如何复习《电学实验》.doc

如何复习电学实验江苏省新海高级中学 李庆 222006VA图1SE 如何复习电学实验，对许多高三同学来说，一直是一个困扰。复习阶段，学生已经有了以下的知识储备： 电流表的内、外接法， 电表的改装， 描绘小灯泡的伏安特性曲线， 测电源的电动势和内电阻。大多数电学实验就是在和的基础上展开的，如果能够对这两个实验非常熟悉，复习时就能得心应手。对实验的要求，可以分为以下三级：一级要求是能够熟悉相应的电路图，以及由电路图连接实物图，二级要求是能够识别电路图中的改变部分以及非线性元件功率的求解。如电源的改变，或电表的改装等。三级要求是作出图象或利用图象求解。如用电阻箱来代替某一电表，由电表、电阻箱的读数作图（一般为直线），推导出函数表达式，结合图象的斜率、截距，计算有关物理量。下面对这部分内容进行阐述。一、描绘小灯泡的伏安特性曲线 描绘小灯泡伏安特性曲线的电路图如图1所示。 该电路实际上是由两个部分组成，即电源电路（如图2甲所示）和测量电路（如图2乙所示）。一级要求例1用以下器材测量一段电阻丝的电阻：甲SE图2乙VAA电池（电动势14 V，内阻可忽略不计）B电流表（量程0 0.6 A，内阻约0.12）C电流表（量程0 100 mA，内阻约12）D电压表（量程0 3 V，内阻约3 k）E电压表（量程0 15 V，内阻约15 k）F滑动变阻器（0 10，允许最大电流2 A）PMNO图3U/VI/AG滑动变阻器（0 500，允许最大电流0.5 A）（1）要尽量精确地测量其电阻值，除了电阻丝、导线、开关以外，还需选用的器材有 （只填写字母代号）；（2）画出实验电路图（要求直接测量的变化范围尽可能大一些）；（3）根据测量数据画出该电阻丝的伏安特性曲线如图3所示，发现MN段明显向上弯曲。若实验的操作、读数、记录、描点和绘图等过程均正确无误，则出现这一弯曲现象的主要原因是： 。分析：此题考查的就是“描绘小灯泡伏安特性曲线”的电路图。实验电路图如图1所示，只是将图1中的小灯泡换成待测的电阻丝即可。考虑到电表的量程以及电路中可能达到的最大电流，所以器材选用ABEF。出现MN段明显向上弯曲的原因，是由于电阻丝的电阻发生了变化，温度升高，电阻变大。Pn1n2图4 此题为基础题，若能熟悉图1电路，就可以完成这道题。二级要求例2利用如图4所示的调压变压器供电，就可测定和描绘一只“220 V 60 W”白炽电灯灯丝的伏安特性曲线。将调压变压器输入端接在220 V的交流电源上，其输出端有一个滑动触头P，移动它的位置，就可以使输出电压在0 250 V之间连续变化。实验室内备有下列器材：A调压变压器 B“220 V 60 W”白炽灯C交流电压表V（内阻约50 k）D交流电流表A（内阻约20）E开关和若干导线等（1）请画出符合要求的实验测量电路图（其中调压变压器已画出）；（2）由于电表内阻的影响所产生的实验误差，电压较高段 电压较低段（选填“小于”、“等于”或“大于”）；（3）根据测量数据作出的伏安特性曲线如图5所示。现将两只完全相同的“220 V 60 W”白炽电灯串联后接在220 V交流电源的两端，则两只电灯总共消耗的电功率约为 W。（4）将上述一只灯泡接在图4的电路中，若灯泡的功率为30 W，则灯泡两端电压约为 V。图50U/V50I/A1001502002503000.400.300.200.10（5）若将上述一只灯泡接在电压为200 V的直流电路中（电源内阻不计），要使灯泡的功率为30 W，则需串联的电阻阻值约为 。分析：此题是将图1的电源电路作了修改，即图2甲换成图4中的调压变压器，测量电路不变，将图2乙的测量电路接入图4即可。由于灯丝电阻随温度升高（灯泡两端电压增大）而增大，当电压较高时，电压表的分流作用不可忽略，所以电压较高段的误差大于电压较低段。当两只完全相同的白炽电灯串联后接在220 V交流电源的两端时，每只灯泡两端的电压均为110 V，由图5可知，此时电流为0.22 A，两灯的总功率为：P = 2 UI = 21100.22 W = 48.4 W。 由图5可得出，当电压为130 V，电流约为0.228 A，此时功率约为1300.228 W = 29.64 W。所以，当灯泡功率为30 W时，灯泡两端电压约为130 V。若接在200 V的直流电路中，串联电阻R上的电压为70 V，电流为0.228 A，R = U / I = 70 / 0.228307。例3有一个小灯泡上标有“4.8 V 2 W”的字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电功率。有下列器材可供选用：A电压表V 1（0 3 V，内阻3 k） B电压表V 2（0 15 V，内阻15 k）C电流表A（0 0.6 A，内阻约1） D定值电阻R 1 = 3 kE定值电阻R 2 = 15 k F滑动变阻器R（10，2 A）G学生电源（直流6 V，内阻不计） H开关、导线若干（1）实验中所用电压表应选用 ，定值电阻应选用 （均用序号字母填写）；（2）为尽量减小实验误差，并要求从零开始多取几组数据，请画出满足实验要求的电路图；分析：此题是在图1的基础上考查电表的改装。若采用电压表V 2，由于灯泡的额定电压4.8 V小于该表满量程的1 / 3，造成读数时误差较大，而电压表V 1的量程小于4.8 V，需要扩大量程。所以电压表选A，定值电阻选R 1，两者串联后就改装成量程为6 V的新的电压表。将图1作这样修改：电压表V 1与定值电阻R 1串联后代替原电压表，就是本题所要求的电路图。例4为了测定电阻R 0的阻值，某研究小组收集了以下电学元件：A电压表V（量程3 V，内阻R V约为4 k）B电流表A 1（量程100 mA，电阻R A1约为5）C电流表A 2（量程2 mA，电阻R A1约为50）D滑动变阻器R（0 40，额定电流1 A） E电阻R 0（约为2 k）F电池（电动势3.7 V，内阻不计） G开关、导线若干（1）实验中，电流表A应选 （选填“A 1”或“A 2”）；（2）请画出实验电路图。分析：在图1电路中，由于灯泡电阻与电流表内阻相当，所以把电流表外接。本实验中，电阻R 0约为2 k，与电压表的内阻相当，远大于电流表的内阻，需将电流表内接。本实验的电路图就是将图1电路中的电流表由外接改为内接即可。 流过R 0的电流约为：U / R 0 = 3 / 2000 A = 1.5 mA，所以电流表选择A 2。例5为了测定一电压表的内阻，给定以下器材：A电压表（0 3 V，内阻约为几千欧） B电流表（0 1 mA）C电流表（0 1 A） D滑动变阻器（0 50）E电源（1.5 V的干电池2节） F开关、导线若干（1）为了获得多组数据，请设计电路图；（2）电流表应选择 （选填“B”或“C”）。分析：图1电路是测量小灯泡的电压和电流，进而可测量出在不同状态下的电阻，而本实验是测量电压表的电阻。如果将图1中小灯泡与电压表并联的那部分看成是“带指示灯的电压表”，本实验的问题就简单了。将图1中灯泡与电压表并联的那部分用待测电压表代替，就是本实验的电路图。电流表应选择B，因为流过电压表的电流约为：U / R = 3 / 3000 A = 1 mA，远小于电流表C的量程。R2RXR1图6SEA2A1例6某同学要用“伏安法”测定一个待测电阻R x（阻值约为200）的阻值，实验室提供了如下器材：电池组E：电动势为3 V，内阻不计电流表A 1：量程0 10 mA，内阻约为40 60电流表A 2：量程0 500A，内阻为1000滑动变阻器R 1：阻值范围为0 20，额定电流为2 A电阻箱R 2：阻值范围为0 9999，额定电流为1 A开关S、导线若干。 请你帮助该同学完成实验中的下述问题（实验中应尽可能考虑更加准确地测量R x的阻值）：（1）上述器材中缺少电压表，需选一只电流表将它改装成电压表的电路原理图，并在图中标明所用器材的代号。（2）请画出测量R x阻值的电路图，并在图中标明各器材的代号。分析：由图1可知：流过电流表A的电流比流过电压表V的电流大，所以将量程小的电流表A 2改装成电压表。将电流表A 2与电阻箱R 2串联后，改装成量程为3 V的电压表，需要串联的电阻箱的阻值计算如下：A 2两端的最大电压为U 2 = I 2 R g = 500A1000= 0.5 V，电阻箱上的电压为2.5 V，电流为500A，所以R 2 = U / I 2 = 2.5 V / 500A = 5000。 实验电路图如图6所示。三级要求例7为了测量电流表的内阻，实验室提供了如下的器材：A电流表G 1（满偏电流为6 mA，内阻R g1 = 100）B待测电流表G 2（满偏电流为1 mA，内阻R g2未知）C电阻箱R 0（0 999.9） D滑动变阻器R（0 20 1 A）E电源（电动势4 V，内阻很小）、开关一个、导线若干（1）由于器材不充分，某同学设计了一个测量电流表G 2内阻的电路，其部分电路如图2甲所示，请将电路图补充完整；图701.00.5I1 /mA1.02.0I2 /mA（2）实验中调节滑动变阻器R，得到多组电流表G 1和G 2的示数I 1和I 2，根据测量数据描绘出I 1I 2图线，如图7所示，由图得到电流表G 2的内阻R g2 = ；（保留三位有效数字）R0R图8SEG2G1 分析：对照图1，待测电流表G 2相当于小灯泡，电流表G 1相当于电压表（电流与内阻的乘积为G 1两端的电压），图1中的电流表就没有必要了。下面需要检查电路是否安全。对于测量电路，最大电流为I = 6 mA +1 mA = 7 mA，电阻R大约为：R = U / I = 4 V / 7 mA571。测量电路仅仅是由G 1与G 2并联，不能满足要求，需要将电阻箱R 0接入，起到保护电路的作用，如图8所示。由图7知，I 1 = 2 mA时，I 2 = 1 mA，所以：R g2 = I 1 R g1 / I 2 = 200。二、测电源的电动势和内电阻图9ErAV 测电源的电动势和内电阻的实验电路图如图9所示。 如果仅仅是测量电源电动势，或已知电流表的内阻的条件下测电源的电动势和内电阻，图9中的电流表须改为与电源直接相连，有关这部分的内容，本文不再赘述。一级要求例8在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中，（1）备有以下器材：A旧干电池1节 B滑动变阻器（0 20） C滑动变阻器（0 1 k）D电压表（0 3 V） E电流表（0 0.6 A） F电流表（0 3 A）G开关、导线若干其中，滑动变阻器应选 ，电流表选 （只填器材前的序号）；（2）请画出该实验合理的电路图；（3）某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据，在图中画出UI图线（要求图线尽可能充满坐标纸），根据图线得到被测电池的电动势E = V，内电阻r = 。123456I/A0.100.150.200.250.300.40U/V1.321.261.181.131.040.93分析：实验电路图如图9所示。根据表格所给的数据，电流最大值为0.40 A，所以电流表选择E。当电流取最小值0.10 A时，电路的电阻为最大值，此值大约为：R = U / I = 1.32 / 0.10= 13.2，所以滑动变阻器选择B。 根据表格中的数据，可作出UI图线（为了充分利用坐标纸，纵轴U的范围取0.90 V 1.40 V），该图线请读者完成。由图线与U轴的交点及图线的斜率，可以求出电动势为1.40 V，内电阻为1.20。需要提醒的是：对于图10所示的电路，UI图线斜率k的绝对值为：k= R + r。图10ErAVR二级要求例9为了测量一节干电池的电动势和内电阻，现准备了下列器材：A待测干电池E（电动势约1.5 V，内阻约1.0）B电流计G（满偏电流3.0 mA，内阻10）C电流表A（量程0 0.60 A，内阻0.10）D滑动变阻器R 1（0 20，额定电流2 A）E滑动变阻器R 2（0 1000，额定电流1 A）F定值电阻R 3 = 990 G开关和导线若干。（1）为了能尽量准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是 （填仪器代号）；（2）画出实验电路图，并注明器材的字母代号。分析：当通过电流表A的电流为0.60 A时，电路的电阻值为R = E / I = 1.5 / 0.60= 2.5，当电流表A的电流为满量程的1 / 3即0.20 A时，电路的电阻值为R / = E / I / = 1.5 / 0.20= 7.5，说明当电路中的电流在0.20 A 0.60 A之间变化时，电路中的电阻应在2.5 7.5之间调节，所以滑动变阻器应选择D。 对照图9的电路图，利用电流计G与定值电阻R 3串联改装成电压表，所以本实验的电路图就是将电流计G与定值电阻R 3串联来代替电压表，其余部分不变。三级要求RVR0S图11例10某同学利用电压表和电阻箱测定一种特殊电池的电动势（电动势E大约在9 V左右，内阻r约为50）。已知该电池允许输出的最大电流为150 mA，该同学利用如图11所示的电路进行