高考电学实验讲义电学实验其实非常简单.docx
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高考电学实验讲义电学实验其实非常简单
电学实验
电阻的测量
1.伏安法测电阻
(1)原理:
部分电路的欧姆定律。
(2)电流表外接法,如图4所示。
误差分析:
产生误差的原因:
电压表V分流。
适用于测小阻值电阻,即Rx远小于Rv时。
](3)电流表内接法,如图5所示。
误差分析:
产生误差的原因:
电流表A分压。
适用于测大阻值电阻,即Rx远大于RA时。
(4)内、外接法的选用原则
①计算临界电阻:
若Rx>R0,待测电阻为大电阻,用内接法
若Rx 即大电阻,内接法;小电阻,外接法。 大内小外。 关于伏安法测电源电动势和内阻的误差分析 一、对于电源而言电流表外接法 U=E–Ir中I必须是流过电源的电流,。 而本实验用如图甲所示的电路是存在系统误差的,这是由于电压表分流IV,使电流测量值小于电池的输出电流I真。 ∵I真=I测+IV,而 ,U越大,IV越大,U趋于零时,IV也趋于零。 ∴它们的关系可用图乙表示,测量图线为AB,真实图线为A’B 由图线可看出测量图线AB的斜率的绝对值和在纵轴上的截距都小于A’B,因此内阻r和电动势E都小于真实值。 对于测量值小于真实值也可以由电路上解释: 由于实验中把变阻器的阻值R看成是外电路的电阻。 因此电压表应看成内电路的一部分(如图甲中的虚线方框所示),故实际测出的电池和电压表这一整体的等效电动势E测和等效内阻r测。 ∵电压表和电池并联,∴等效内阻 ∵外电阻R断开时ab两点间的电压Uab等于等效电动势E测,此时电压表与电源构成回路。 ∴ 二.对于电源而言电流表内接法 测量电源的电动势的内阻的第二种如图所示。 由于电流表的分压作用: ∵U真=U测+UA=U测+IRA,RA为电流表的内阻。 这样在U—I图上对应每一个I应加一个修正值UA=IRA,由于RA很小时,UA趋于零,I增大,UA也增大。 理论与测量值的差异如图所示。 由图可知: E测=E理,r测=r真+RA>r真。 当然可也以从电路上解释,E测=E真,电流表电阻RA与内阻r测串联,r测=r真+RA>r真。 三、如何选择分压与分流电路 如果实验中要求被测元件的电压是从零伏调起的,或者是要求电压调节范围较大的情况,就应该选择分压电路,其分压电阻尽量选择阻值较小并且允许电流较大的滑线变阻器。 如果没有上述电压的限制,分压电路与限流电路都可以的情况下,应该首选限流电路。 可得到如下结论: (1)若需要被测电阻R两端电压变化范围较大,或需要从零开始连读可调电压,应选图乙的分压电路; (2)若采用限流电路时,如果电路中最小电流大于或等于被测电阻R的额定电流,必须采用分压电路; (3)当 时,为使被测电阻中电流有明显变化,也应选分压电路; (4)当 时(或两者相差不多),虽然两种电路都可以对负载电流有明显的调节和控制.或两种电路都满足实验要求时.但图甲的限流电路具有节省电能、电源负担轻、电路连接简便等优点,应选图甲的限流电路较好。 四、两种半偏法测电阻 1限流半偏法 (1)实验原理如图1所示,其中R为电位器(或滑动变阻器),R′为电阻箱,G为待测电表。 (2)实验操作顺序 ①按原理图连结好电路,断开S1、S1,将R阻值调到最大; ②合上S1,调节R,使电表G达到满偏; ③保持R阻值不变,再合上S2,调节R′,使G达到半偏; ④断开S1,记下R′的阻值;⑤在R>>R′时,Rg=R′。 (3)误差分析 本实验是在R>>R′的情况下,并入R′后,对总电阻影响很小,即认为干路电流仍等于Ig时,近似认为Rg=R′。 但实际上并入R′后,总电阻减小,干路电流I>Ig,通过R′的电流IR'>Ig/2,因此,Rg>R′。 所以测量值比真实值偏小,而且Rg越小,测量误差越小。 2分压半偏法 (1)实验原理如图2所示,其中R为滑动变阻器,R′为电阻箱,V为待测电表。 (2)实验操作顺序 ①连结电路,断开S,并将滑片置于最右端,调节R′=0; ②合上S,调节滑动变阻器R,使电表达到满偏; ③保持滑片位置不动,调节电阻箱R′的阻值,使电表半偏; ④断开S,记下R′的读数; ⑤在RR′时,Rv=R′。 (3)误差分析 本实验是在R< Rv=R′。 实际上串入了R′之后,并联部分的电阻增大,分得的电压增加了,R′两端的电压UR′>Ug/2,因此,R′>Rv。 所以测量值大于真实值,而且Rv越大,测量误差越小。 综上所述,用半偏法测电表内阻时,一般需要一个滑动变阻器和电阻箱,而且滑动变阻器的电阻与待测电阻悬殊较大。 当待测电阻阻值远大于滑动变阻器的总电阻时,用分压半偏法,测量值偏大;当待测电阻远小于滑动变阻器的总电阻时,用限流半偏法,测量值偏小。 简记为“大大小小”(即测大电阻,用分压半偏,测量值偏大;测小电阻,用限流半偏,测量值偏小)。 五、电表、电表的改装 1.灵敏电流表G (1)三个主要参数 ①内阻Rg: 电流表线圈的电阻,大约几十欧到几百欧。 ②满偏电流Ig: 指针批转到最大刻度时的电流,大约几十微安到几毫安。 ③满偏电压Ug: 电流表通过Ig时两端的电压,大约零点几伏。 (2)三个参数间的关系: 由欧姆定律可知Ug=IgRg 注意: 电表就是电阻。 2.电压表 (1)电压表的改装 电流表G的电压量程Ug=IgRg,当改装成量程为U的电压表时,应串联一个电阻R分去多余的电压U-Ug,电阻R叫分压电阻。 (2)电压表的内阻: Rv=Rg+R 3.电流表的改装 电流表G的电压量程Ug=IgRg,当改装成量 程为I的电流表时,应并联一个电阻R分去多余的电流I-Ig,电阻R叫分流电阻。 (2)电流表的内阻: RA=Rg×R/(R+Rg) 4.电流表改装成欧姆表 ①原理: 闭合电路的欧姆定律 ②如图1所示,当红、黑表笔短接时,调节R,使电流表的指针达到满偏电流,此时指针所指表盘上满刻度处对应两表笔间电阻为零。 这时有: ③当两表笔间接入电阻Rx时, 电流表的电流为: 多用电表读数 【例1】(1998上海·19)图21-2表示用多用电表测电路中电流的实验,图中多用表测定的是_____(填甲电阻的电流、乙电阻的电流或总的电流),测得的值是___________。 析与解: 根据电路可以看出: 多用表和乙电阻串联,它们再和甲电阻并联。 所以测量的肯定是乙电阻的电流。 测直流电流对应中间标示“ ”的刻度线,选择开关指在量程100mA,应读0-2-4-6-8-10一组数字(看成0-20-40-60-80-100),而且精度为 可以读出的准确示数为48mA,估读的方法是: 将一小格进行十等分,再看指针在一小格的位置(本题中指针在 位置处),尾数估读为 (±0.1)×2(精度)。 即: (±0.1)×2=1.4±0.2mA,故测量结果为48+(1.4±0.2)=(49.4±0.2)mA。 读数为49.4mA(只要在49.2mA~49.6mA即可)。 使用多用表时应该注意: ①表笔到实物不同的接法对应不同的功能(测电阻时,对象应从工作电路断开); ②不同的挡位对应表盘上不同的刻度线; ③看清精度,确保电流或电压值估读正确。 解答本题时错误的情况有: ①不能看清电路实质,认为是测甲和乙的总电流;②未掌握估读原则,粗略地读作49mA或者50mA;③不能合理选择表盘对应刻度,导致精度判断失误,测量结果表达混乱。 【例2】(2008年宁夏理综) 图1为一正在测量中的多用电表表盘. (1)如果是用×10 档测量电阻,则读数为 。 (2)如果是用直流10mA档测量电流,则读数为mA。 (3)如果是用直流5V档测量电压,则读数为V。 【解析】 (1)电阻读数要用刻度乘以档位的倍率,即6×10=60 ; (2)用10mA档测量电流,每格刻度为0.2mA,读数为6mA+5.9×0.2mA=7.18mA;(3)用直流5V档测量电压,每格刻度为0.1V,读数为3V+5.9×0.1V=3.59V。 答案: (1)60 (2)7.18(3)3.59 课堂训练 1、(天津卷)9.(3)要测量电压表V1的内阻RV,其量程为2V,内阻约2KΩ。 实验室提供的器材有: 电流表A,量程0.6A,内阻约0.1Ω; 电压表V2,量程5V,内阻为5KΩ; 定值电阻R1,阻值30Ω; 定值电阻R2,阻值为3KΩ; 滑动变阻器R3,最大阻值100Ω,额定电流1.5A; 电源E,电动势6V,内阻约0.5Ω; 开关S一个,导线若干。 ①有人拟将待测电压表V1和电流表A串联接入电压合适的测量电路中,测出V1的电压和电流,再计算出RV。 该方案实际上不可行,其最主要的原因是 ②请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表V1内阻RV的实验电路。 要求测量尽量准确,实验必须在同一电路中,且在不增减元件的条件下完成。 试画出符合要求的实验电路图(图中电源与开关已连接好),并标出所选元件的相应字母代号: ③由上问写出V1内阻RV的表达方式,说明式中各测量量的物理意义。 2、(北京卷)21.(18分)(1)甲同学要把一个量程为200 的直流电流计 ,改装成量度范围是0~4V的直流电压表。 ①她按图1所示电路、用半偏法测定电流计 的内电阻rg,其中电阻R0约为1 。 为使rg的测量值尽量准确,在以下器材中,电源E应选用______________,电阻器R1应选用______________,电阻器R2应选用______________(选填器材前的字母) A.电源(电动势1.5V) B.电源(电动势6V) C.电阻箱(0~999.9 ) D.滑动变阻器(0~500 ) E.电位器(一种可变电阻,与滑动变阻器相当)(0~5.1 ) F.电位器(0~51 ) ②该同学在开关断开情况下,检查电路连接无误后,将R2的阻值调至最大。 后续的实验操作步骤依次是______________,______________,______________,______________,最后记录R1的阻值并整理好器材。 (请按合理的实验顺序,选填下列步骤前的字母) A.闭合S1 B.闭合S2 C.调节R2的阻值,使电流计指针偏转到满刻度 D.调节R2的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半 E.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半 F.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度 ③如果所得的R1的阻值为300.0 ,则图1中被测电流计 的内阻r的测量值为______________ ,该测量值__________实际值(选填“略大于”、“略小于”或“等于”)。 ④给电流计 __________联(选填“串”或“并”)一个阻值为__________ 的电阻,就可以将该电流计 改装为量程4V的电压表。 (2)乙同学要将另一个电流计 改装成直流电压表,但他不仅借到一块标准电压表 、一个电池组E、一个滑动变阻器 和几个待用的阻值准确的定值电阻。 ①该同学从上述具体条件出发,先将带改装的表 直接与电压表 校准。 请你画完图2方框中的校准电路图。 ②实验中,当定值电阻R选用17.0 时,调整滑动变阻器 的阻值,电压表 的示数是4.0V时,表 的指针恰好指到满量程的五分之二;当R选用7.0 时,调整 的阻值,电压表 的示数是2.0V时,表 的指针又指到满量程的五分之二。 由此可以判定,表 的内阻rg是_______ ,满偏电流 是_______mA。 若要将表 改装为量程是15V的电压表,应配备一个_______ 的电阻。 3、(重庆卷)22. (2)在探究小灯泡的伏安特性实验中,所用器材有: 灯泡1,量程恰当的电流表示A和电压V,直流电源A,滑动变阻器R,电键S等,要求灯泡两端电压从OV开始变化, ①实验中滑动变阻器应采用____________接法(填“分压”或“限流”) ②某同学已连接如题22图2所示的电路,在连接最后一根导线的C端到直接电源正极之前,请指出其中仅有的2个不当之处,并说明如何改下 A.__________________________________________ B._______________________________________________ ③电路连接正确后,分别测得两只灯泡 和 的伏安特性曲线,如题22图3中Ⅰ和Ⅱ所示。 然后将灯泡 、 与电池组(电动势和内阻均恒定)连成题22图4所示电路。 多次测量后得到通过 和 的电流平均值分别为0.30A和0.60A。 A.在题22图3中画出电池组路端电压U和电流I的关系曲线。 B.由该曲线可知电池组的电动势为_________V,内阻为_________ 。 (取2位有效数字) 4、(上海物理)29.(6分)某同学利用DIS,定值电阻 、电阻箱 等实验器材测量电池a的电动势和内阻,实验装置如图1所示,实验时多次改变电阻箱的阻值,记录外电路的总电阻阻值R,用电压传感器测得端电压U,并在计算机上显示出如图2所示的 关系图线a,重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻,得到图2中的图线b. (1)由图线a可知电池a的电动势 =______V,内阻 =____ 。 (2)若用同一个电阻R先后与电池a及电池b链接,则两电池的输出功率 _______ (填“大于”、“等于”或“小于”),两电池的效率 _____ (填“大于”、“等于”或“小于”)。
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