高考物理专题复习 电学实验学案.docx
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高考物理专题复习电学实验学案
高考物理专题复习电学实验学案
【知识梳理】
一、描绘小灯泡的伏安特性曲线
1、实验原理在纯电阻电路中,电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系,但在实际电路中,由于各种因素的影响,UI曲线。
2、实验步骤
(1)、适当选择电流表,电压表的量程,采用电流表的外接法,按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。
(2)、滑动变阻器采用分压接法,把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端,电路经检查无误后,闭合电键S。
(3)、改变滑动变阻器滑动片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U,记入记录表格内,断开电键S;(4)、在坐标纸上建立一个直角坐标系,纵轴表示电流I,横轴表示电压U,用平滑曲线将各点连接起来,便得到伏安特性曲线。
(5)、拆去实验线路,整理好实验器材。
3、注意事项
(1)、因本实验要作出IU线时作图不准确造成的偶然误差。
5、知识延伸AURUAI测RARxU测RVV电流表的解法:
(1)内接法:
如图所示,待测电阻的测量值:
显然所以I测RxU测RVVIVIRA当时,,系统的相对误差很小,可以忽略不计,所以内接法适用于测量高阻值电阻。
(2)外接法:
如图所示,待测电阻的测量值:
显然有:
所以当时,,,系统的相对误差忽略,所以外接法适用于测量低阻值电阻。
(3)试触法选择内、外接法:
具体方法是,在如图所示的电路中,改变电表的连接方式,拿电压表的一个接线柱分别接触M、N两点,观察电压表和电流表的示数变化,如果电流表变化明显,说明电压表内阻对电路影响较大,应采用内接法;如果电压表变化明显,说明电流表内阻对电路影响较大,应采用外接法。
滑动变阻器的限流接法和分压接法:
电路负载上电压调节范围负载上电流调节范围闭合开关前触电所处位置相同条件下消耗的总功率限流接法RLR0Sabεr0Pb端分压接法RLR0Sabεr0Pa端比较分压电路调节范围大分压电路调节范围大都为了保护负载电路限流电路能耗小滑动变阻器的两种电路连接都能控制调节负载的电流和电压,但在相同条件下调节效果不同,实际应用中要根据具体情况恰当的选择限流接法和分压接法。
(1)通常情况下(满足安全条件),由于限流电路能耗较小,电路结构简单,因此应优先考虑。
(2)在下列情况下必须采用分压接法。
①要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节,只有分压接法才能满足。
②如果实验所提供的电表量程或其它元件允许通过的最大电流很小,若采用限流接法,无论怎样调节,电路中实际电流(或电压)都会超过电表量程或元件允许的最大电流(或电压),为了保护电表或其它元件,必须采用分压接法。
③伏安法测电阻实验中,当滑动变阻器的阻值远小于待测电阻时,若采用限流接法,待测电阻上的电流(或电压)变化很小,不利于多次测量求平均值或用图像处理数据,也起不到保护用电器的作用,应选用分压接法。
【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)滑动变阻器(R2)直流电源(E)开关(S)导线若干量程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阻值范围0~1k,允许最大电流100mA输出电压6V,内阻不计①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)②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。
③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
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θ与电流强度I成正比,即θ=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、电压表的改装
(1)原理:
很小,不能直接换刻度测电压,需要串联一个如图所示的分压电阻。
(2)分压电阻的计算:
由串联电路的特点知:
则:
因为电压扩大表头量程的倍数:
所以注:
相同的表头改装成的不量程的电压表串联,指针偏转角度相同。
4、电流表的改装
(1)原理:
很小,不能直接换刻度测电流,需要并联一个如图所示的分流电阻。
(2)分流电阻的计算:
由并联电路的特点知则:
因为电流扩大表头量程的倍数:
所以注:
相同表头改装成量程不同的电流表并联,指针偏转角度相同。
三、测量电源电动势和电阻
1、实验原理根据闭合电路的欧姆定律,其方法有:
(1)如图甲所示,改变变阻器的阻值,从电流表、电压表中读出几组U和I的值,由可得,。
(2)为减小误差,至少测出六组U和I值,且变化范围要大些,然后在UI图象,利用图象求出E、r。
3、实验误差分析(选择性看,看不懂就算了)
(1)偶然误差:
主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图象应是图中的虚线(b),由此可见,按图所示的实验电路测出的电源电动势,电源内电阻。
说明:
①外电路短路时,电流表的示数(即干路电流的测量值)等于干路电流的真实值,所以图中(a)、(b)两图线交于短路电流处。
②当路端电压(即电压表示数)为时,由于电流表示数小于干路电流,所以(a)、(b)两图线出现了图中所示的差异。
4、注意事项
(1)电流表要与变阻器靠近,即电压表直接测量电源的路端电压。
(2)选用内阻适当大一些的电压表。
(3)两表应选择合适的量程,使测量时偏转角大些,以减小读数时的相对误差。
(4)尽量多测几组U、I数据(一般不少于6组),且数据变化范围要大些。
(5)作UI图象,所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E,图线斜率的值即为电源的内阻r,即。
(2)应注意当电池内阻较小时,U的变化较小,图象中描出的点呈现如图(甲)所示状态,下面大面积空间得不到利用,所描得的点及作出的图线误差较大。
为此,可使纵轴不从零开始,如图(乙)所示,把纵坐标比例放大,可使结果误差小些。
此时,图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势,但图线与横轴的交点不再代表短路状态,计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点,由它们的坐标值计算出斜率的绝对值,即为内阻r。
6、实验仪器的选择本实验的系统误差来源于未计电压表的分流。
为减小该误差,需要减小电压表的分流。
减小电压表分流的方法有二方面,一是选取阻值范围小的滑动变阻器,二是在满足量程要求的前提下选取内阻较大的电压表。
由于选用了阻值范围小的滑动变阻器,所以电路中电流较大,因而,还需要滑动变阻器的额定电流较大。
综上所述,本实验中滑动变阻器的选择原则是:
阻值范围较小而额定电流较大;电压表的选择原则是:
在满足量程要求的前提下选取内阻较大的;电流表的选择需根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定。
【例2】
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,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=0、6A,内阻)和若干导线。
①请根据测定电动势E内电阻的要求,设计图4中器件的连接方式,画线把它们连接起来。
②接通开关,逐次改变电阻箱的阻值,读处与对应的电流表的示数I,并作记录当电阻箱的阻值时,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;再制作R-坐标图,如图6所示,图中已标注出了()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。
③在图6上把描绘出的坐标点练成图线。
④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
四、多用表的使用:
欧姆表的改装:
(1)主要部件:
表头、可调电阻、电源、红黑表笔等。
电路如图。
(2)原理:
由闭合电路欧姆定律得:
,,与不成正比,时,。
(3)刻度盘的特点:
①零刻度线在最右端,从右向左读数;②刻度不均匀,前疏后密。
中值电阻附近误差小。
注:
因欧姆表示数为零时:
,中值时:
,则。
(4)使用方法:
①首先机械调零;②再欧姆调零,即两表笔直接短接,调整,让指针指在欧姆表盘最右端零刻度处;③连接被测电阻,读出刻度盘示数,,其中为档位倍数。
若指针偏右,需缩小倍数,选小的档位;若指针偏左,需放大倍数,选大的档位。
④每换一次档位,需重新调零。
【例3】
某同学利用多用电表测量二极管的反向电阻。
完成下列测量步骤:
(1)检查多用电表的机械零点。
(2)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔,将选择开关拔至电阻测量挡适当的量程处。
(3)将红、黑表笔___________,进行欧姆调零。
(4)测反向电阻时,将_________表笔接二极管正极,将________表笔接二极管负极,读出电表示数。
(5)为了得到准确的测量结果,应让电表指针尽量指向表盘___________(填“左侧”、“右侧”或“中央”);否则,在可能的条件下,应重新选择量程,并重复步骤(3)、(4)。
(6)测量完成后,将选择开关拔向_____________________________位置。
【典例解析】
【例4】
某同学为了较精确的测量一阻值约为20Ω的电阻Rx的阻值、①在以下备选器材中电流表应选__________,电压表应选_______,变阻器应选_________、(只填写器材对应的字母代号)电源E(电动势3V、内阻可忽略不计)电流表A1(量程50mA,内阻约12Ω)电流表A2(量程3A,内阻约0、12Ω)电压表V1(量程3V,内阻约3kΩ)电压表V2(量程15V,内阻约15kΩ)滑动变阻器R1(0~10Ω,允许最大电流
2、0A)滑动变阻器R2(0~1000Ω,允许最大电流0、5A)定值电阻R(30Ω,允许最大电流
1、0A)开关及导线若干②请在方框中画出实验电路图(要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,所选器材用对应符号标出)。
③若某次测量中,电压表读数为U,电流表读数为I,则计算待测电阻的阻值表达式为Rx=________________。
【例5】
从下表中选取出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A1的内阻r1,画在下面的方框中,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并能测出多组数据。
器材(代号)规格电流表(A1)量程10mA,内阻r1待测(约40Ω)电流表(A2)量程500μA,内阻r2=750Ω电压表(V)量程10V,内阻r3=10kΩ电阻(R1)阻值约100Ω,作保护电阻用滑动变阻器(R2)总阻值约50Ω电池(E)电动势
1、5V,内阻很小电键(S)导线若干
【例6】
现有器材:
量程为
10、0m
A、内阻约30-40的电流表一个,定值电阻R1=150,定值电阻R2=100,单刀单掷开关K,导线若干。
要求利用这些器材测量一干电池(电动势约
1、5V)的电动势。
(1)按要求在实物图上连线。
(2)用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为E=,式中各直接测得量的意义是:
、RAR滑G
【例7】
某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻,实验室中有如下器材:
A、待测干电池
B、电流表G(0~3mA,内电阻r1=20Ω)
C、电流表A(0~0、6A,内电阻r2=0、20)
D、滑动变阻器甲(最大阻值10Ω)E、滑动变阻器乙(最大阻值100Ω)F、定值电阻R1=100ΩG、定值电阻R2=500ΩH、定值电阻R3=
1、5kΩ开关、导线。
由于没有电压表,为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。
①为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选,定值电阻应选用。
(填写定值电阻前的序号)②若某次测量中电流表G的示数为I1,电流表A的示数为I2;改变滑动变阻器的位置后,电流表G的示数为I1′,电流表A的示数为I2′。
则可知此电源的内电阻测量值为r=,电动势测量值为E=。
【例8】
小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大、某同学为研究这一现象,用实验得到如下数据(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压):
(1)在左下框中画出实验电路图、可用的器材有:
电压表、电流表、滑线变阻器(变化范围0-10Ω)、电源、小灯泡、电键、导线若干、
(2)在右图中画出小灯泡的U-I曲线、(3)某电池的电动势是
1、5V,内阻是
2、0Ω、将本题中的灯泡接在该电池两端,小灯泡的实际功率是多少?
【例9】
在"测定金属的电阻率"的实验中,用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示,用米尺测量金属丝的长度l=0、810m、金属丝的电阻大约为4Ω,先用伏安法测出金属丝的电阻,然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率、
(1)从图中读出金属丝的直径为mm、
(2)在用伏安法测定金属丝的电阻时,除被测电阻丝外,还有如下供选择的实验器材:
A、直流电源:
电动势约
4、5V,内阻很小;
B、电流表A1:
量程0~0、6A,内阻0、125Ω;
C、电流表A2:
量程0~
3、0A,内阻0、025Ω;
D、电压表V:
量程0~3V,内阻3kΩ;E、滑动变阻器R1:
最大阻值10Ω;F、滑动变阻器R2:
最大阻值50Ω;G、开关、导线等、在可供选择的器材中,应该选用的电流表是,应该选用的滑动变阻器是。
(3)根据所选的器材,在如图所示的方框中画出实验电路图、(4)若根据伏安法测出电阻丝的电阻为Rx=
4、1Ω,则这种金属材料的电阻率为Ωm、(保留二位有效数字)
【例10】
在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材:
A、待测的干电池(电动势约为
1、5V,内电阻小于
1、0Ω)
B、电流表G(满偏电流3mA,内阻Rg=10Ω)
C、电流表A(0~0、6A,内阻0、1Ω)
D、滑动变阻器R1(0~20Ω,10A)
E、滑动变阻器R2(0~200Ω,lA)F、定值电阻R0(990Ω)
G、开关和导线若干
(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表,但给出了两个电流表,于是他设计了如图所示中甲的(a)、(b)两个参考实验电路,其中合理的是图所示的电路;在该电路中,为了操作方便且能准确地进行测量,滑动变阻器应选(填写器材前的字母代号)、
(2)图乙为该同学根据
(1)中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的I1I2图线可以看出,图线与纵轴的交点为
1、48,即,故电动势E=
1、48V;又因为图线的斜率,即,故、
【高考演练】
1、【答案】⑴如图⑵阻值最大⑶⑷
6、05mA
2、【答案】XXXXX:
(1)如图:
(2)d、电阻箱的读数e仍为电阻箱的读数为f、
【解析】
XXXXX:
(1)由于本实验只有一个可以用来测量或观察的电流表,所以应该用“替代法”的思维考虑用电流表观察保证电路的电阻不变,因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路。
而且热敏电阻的95℃和20℃的阻值是已知的,所以热敏电阻的初始温度为95℃,则电流表数不变时电阻箱与热敏电阻的串联电路电阻保持150Ω加电阻箱的初值之和不变。
如果热敏电阻的初始温度为20℃,则电流表示数不变时,电阻箱与热敏电阻的串联电路电阻保持550Ω加电阻箱的初值之和不变,则可以测量任意温度下的电阻。
(2)实验步骤为:
a、依照实验原理电路图连线b、调节控温电容M内的温度,使得的温度为95℃c、将电阻箱调到适当的初值,保证仪器安全d、闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数,并记录电阻箱的初值e、将的温度降低为,调节电阻箱,使得电流表的读数仍为,记录电阻箱的读数为f、温度为时,热敏电阻的电阻值g、将的温度逐渐降低直到为止,在每一温度下重复步骤e-f
3、【答案】XXXXX:
(1)如图所示
(2)如图所示(3)1
15、0mA,
5、00V,
43、5Ω,
64、0℃
【解析】
XXXXX:
(1)根据电路图连接实物。
(2)根据数据描出点,作出直线。
(3),,,对照图温度为
64、0℃。
4、【答案】XXXXX:
①电流表A不能准确测量出流过电压表V1的电流;②测量电压表V1内阻的实验电路如图所示;③,表示的电压,表示和串联的总电压。
5、【答案】XXXXX:
(1)①BCF②BCAE③300略小于④串
19、7
(2)①如图所示;②
3、00、50
27、0
【解析】
⑴①半偏法测量表头内阻时,首先选择滑动变阻器(必须大于电路所需的最小电阻,根据电路的电压为电动势,电路的最大电流为表头的满偏电流,则最小电阻为KΩ或KΩ,考虑到保护R0=1KΩ,则可知调节滑动变阻器使表头满偏时滑动变阻器的阻值分别接近29KΩ或
6、5KΩ,电路图中R2是滑动变阻器,不能选择D和E只能选择F。
表头满偏时滑动变阻器的阻值越大,实验的误差越小,所以电源选择电动势为6V的B,而且滑动变阻器F的阻值也满足调节所需。
而R1是用来测量表头内阻的电阻箱只能选C。
②实验步骤为:
第一步闭合S2((B),第二步调节R2的阻值,使电流计满偏(C),第三步闭合S1((A),第四步调节R1的阻值,使电流计半偏(E),第五步读出R1的示数为待测表头的内阻。
③R1的示数为待测表头的内阻是300、0KΩ。
闭合S1后,电路的总电阻减小,当表头半偏时,赶路电流就大于表头的满偏电流,流过电阻箱的电流就大于流过表头的电流,所以电阻箱的阻值略小于表头内阻。
④给表头串联一个电阻可以改装成电压表,改装电压表的内阻为=20KΩ,则串联电阻大小为20KΩ-300Ω=
19、7KΩ。
(2)本实验时对改装电压表进行校准的,将改装电压表和标准电压表并联后要求电压从0到满偏变化,所以滑动变阻器采用分压接法。
表头的刻度均匀。
当表针恰好指到满量程的五分之二时,流过改装电压表的电流是0、4Ig,根据欧姆定律分别有4=0、4Ig(rg+17103)和2=0、4Ig(rg+7103)解得表头内阻为
3、0KΩ,满偏电流为:
0、50mA量程是15V的改装电压表的内阻为=30KΩ,所以改装时串联的定值电阻是30KΩ-
3、0KΩ=
27、0KΩ。
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