如果需要较精确地调节某一电阻两端的电压 常常采用如图 7 所示的电 路 通过两只滑动变阻器 R1 和 R2 对一阻值为 500 左右的电阻两端电压进行粗调和微调 已知两个滑动 变阻器的最大阻值分别为 200 和 10 关于滑动变阻器 R1 和 R2 的联接 关系和各自所起的作用 下列说法正确的是 A 取 R1 200 R2 10 调节 R1 起粗调作用 B 取 R1 10 R2 200 调节 R2 起微调作用 C 取 R1 200 R2 10 调节 R2 起粗调作用 D 取 R1 10 R2 200 调节 R1 起微调作用 练习 2 用伏安法测量一个定值电阻的阻值 备用器材如下 待测电阻 Rx 阻值约为 25k 电流表 A1 量程 100A 内阻 2k 用心 爱心 专心8 电流表 A2 量程 500A 内阻 300 电压表 V1 量程 10V 内阻 100k 电流表 V2 量程 50V 内阻 500k 电源 E 电动势 15V 允许最大电流 1A 滑动变阻器 R 最大阻值 1k 电键 S 导线若干 为了尽量减小实验误差 要求测多组数据 1 电流表应选 电压表应选 2 画出实验电路图 练习 3 用以下器材测量一待测电阻 Rx 的阻值 900 1000 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 r1 750 电压表 V2 量程为 5V 内阻 r2 2500 滑 线变阻器 R 最大阻值约为 100 单刀单掷开关 S 导线若干 1 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 原理图中的元件要用题图中的相应的 英文字母标注 2 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线 3 若电压表 V1 的读数用 U1 表示 电压表 v2 的读数用 U2 表示 则由已知量和测得量表示 Rx 的公式为 Rx 练习 4 为了测定电流表 A1 的内阻 采用如图所示 的电路 其中 A1 是待测电流表 量程为 300A 内 阻约为 100 A2 是标准电流表 量程为 200A R1 是电阻箱 阻值范围是 0 999 9 R2 是滑动变阻器 R3 是保护电阻 E 是电池组 电动势为 4V 内阻不计 S1 是单刀掷开关 S2 是单刀 双掷开关 1 根据电路图 请在图中 画出连线 将器材连接成实验 电路 2 连接好电路 将开关 S2 扳到接点 a 处 接通开关 S1 调整滑动变阻器 R2 使电表 A2 的读数是 150A 然后将开关 S2 扳到 接点 b 处 保护 R2 不变 调节电阻 R1 使 A2 的读数仍为 150A 若此时电阻箱各旋钮的位置如图所示 电阻箱的阻值是 则待测电流表 A1 的内阻 R1 3 上述实验中 无论怎样调整滑动变阻器 R2 的滑动端位置 都要 保证两块电流表的安全 在下面提供的四个电阻中 保护电阻 R3 应 选用 填写阻值相应的字母 A 200k B 20k C 15k D 20 4 下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用 既要满足上述实验要求 又要调整方便 滑动变 阻器 填写阻值相应的字母 是最佳选择 A 1k B 5k C 10k D 25k 练习 5 现有一块 59C2 型的小量程电流表 G 表头 满偏电流为 50 内阻约为 800 850 把它 A 改装成 1mA 10mA 的两量程电流表 可供选择的器材有 滑动变阻器 R1 最大阻值 20 滑动变阻器 R2 最大阻值 100k 用心 爱心 专心9 电阻箱 R 最大阻值 9999 定值电阻 R0 阻值 1k 电池 E1 电动势 1 5V 电池 E2 电动势 3V 电池 E3 电动势 4 5V 所有电池内阻不计 标准电流表 A 满偏电流 1 5mA 单刀单掷开关 S1 和 S2 单刀双掷开关 S3 电阻丝及导线若干 1 采用如图 甲 所示电路测量表头的内阻 为提高测量精确度 选用的滑动变阻器为 选用的电池为 甲 乙 丙 2 将 G 改装成两量程电流表 现有两种备选电路 如图 乙 丙 所示 图 为合理电路 另一电路不合理的理由是 3 将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对 仅核对 1mA 量程 画出所用电路图 图中待核对的 电流表符号用 A 来表示 练习 6 1 一个电压表 VA 的内阻 RA 1000 量程为 1 0V 现要 利用电阻箱扩大它的量程 改装成量程为 3 0V 的电压表 改装后 再用 一量程为 3 0V 的精确的电压表 VB 对改装后的电压表的所有刻度进行校 准 除了这两个电压表 VA VB 外 还有下列一些器材 电源 E 电动势约为 6V 内阻较小 变阻器 R 总电阻约 10 电阻箱 R0 0 9999 开关 S 导线若干 如图所示是以上器材和两个电压表 VA VB 的实物示意图 试在图中画 出连线 连成进行校准时的实验电路 图中电阻箱的取值等于 2 用上述电压表 VB 和改装后并已校准过的电压表 以下称之为 VC 以及一个开关和一些导线 去测量一个电动势大约为 2V 的电源的内阻 r 简要写出测量步骤 用测得的量表达 r 的公式应为 r 练习 7 某研究性学习小组为探究小灯泡灯丝电阻与温度的关系 设计并完成了有关的实验 以下是实 验中可供选用的器材 A 待测小灯泡 额定功率 6W 额定电流 0 5A B 电流表 量程 0 0 6A 内阻 0 1 C 电压表 量程 0 5V 内阻约 5k D 电压表 量程 0 15V 内阻约 15k E 滑线变阻器 最大阻值 50 F 滑线变阻器 最大阻值 1k G 直流电源 电动势 15V 内阻可忽略 H 开关一个 导线若干 实验中调节滑线变阻器 小灯泡两端电压可以从零至额定电压范围内变化 从而测出小灯泡在不同电压下 的电流 1 请在虚线框中画出为完成上述实验而设计的合理的电路图 并在每个选用的器材旁标上题目所给的 字母序号 用心 爱心 专心10 2 如图所示是该研究小组测得小灯泡的 I U 关系图线 由图线可知 小灯泡灯丝电阻随温度的升高而 填 增大 减小 或 不变 当小灯泡两端所加电压为 6V 时 其灯丝电阻值约为 保留两位有效数字 练习 8 有以下可供选用的器材及导线若干条 要求使用个数最少的仪器尽可能精确地测量一个电流表的 满偏电流 A 被测电流表 A1 满偏电流约 700 800 内阻约 100 刻度均匀 总格数为 N B 电流表 A A2 量程 0 6A 内阻 0 1 C 电压表 V 量程 3V 内阻 3k D 滑动变阻器 R1 最大阻值 200 E 滑动变阻器 R2 最大阻值 1k F 电源 E 电动势 3V 内阻 1 5 G 开关一个 1 在虚线框内画出实验电路图 并在每个选用的仪器旁标上题目所给的字母序号 2 测量过程中测出多组数据 其中一组数据中待测电流表 A 的指针偏转了 n 格 可算出满偏电流 Ig 式中除 N n 外 其他字母符号代表的物理量是 练习 9 实验室中现有的器材如下 电池 E 电动势约 10V 内阻 r 约 1 标准电流表 A1 量程 300mA 内阻 r1 约为 5 电阻箱 R1 最 大阻值 999 9 阻值最小改变量为 0 1 滑动变阻器 R2 最大阻值 10 开关 S 和导线若干 要求设计 个测定电流表 A2 量程 250mA 内阻 r2 约为 5 内阻的实验方案 1 在方框中画出测量电路 并在每个仪器旁标上英文代号 2 要直接测出的物理量是 用这些物理量表示待测电流表 A2 内阻的计算公式是 练习 10 在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中 备有下列器材 A 干电池 E 电动势约为 1 5V 内阻小于 1 0 B 电流表 A1 满偏电流 3mA 内阻 r1 10 C 电 流表 A2 0 0 6A 内阻 0 1 D 滑线变阻器 R1 0 20 10A E 滑线变阻器 R2 0 100 10A F 定值电阻 R3 990 G 开关和导线若干 1 为方便且能较准确地进行测量 其中应选用的滑线变阻器是 填字母代号 2 请在虚线框内画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图 用心 爱心 专心11 3 如图为某一同学根据他所设计的实验给出的 I1 I2 图线 I1 为 A1 的示数 I2 为 A2 的示数 由图线 可求得被测电池的电动势 E V 内阻 r 练习 11 实验室内有一电压表 量程为 150mV 内阻约为 150 现要将其改成量程为 10 mA 的电流 mV 表 并进行校准 为此 实验室提供如下器材 干电池 E 电动势为 1 5V 电阻箱 R 滑线变阻器 R 电流表 有 1 5mA 15mA 与 150 mA 三个量程 及开关 S A 1 对电表改装时必须知道电压表的内阻 可用如图所示的电路测量电压表的内阻 在既不损坏仪器 mA 又能使精确度尽可能高的条件下 电路中的电流表 应选用的量程是 若合上 S 调节滑 A 线变阻器后测得电压表的读数为 150mV 电流表 的读数为 1 05 mA 则电压表的内阻 RmV 为 A 取三位有效数字 2 在对改装成的电流表进行校准时 把 作为标准电流表 画出对改装成的电流表进行校准的电路原理 A 图 滑线变阻器作限流使用 图中各元件要用题中给出符号或字母标注 图中电阻箱的取值是 取三位有效数字 电流表 应选用的量程是 A 练习 12 一只量程为 1V 内阻 RV 约为 900 的电压表是由小量程电流表改装而成的 现在要测量它的 内阻并对该表进行校正 实验室提供了以下供选择的器材 A 待测电压表 B 标准电压表 量程 1 V C 滑动变阻器 最大阻值 1 000 额定电流 1A D 滑动变阻器 最大阻值 10 额定电流 1A E 电阻箱 最大阻值 999 9 最小改变量 0 1 F 电阻箱 最大阻值 99 9 最小改变量 0 1 G 电池组 电动势约 3 V 内阻约 1 H 导线和 开关若干 1 为了用半偏法测量该电压表的内阻 某同学设计了两种电路 如图甲 乙所示 要使测量较精确 应选择 填 甲 或 乙 电路 在器材的选择上 除了电池组 导线 开关和待测电 压表外 还应从提供的器材中选用 用器材前的序号字母表示 用上述方法测出的电压表内阻的测量值 RV 填 大于 等于 或 小于 电压表内阻的真实值 用心 爱心 专心12 2 在对该电压表进行校正时 该同学已经选择好器材 如图所示 若要求对电压表的每一条刻度线都 进行校正 请你将这些器材连接成测量电路 并标出所选滑动变阻器的序号字母 练习 13 量程为 3V 的电压表 V 内阻约为 3k 要求测出该电压表内阻的精确值 实验中可供选用的器 材有 电阻箱 Ra 最大值 9999 9 阻值最小改变量 0 1 滑线变阻器 Rb 最大阻值 1000 允许最大电流 0 2A 电源 E 开路电压约为 5V 内阻可忽略不计 开关 S 及导线若干 1 设计一个易于操作的测量电路 要求画出实验电路图并标出所用器材符号 2 列出测量步骤 并写出计算电压表内阻的最后公式 参考答案 练习 1 B 练习 2 1 电压表 V1 电流表 A2 2 实验电路如图所示 练习 3 电路原理图如图甲或乙所示 2 实物连线如图甲或乙所示 3 若采用甲电路 若采用乙电路 1 1 2 2 11 2 x U rr R U rU r 21 1 1 x UU Rr U 练习 4 1 实物连线如图所示 2 电阻箱的阻值 R1 86 3 待测电流表 A1 的内阻 1 1 86 3 A RR 3 B 4 C 练习 5 解析 1 滑动变阻器应选用 R2 电池应选用 E3 2 图 乙 所示的电路较合理 因为图 丙 电路在通电状态下 更 换量程时会造成两个分流电阻都未并联在表头两端 以致通过表头的电 流超过其满偏电流而损坏 3 核对电路如图所示 用心 爱心 专心13 练习 6 解析 1 实物连线如图所示 R0 2000 2 先将电压表 VC 通过开关 导线与电源连接 读出 VC 上的示数 UC 再将电压表 VC 和 VB 串联 通过开关 导线与电源连接 读出 VC 上的示数 UC 和 VB 上的示数 UB 3000 CBC CC UUU r UU 练习 7 1 如下图 左 所示 2 增大 17 练习 8 1 实验电路如上图 中 所示 2 满偏电流 式中 U 为电压表的读数 RV 为电压表内阻 max V NN U II nn R A 练习 9 1 如上图 右 所示 2 A1 A2 两电流表的读数 I1 I2 和电阻箱 R1 的阻值 12 121 2 II R rR I 练习 10 1 R1 2 电路如图 右 所示 3 1 4 8 0 8 练习 11 1 电流表选 1 5mA 量程 3 mV 3 150 10V 1 05 10A U R I 143 2 16 8 量程选 15mA A 练习 12 1 乙 D E 大于 2 如上图 右 所示 练习 13 1 如图所示 2 合上开关 S 调节电阻箱阻值 使电压表指针在中央刻度处 记下电 阻箱的阻值 R1 再调节电阻箱电阻 便电压表指针指在满偏刻度处 记下 电阻箱的阻值 R2 用心 爱心 专心14 或 V21 2RRR 221 1 V 12 U RU R R UU 参考答案 练习 1 B 练习 2 解析 1 器材选择 测量电路 从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑 两电表及电表与电源间的配置要合理 注意到电源电动势远 小于电压表 V2 的量程 而跟电压表 V1 的量程较接近 若选用电压表 V2 来测量电压 其最大偏转量达不 到量程的 1 3 读数时偶然误差太大 所以选用 V1 较恰当 而此时通过电流表的最大电流 因此 电流表 A2 与 V1 配置较好 4 10 A400 A 2 5 10 m m x U I R 2 电路选择 控制电路 电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑 若采用限流电 路控制 注意到测量部分的总电阻约为 20k 远大于滑动变阻器的总电阻 1k 要保证电表安全 变阻器分得的电压至少为 5V 阻值应调到 10k 显然 限流不能起到保证电表安全的作用 更不能进行有效调节 所 以 只能采用分压电路控制 实验电路如图所示 点评 伏安法是测量电阻的一种最基本方法 其原理是部分电路欧姆定 律 原理式为 分析这类问题的关键是从电表配置要合理选择器材 从对电路的控制和调节选择 x U R I 控制电路 并联分流和串联分压原理是伏安法测电阻原理的迁移和延伸 下例是这类问题的变式 练习 3 点拨 1 本题中测量电阻的原理是并联分流或串联分压 由于滑动变阻器的最大阻值远小 于测量部分的阻值 且电源电动势大于两电压表的量程 在调节滑动变阻器的过程中 为保证电压表的安 全 且其读数有明显的改变 滑动变阻器应采用分压式控制电路 电路原理图如图甲或乙所示 2 实物连线如图甲或乙所示 3 若采用甲电路 根据并联电路的电流分配关系 211 21x UUU rrR 用心 爱心 专心15 解得 1 1 2 2 11 2 x U rr R U rU r 若采用乙电路 根据串联电路的电压分配关系 121 1 UUU rR 解得 21 1 1 x UU Rr U 点评 本题主要考查电阻测量的原理 电路设计 实物连线等知识 测试设计简单实验方案的能 力 对于内阻已知的电压表 可作电流表使用 使用电表时 必须考虑电表间的量程配置 本题要求电 压表读数不小于量程的 1 3 因此 电压表 V2 与 V1 的位置不能互换 进行实物连线时 应注意以下几 个问题 a 直流电表的正 负接线柱 正接线柱应连接在电路电势高端 负接线柱应连接在电路电势低 端 b 电表的内外接法 c 滑动变阻器的接法 限流或分压 接通电路后 应使电表读数最小 d 开关的连接 应在干路上 闭合前电表读数为零 练习 4 解析 1 实物连线如图所示 2 电阻箱的阻值 R1 0 100 8 10 6 1 3 0 1 86 3 本题测量电流表的内阻的方法是 替代法 即用电阻箱的阻值替代电流表 A1 的内阻值 其条件是 开关 S2 分别扳到 a 处和 b 处时 保持滑动变阻器 R2 不变 且使电流表 A2 读数相同 所以 待测电流表 A1 的 内阻 1 1 86 3 A RR 3 当 R2 调为零时 要使电路中的电流 I 不超过电流表 A2 的量程 根据闭合电路欧姆定律可知 电路总 电阻 R 总至少为 20k 由于电流表 A1 A2 的内阻 约为 100 远小 2 4 6 4 2 10 200 10 A E R I 总 于 R 总 故保护电阻 R3 应选用 20k 的电阻 但若选用 200k 的电阻 则电路中电流太小 电流表 A1 A2 指针偏转量太小 读数不明显 实验误差太大 所以 正确的选项为 B 4 由于 R3 20k 调整滑动变阻器 R2 时 要使电流表 A2 的读数为 150 则 R3 A 2 E R I 2 104 7k 若选用 1k 或 5k 滑动变阻器 则不能满足实验要求 A2 读数为 150 6 4 150 10 A 若选用 25k 的滑动变阻器 则调节范围太小 不方便调节 所以 选用 10k 的滑动变阻器较合适 正 用心 爱心 专心16 确的选项为 C 点评 实验条件的控制是高考考查的重点之一 保护电阻和滑动变阻器在电路中起着控制和调节的作 用 选用时应根据实验条件和要求进行优选 既要保证电表安全 不能太小 又要方便调节 不能太大 练习 5 解析 1 用此电路测量表头内阻的方法是半偏法 S2 断开和 S2 闭合的两次操作中要求 干路电流 Ig 近似不变 而满足这个条件必须使滑动变阻器 R 的阻值远大于 Rg 因此滑动变阻器应选用 R2 而 显然 E 越大 R2 越大 实验条件满足得越好 误差越小 2 g E I R 所以 电池应选用 E3 2 图 乙 所示的电路较合理 因为图 丙 电路在通电状态下 更换 量程时会造成两个分流电阻都未并联在表头两端 以致通过表头的电流超过 其满偏电流而损坏 3 核对电路如图所示 为使改装后的电流表与标准表在 0 1mA