高中物理电学实验专题总结61275

高中物理电学实验专题 知识点回顾知识点回顾 一 描绘小灯泡的伏安特性曲线 二 电流表和电压表的改装 三 测定电源电动势和内阻 四 测定金属电阻和电阻率 五 器材选择 六 电路纠错 七 示波器的使用 八 用多用电表探索黑箱内的电学元件 九 传感器 知识点和考点知识点和考点 一 描绘小灯泡的伏安特性曲线一 描绘小灯泡的伏安特性曲线 原理 欧姆定律原理 欧姆定律IRU 处理方法 内接和外接 都有误差 处理方法 内接和外接 都有误差 例例 1 某研究性学习小组为了制作一种传感器 需要选用一电器元件 图 为该电器元件的伏安特性曲线 有同学对其提出质疑 先需进一步验证该伏安特性曲线 实验室备有下列器材 器材 代号 规格 电流表 A1 电流表 A2 电压表 V1 电压表 V2 滑动变阻器 R1 量程 0 50mA 内阻约为 50 量程 0 200mA 内阻约为 10 量程 0 3V 内阻约为 10k 量程 0 15V 内阻约为 25k 阻值范围 0 15 允许最大电流 1A 滑动变阻器 R2 直流电源 E 开关 S 导线若干 阻值范围 0 1k 允许最大电流 100mA 输出电压 6V 内阻不计 为提高实验结果的准确程度 电流表应选用 电压表应选用 滑动变阻器应选用 以上均填器材代号 为达到上述目的 请在虚线框内画出正确的实验电路 原理图 并标明所用器材的代号 若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合 请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点 相同点 不同点 二 电压表和电流表二 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 Ug IgRg 2 半偏法测电流表内阻 半偏法测电流表内阻 Rg 方法 合上 S1 调整 R 的阻值 使电转到满流表指针刻度 再合上开关 S2 调整 R 的阻值 不可再改变 R 使电流表指针偏转到正好是满刻 度的一半 可以认为 Rg R 条件 当 R 比 R 大很多 3 电流表改装成电压表 方法 串联一个分压电阻 R 如图所示 若量程扩大 n 倍 即 n 则根据分压原理 需串联的电阻值 g U U 故量程扩大的倍数越高 串联的电阻值越大 gg g R RnR U U R 1 4 电流表改装成电流表 方法 并联一个分流电阻 R 如图所示 若量程扩大 n 倍 即 n 则根据并联电路的分流原理 需要并联的电阻值 g I I 故量程扩大的倍数越高 并联的电阻值 1 n R R I I R g g R g 越小 注意 注意 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 三 测量电源电动势和电阻三 测量电源电动势和电阻 原理 闭合电路欧姆定律 原理 闭合电路欧姆定律 IrUE 外 例例 1 某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池 该同学想测量一下这个电池的电动 势 E 和内电阻r 但是从实验室只借到一个开关 一个电阻箱 最大阻值为 9 999 科 当标准电阻用 一只电流表 量程 R I 0 6A 内阻0 1 g r 和若干导线 请根据测定电动势 E 内电阻r的要求 设计图 4 中器件的连接方式 画线把它们连 接起来 接通开关 逐次改变电阻箱的阻值R 读处与R对应的电流表的示数 I 并作记录 当电阻箱的阻值2 6R 时 其对应的电流表的示数如图 5 所示 处理实验数据时 首先计算出每个电流值 I 的倒数 1 I 再制作 R 1 I 坐标图 如图 6 所示 图中已标注出了 1 R I 的几个与测量对应的坐标点 请你将与图 5 实验数据对应的坐标点也标注在图 6 中 上 在图 6 上把描绘出的坐标点练成图线 根据图 6 描绘出的图线可得出这个 电池的电动势 E V 内电阻r 例例 2 2 1 某同学用螺旋测微器测量一铜丝的直径 测微器的示数如图所示 该铜丝的直 径为 mm 2 右图为一电学实验的实物连线图 该实验可用来测量特测电阻Rx 的阻值 约 500 图中两个电压表量程相同 内阻都很大 实验步骤 如下 调节电阻箱 使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近 将滑动变阻 器的滑动头调到最右端 合上开关 S 将滑动变阻器的滑动头向左端滑动 使两个电压表指针都具有明显偏转 记下两个电压表和的读数U1和U2 多次改变滑动变阻器滑动头的位置 记下和的多组读数U1和U2 求Rx的平均值 回答下列问题 根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图 其中电阻箱的符号 为 滑动变阻器的符号为 其余器材用通用的符号表示 不计电压 表内阻的影响 用U1 U2和R0表示Rx的公式 为 考虑电压表内阻的影响 且U1 U2 R0 的内阻r1 的内阻r2表示Rx 的公式 四 电阻的测量四 电阻的测量 电阻的测量有多种方法 主要有伏安法 欧姆表法 除此以外 还有半偏法测电阻 电桥法测电阻 等效法测电阻等等 一 一 下面主要介绍伏安法测电阻的电路选择 下面主要介绍伏安法测电阻的电路选择 1 伏安法测电阻的两种电路形式 如图所示 伏安法测电阻的两种电路形式 如图所示 2 实验电路 电流表内外接法 的选择 实验电路 电流表内外接法 的选择 测量未知电阻的原理是 R 由于测量所需的电表实际上是非理想的 所以在测量 I U 未知电阻两端电压 U 和通过的电流 I 时 必然存在误差 即系统误差 要在实际测量中有 效地减少这种由于电表测量所引起的系统误差 必须依照以下原则 必须依照以下原则 1 若 一般选电流表的内接法 如图 a 所示 由于该电路中 电压 A x R R x V R R 表的读数 U 表示被测电阻 Rx与电流表 A 串联后的总电压 电流表的读数 I 表示通过本身 和 Rx的电流 所以使用该电路所测电阻 R测 Rx RA 比真实值 Rx大了 RA 相对误 I U 差 a x A x x R R R RR 外 2 若 一般选电流表外接法 如图 b 所示 由于该电路中电压表的 A x R R x V R R 读数 U 表示 Rx两端电压 电流表的读数 I 表示通过 R 与 RV并联电路的总电流 所以使用 该电流所测电阻 R测 也比真实值 Rx略小些 相对误差 a xV xV RR RR I U xV V x x RR R R RR 测 例 1 某电流表的内阻在 0 1 0 2 之间 现要测量其内阻 可选用的器材如下 A 待测电流表 A1 量程 0 6A B 电压表 V1 量程 3V 内阻约 2k C 电压表 V2 量程 15V 内阻约 10k D 滑动变阻器 R1 最大电阻 10 E 定值电阻 R2 阻值 5 F 电源 E 电动势 4V G 电键 S 及导线若干 1 电压表应选用 2 画出实验电路图 3 如测得电压表的读数为 V 电流表的读数为 I 则电流表 A1内阻的表达式为 RA 二 二 控制电路的选择 滑动变阻器分压与限流接法的选择 控制电路的选择 滑动变阻器分压与限流接法的选择 1 限流接法 限流接法 如图 2 甲所示 注意 注意 在接通电源之前应把接入中路中的电阻最大 电路中的电流最小 以保证安全 即图中滑片 P 移到 b 端 2 分压接法 分压接法 如图 2 乙所示 注意 注意 在接通电源之前 滑片 P 应移到图中的 a 端 使负载的电 压和电流均为最小 以保证安全 3 选择方法 选择方法 在没有特殊指明的情况下 从减小电能损耗和接线方便的角度考虑 变阻器通常选用 限流接法 但在出现下述情况时 则必须选择分压接法 1 若采用限流电路时 如果电路中的最小电流大于等于被测电阻 若采用限流电路时 如果电路中的最小电流大于等于被测电阻 Rx的额定电流或的额定电流或 所给电表的量程时 必须选用分压电路 所给电表的量程时 必须选用分压电路 例 1 用伏安法测量某电阻 Rx阻值 现有实验器材如下 待测电阻 Rx 阻值约为 100 欧 直流电流表 A 0 10mA 50 电压表 0 3V 滑动变阻器V k5 0 1A 直流电源 电动势为 3V 内阻不计 电键 导线若干 R 15 图 2 乙 根据规格要求 画出测量电路图 2 滑动变阻器全阻值 滑动变阻器全阻值远小于或者远大于被测电阻远小于或者远大于被测电阻 Rx或电路中串联的其他电阻的或电路中串联的其他电阻的R 阻值 而实验要求电压变化范围较大 或要求测量多组数据 时 必须采用分压电路 阻值 而实验要求电压变化范围较大 或要求测量多组数据 时 必须采用分压电路 例 2 有一个小灯泡上标有 6V 0 6W 的字样 现在要用伏安法测量这个灯泡的 I U 图 线 现有实验器材如下 电压表 0 10V 内阻 20 电流表 0 0 3A 内阻 1 k 滑动变阻器 学生电源 直流 9V 还有开关 导线 A25 外 为使实验误差尽量减小 画出实验电路图 3 实验中要求电压从零开始并连续变化时须采用分压电路 实验中要求电压从零开始并连续变化时须采用分压电路 例 1 某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率 所 用的器材包括 输出为 3V 的直流稳压电源 电流表 待测金属丝 螺 旋测微器 千分尺 米尺 电阻箱 开关和导线等 1 他们截取了一段金属丝 拉直后固定在绝缘的米尺上 并在金 属丝上夹上一个小金属夹 金属夹 金属夹可在金属丝上移动 请根据现有器材 设计实 验电路 并连接电路实物图 14 2 实验的主要步骤如下 正确链接电路 设定电阻箱的阻值 开启电源 合上开关 读出电流表的示数 记录金属夹的位置 断开开关 合上开关 重复 的操作 图 4 图 14 图 15 3 该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据 并据此绘出了图 15 的关系图线 其斜率为 A 1 m 1 保留三位有效数字 图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了 的电阻之和 4 他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图 16 所 示 金属丝的直径是 图 15 中图线的斜率 电源电动势和金 属丝横截面积的乘积代表的物理量是 其数值和单位为 保留三位有效数字 五 实验仪器的选择 五 实验仪器的选择 1 首先考虑安全因素 所有仪器必须保证安全 首先考虑安全因素 所有仪器必须保证安全 2 读数误差因素 减小误差 读数误差因素 减小误差 3 对滑动变阻器 分压和分流 对滑动变阻器 分压和分流 4 仪器选择的一般步骤 仪器选择的一般步骤 1 首先选择唯一性的器材 2 草画电路图 暂不接电流表和电压表 3 估算回路中的电流和电压的最大值 在电表的指针有较大幅度的偏转 但不超过 其量程的情况下 结合已知器材的规格 确定实验电路和实验器材 例 1 在 测定金属丝的电阻率 的实验中若估测金属丝的电阻 Rx约为 3 为减小误差 并尽可能测量多组数据 要求电阻丝的发热功率 P 0 75W 备有器材如下 A 6V 直流电源 B 直流电流表 A1 0 0 6A 内阻 5 0 C 直流电流表 A2 0 3A 内阻 01 0 D 直流电压表 V1 0 3V E 直流电压表 V2 0 15V k1 k5 F 滑动变阻器 R1 0 最大允许电流 1A 100 G 滑动变阻器 R2 0 最大允许电流 1A 20 H 电键 导线若干 问 1 上述器材选用 用字母表示 2 画出实验电路图 3 在图 5 中连接实物 例例 2 某同学用图 2 所示电路 测绘标有 3 8 V 0 3 V 的小灯泡 的灯丝电阻 R 随电压 U 变化的图象 除了导线和开关外 有以下一些器材可供选择 电流表 A 量程 100 mA 内阻约 2 图 6 图 5 图 16 A 量程 0 6 A 内阻约 0 3 电压表 V1 量程 5 V 内阻约 5 V2 量程 15 V 内阻约 15 电源 E1 电动势为 1 5 V 内阻为 0 2 E2 电动势为 4 V 内阻约为 0 04 为了调节方便 测量准确 实验中应选用电流表 电压表 滑 动变阻器 电源 填器材的符号 根据实验数据 计算并描绘出 R U 的图象如图 3 所示 由图象可知 此灯泡在不不作 时 灯丝电阻为 当所加电压为 3 00 V 时 灯丝电阻为 灯泡实 际消耗的电功率为 W 根据 R U 图象 可确定小灯泡耗电功率 P 与外加电压 U 的关系 符合该关系的示意图是 下列图中的 答案 A2 V1 R1 E2 1 5 11 5 0 78 A 例例 3 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 电动势为 9 V 内阻忽略不计 电压表 V 量程为 0 至 10 V 内阻 20K 电流表 A1 量程为 0 至 50 内阻约 20 电流表 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 3 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 例 4 为了测量一节干电池的电动势和内电阻 实验室准备了下列器材供选用 A 待测干电池一节 B 直流电流表 量程 0 0 6 3 A 0 6 A 挡内阻为 0 1 3 A 挡内阻为 0 02 C 直流电压表 量程 0 3 15 V 3 V 挡内阻为 5 k 15 V 挡内阻为 25 k D 滑动变阻器 阻值范围为 0 15 允许最大电流为 1A E 滑动变阻器 阻值范围为 0 1000 允许最大电流为 0 2 A F 开关 G 导线若干 在图 甲 中将所选器材 用铅笔画线代表导线进行实物连线 为尽可能减少实验的误差 其中滑动变阻器选 填代号 根据实验记录 画出的 U I 图线如图 乙 所示 从中可求出待测干电池的电动 势为 V 内电阻为 六 电路的纠错 六 电路的纠错 例例 1 如图所示的电路中 1 2 3 4 5 6 为连接点的标号 在开关闭合后 发现小灯 泡不亮 现用多用电表检查电路故障 需要检测的有 电源 开关 小灯泡 3 根 V 15