第八讲电学实验 有答案.docx
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第八讲电学实验有答案
第八讲电学实验
一、基本仪器
1.游标卡尺
(1)构造(如图所示):
(2)常见的游标尺按游标尺刻度的格数分成以下3种:
游标尺/mm
测量结果(游标尺上第n个格与主尺上的刻度线对齐时)/mm
刻度格数
刻度总长度
每小格与1mm差
10
9
0.1
0.1
主尺上读的毫米数+0.1n
20
19
0.05
0.05
主尺上读的毫米数+0.05n
50
49
0.02
0.02
主尺上读的毫米数+0.02n
注:
n表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数.
(3)游标卡尺读数的技巧:
①一定要弄清所用卡尺的精度.
②读数时以mm为单位来读,读出后再按要求化成其他单位.
③在读小数部分时,一定要认清游标尺上第几条刻度线与主尺上的刻度线对齐.
④若用X表示由主尺上读出整的毫米数,n表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数,则记录结果表示为(X+n×精确度)mm.
2.螺旋测微器(千分尺)
(1)构造(如图所示):
(2)原理:
利用螺旋转动,将微小的直线位移化为角度变化,并在较大的圆周上对其进行显示.取螺纹的螺距为0.5mm,即测微螺杆旋转一周时前进或后退0.5mm,将螺旋分成50等份,每一等份表示沿螺杆前进或后退
=0.01mm,即所谓的螺旋测微器最小分度是0.01mm.测量时要估读到千分位,故而得名“千分尺”.
(3)读数方法:
①以可动刻度盘边缘为准,在固定刻度上读出整毫米数或半毫米数.
注意:
读数时要特别注意一下固定刻度上的半毫米刻线是否已经露出.
②不足半毫米的部分由可动刻度盘读出,即看可动刻度盘上的第几条刻线与固定刻度上的横线重合,从而读出可动刻度盘示数(注意估读一位).
③测量结果(以mm为单位)表示为:
测量长度(mm)=固定刻度示数(mm)+可动刻度示数×精度(0.01mm).
【例1】某同学测定一金属杆的长度和直径,示数如图所示,则该金属杆的长度和直径分别为 cm和 mm.
3.电表和多用电表
①电流表、电压表使用时的注意事项:
①使用前若指针未对准零刻度线,应进行零点调整(机械调零).
②选择合适的量程:
使得测量时指针偏转角度要尽可能大,一般要求超过量程的
但又不能超过量程.
③读数:
电流表和电压表准确度尾数是2和5的,估读到本位,准确度尾数是1的,估读到准确度的下一位。
(1)某次测量时选用15V量程电压表的指针位置如图所示读数为,如果选用3V量程,读数为。
(2)某次测量时选用3A量程电流表的指针位置如图所示读数为________A,如果选用0.6A量程,读数为。
(3)图为一正在测量中的多用电表盘.使用时红表笔插入多用表的正(+)插孔,则:
①测电压时,电流从________表笔流入多用电表;测电阻时,电流从________表笔流出多用电表;测电流时,电流从________表笔流入多用电表.
②如果是用直流10V挡测量电压,则读数为________V.
③如果是用“×1”挡测量电阻,则读数为________Ω.
④如果是用直流5mA挡测量电流,则读数为________mA.
答案
(1)红 黑 红
4.电阻箱
电阻箱的读数为。
二、基本电路
1、安培表内接法和外接法
内接法
外接法
电路结构
误差原因
电流表分压U测=Ux+UA
电压表分流I测=Ix+IV
测量数值
R测=
>Rx
R测=
误差分析 测量值大于真实值 测量值小于真实值 适用条件 Rx≫RA RV≫Rx 适用测量 大电阻 小电阻 电 路 选 择 计算法 或 >RARV 或 试触法 若不知Rx的大概阻值,可采用“试触法”,将电路如图连接,空出电压表的一个接头S,然后将S分别与a、b接触一下 若电流表“相对变化”明显,说明电压表分流作用较大,应采用电流表内接法 若电压表“相对变化”明显,说明电流表分压作用较大,应采用电流表外接法 2.滑动变阻器的两种接法及其选择 注: 忽略电源的内阻,RP为滑动变阻器的最大值. 限流式接法 分压式接法 电路图 触头P始位置 b端 a端 电压调节范围 ≤Ux≤E 0≤Ux≤E 电流调节范围 ≤Ix≤ 0≤Ix≤ 三、电学实验 实验1测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器) 目的 1.学会使用各种常用电学仪器,会正确读数 2.学会使用螺旋测微器并掌握正确的读数方法 3.学会用伏安法测量电阻的阻值,从而测定金属的电阻率 原理 用毫米刻度尺测定一段金属丝导线的有效长度L,用螺旋测微器测出导线的直径d,用伏安法测出导线的电阻R;由电阻定律R=ρ 得ρ= 器材 被测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、开关、滑动变阻器和导线若干 【例1】.(用伏安法测量电阻R的阻值,并求出电阻率ρ.给定电压表(内阻约为50kΩ)、电流表(内阻约为40Ω)、滑动变阻器、电源、电键、待测电阻R(约为250Ω)及导线若干. (1)画出测量R的电路图. (2)图中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值,试写出根据此图求R值的步骤: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; 求出的电阻值R=________(保留3位有效数字). (3)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体,用游标为50分度的卡尺测量其长度与直径,结果分别如图甲、图乙所示,由图可知其长度为________,直径为________. 图甲图乙 (4)由以上数据可以求出ρ=________(保留3位有效数字). 【例1】.解析 解析 (1)由于待测电阻(约250Ω)与电流表内阻(约40Ω)相近,远小于电压表内阻(50kΩ),因此采用电流表外接法,测量误差较小.控制待测电阻电压的线路,用滑动变阻器连接成限流式接法或分压式接法均可,如下图所示. (2)作U—I直线,舍去左起第2点,其余5个点在一条直线上,不在这条线上的点尽量均匀分布在直线两侧;求该直线的斜率k,则R=k=229Ω(221~237Ω均为正确). (3)因为游标为50分度,所以游标卡尺的精确度为 mm=0.02mm,另外游标卡尺不能估读,读出待测电阻的长度为8.00×10-3m,直径为1.98×10-3m. (4)将数据代入公式ρ= =R 得 ρ=8.81×10-2Ω·m. 【例2】.实验室购买了一捆标称长度为100m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度.该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2,查得铜的电阻率为1.7×10-8Ω·m,再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度. 可供使用的器材有: 电流表: 量程0.6A,内阻约0.2Ω; 电压表: 量程3V,内阻约9kΩ; 滑动变阻器R1: 最大阻值5Ω; 滑动变阻器R2: 最大阻值20Ω; 定值电阻: R0=3Ω; 电源: 电动势6V,内阻可不计;开关、导线若干.回答下列问题: (1)实验中滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至 (填“a”或“b”)端. (2)在实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接. (3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50A时,电压表示数如图乙所示,读数为 V. (4)导线实际长度为 m(保留2位有效数字). 【练1】.(2012·山东理综,21 (2))在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下: 待测金属丝: Rx(阻值约4Ω,额定电流约0.5A);电压表: V(量程3V,内阻约3kΩ); 电流表: A1(量程0.6A,内阻约0.2Ω);A2(量程3A,内阻约0.05Ω); 电源: E1(电动势3V,内阻不计);E2(电动势12V,内阻不计); 滑动变阻器: R(最大阻值约20Ω);螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线. (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,读数为 mm. (2)若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应选 、电源应选 (均填器材代号),在虚线框内完成电路原理图. 【练2】在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准,待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm. (1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图1所示,其读数应为 mm(该值接近多次测量的平均值). 次数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30 I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520 图1 (2)用伏安法测金属丝的电阻RX.实验所用器材为: 电池组(电动势3V,内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A)、开关、导线若干. 某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下: 由以上实验数据可知,他们测量RX是采用图2中的 图(选填“甲”或“乙”). 图2图4图3 (3)图3是测量RX的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端.请根据 (2)所选的电路图,补充完成图3中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏. (4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图4所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图4中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出U I图线.由图线得到金属丝的阻值RX= Ω(保留两位有效数字). (5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为 (填选项前的符号). A.1×10-2Ω·m B.1×10-3Ω·mC.1×10-6Ω·mD.1×10-8Ω·m (6)任何实验测量都存在误差.本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的选项是 (有多个选项). A.用螺旋测微器测量金属丝直径时,由于读数引起的误差属于系统误差 B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差 C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差 D.用U I图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差 实验2: 描绘小灯泡的伏安特性曲线 目的 1.描绘小灯泡的伏安特性曲线 2.分析伏安特性曲线的变化规律 原理 1.用电流表测出流过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组(U,I)值,在U I坐标系中描出各对应点,用一条平滑曲线将这些点连接起来 2.电流表外接: 因小灯泡电阻很小,故采用电流表外接法 3.滑动变阻器采用分压式: 使电压能从0开始连续变化 器材 小灯泡(“3V0.6A”或“2.5V0.3A”)、学生电源、滑动变阻器(最大值10Ω)、电压表、电流表、开关、导线、坐标纸 【例3】.(2014·浙江理综,22)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣,于是用伏安法测量其电阻值. (1)图1是部分连接好的实物电路图,请用电流表外接法完成接线并在图1中画出. 图1图2 (2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性,并将得到的电流、电压数据描到U I图上,如图2所示.在图中,由电流表外接法得到的数据点是用 (填“○”或“×”)表示的. (3)请你选择一组数据点,在图2上用作图法作图,并求出这段铅笔芯的电阻为 Ω. 【例4】要测绘一个标有“3V0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3V,并便于操作.已选用的器材有: 电池组(电动势为4.5V,内阻约1Ω);电流表(量程为0~250mA,内阻约5Ω); 电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ);开关一个、导线若干. (1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的 (填字母代号). A.滑动变阻器(最大阻值20Ω,额定电流1A) B.滑动变阻器(最大阻值1750Ω,额定电流0.3A) (2)实验的电路图应选用下列的图 (填字母代号). (3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.如果将这个小灯泡 接到电动势为1.5V,内阻为5Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是 W. 【练3】为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系,小明测量小灯泡的电压U和电流I,利用P=UI得到电功率.实验所使用的小灯泡规格为“3.0V1.8W”,电源为12V的电池,滑动变阻器的最大阻值为10Ω. (1)准备使用的实物电路如图所示.请将滑动变阻器接入电路的正确位置.(用笔画线代替导线) (2)现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻,电路中的电阻R1应选 Ω的定值电阻. (3)测量结束后,应先断开开关,拆除 两端的导线,再拆除其他导线,最后整理好器材. (4)小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上,并作出了一条直线,如图所示.请指出图象中不恰当的地方. 练4 物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡,其标称功率值为0.75W,额定电压值已模糊不清.他们想测定其额定电压值,于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2Ω,然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U= = V=1.22V.他们怀疑所得电压值不准确,于是,再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路,测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘制灯泡的U-I图线,进而分析灯泡的额定电压. A.电压表V(量程3V,内阻约3kΩ)B.待测灯泡L(额定功率0.75W,额定电压未知) C.电流表A1(量程150mA,内阻约2Ω)D.电流表A2(量程500mA,内阻约0.6Ω) E.滑动变阻器R1(0~20Ω)F.滑动变阻器R2(0~100Ω) G.电源E(电动势4.0V,内阻不计)H.开关S和导线若干 (1)在下面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图,指出上述器材中,电流表选择________(填“A1”或“A2”);滑动变阻器选择________(填“R1”或“R2”). (2)在实验过程中,该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加,当电压达到1.23V时,发现灯泡亮度很暗,当达到2.70V时,发现灯泡已过亮,便立即断开开关,并将所测数据记录在下边表格中. 次数 1 2 3 4 5 6 7 U/V 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.70 I/mA 80 155 195 227 255 279 310 请你根据表中实验数据在图中作出灯泡的U-I图线. (3)由图像得出该灯泡的额定电压应为________V;这一结果大于1.23V,其原因是________________________________________________________________________. 解析 (1)根据P=I2R,估算出灯泡的电流大约是600mA,因此电流表应选A2;本实验要描绘出灯泡的U-I图线,需要测量多组数据,因此滑动变阻器应接成分压式,所以应选阻值较小的R1;小灯泡电阻较小,电流表应外接; (2)如图所示 (3)由P=UI=0.75W,再结合图像可知U额=2.5V;大于1.23V的原因是灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻. 答案 (1)电路原理图如图所示 A2 R1 (2)见解析图 (3)2.5(2.4~2.6均可) 灯泡的冷态电阻小于正常工作时的电阻(或灯泡电阻随温度升高而变大) 实验3: 测定电源的电动势和内阻 目的 1.掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法与原理 2.学习掌握用U I图象处理数据的方法 原理 由于电流表内阻与干电池内阻接近,所以电流表应采用如图所示接法. 根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir,可知,改变R的阻值,从电压表和电流表中读出几组U、I值,且变化范围要大些,然后在U I图中描点作图,所得直线与纵轴(U轴)的交点即为电源电动势值;图线的斜率的绝对值即为内阻值 器材 电压表、电流表、滑动变阻器、电池、开关和导线 1.安阻法: 2.伏阻法: 3.伏伏法: 4.安安法: 5: 粗测法 【例5】.(2014·北京理综,21)利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻.要求尽量减小实验误差. (1)应该选择的实验电路是图中的 (选填“甲”或“乙”). (2)现有电流表(0~0.6A)、开关和导线若干,以及以下器材: A.电压表(0~15V)B.电压表(0~3V) C.滑动变阻器(0~50Ω) D.滑动变阻器(0~500Ω) 实验中电压表应选用 ;滑动变阻器应选用 ;(选填相应器材前的字母) (3)某位同学记录的6组数据如下表所示,其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上, 请标出余下一组数据的对应点,并画出U I图线. 序号 1 2 3 4 5 6 电压U/V 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 电流I/A 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480 图2 (4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势E= V,内电阻r= Ω. (5)实验中,随着滑动变阻器滑片的移动,电压表的示数U及干电池的输出功率P都会发生变化.下图的各示意图中正确反映P U关系的是 . 图3 【练5】采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”. (1)除了选用照片中的部分器材外, (填选项); A.还需要电压表B.还需要电流表C.还需要学生电源D.不再需要其他器材 (2)测量所得数据如下: 用作图法求得电池的内阻r= ; 测量次数物理量 1 2 3 4 5 6 R/Ω 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 I/A 0.60 0.70 0.80 0.89 1.00 1.20 U/V 0.90 0.78 0.74 0.67 0.62 0.43 (3)根据第5次所测得的实验数据,求得电流表内阻RA= . 【例6】.某同学用如图甲所示的电路测量欧姆表的内阻和电源电动势(把欧姆表看成一个电源,且已选定倍率并进行了欧姆调零). 实验器材的规格如下: 电流表A1(量程200μA,内阻R1=300Ω) 电流表A2(量程30mA,内阻R2=5Ω) 定值电阻R0=9700Ω, 滑动变阻器R(阻值范围0~50Ω) 甲 (1)闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动触头至某一位置,读出电流表A1和A2的示数分别为I1和I2.多次改变滑动触头的位置,得到的数据见下表. I1(μA) 120 125 130 135 140 145 I2(mA) 20.0 16.7 13.2 10.0 6.7 3.3 依据表中数据,作出I1 I2图线如图乙所示;据图可得,欧姆表内电源的电动势为E= V,欧姆表内阻为r= Ω.(结果保留3位有效数字) 乙 (2)若某次电流表A1的示数是114μA,则此时欧姆表示数约为 Ω.(结果保留3位有效数字) 答案: (1)1.50(1.48~1.51) 15.0(14.0~16.0) (2)47.5(47.0~48.0) 练6 在测定某新型电池的电动势和内阻的实验中,所提供的器材有: 待测电池(电动势约6V) 电流表G(量程6.0mA,内阻r1=100Ω) 电流表A(量程0.6A,内阻r2=5.0Ω) 定值电阻R1=100Ω,定值电阻R2=900Ω 滑动变阻器R′(0~50Ω),开关、导线若干 图8 (1)为了精确测出该电池的电动势和内阻,采用图8甲所示的实验电路图,其中定值电阻应选用________(选填“R1”或“R2”). (2)请根据电路图8甲完成图乙中的实物连线. (3)某同学在实验中测出电流表A和电流表G的示数I和Ig,根据记录数据作出Ig—I图像如图丙所示(图像的纵截距用b表示,斜率用k表示),根据图像可求得,被测电池的电动势的表达式E=________,其值为________V;内阻的表达式r=________,其值为________Ω. 答案 (1)R2 (2)如图所示 (3)b(r1+R2) 5.8 -k(r1+R2)-r2 2 【例7】.老师要求同学们测出一待测电源的电动势及内阻,所给的实验器材有: 待测电源E,定值电阻R1(阻值未知),电压表V(量程为3.0V,内阻很大),电阻箱R(0~99.99Ω),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干. 某同学连接了一个如图1所示的电路,他接下来的操作是: a.拨动电阻箱旋钮,使各旋钮盘的刻度处于如图2甲所示的位置后,将S2接到A,闭合S1,记录下对应的电压表示数为2.20V,然后断开S1; b.保持电阻箱示数不变,将S2切换到B,闭合S1,记录此时电压表的读数(电压表的示数如图乙所示),然后断开S1. 图1图2 (1)请你解答下列问题: 图甲所示电阻箱的读数为 Ω,图乙所示的电压表读数为 V.由此可算出定值电阻R1的阻值为 Ω.(计算结果取3位有效数字) (2)在完成上述操作后,该同学继续以下的操作: 将S2切换到A,多次调节电阻箱,闭合S1,读出多组电阻箱的示数R和对应的电压表示数U,由测得的数据,绘出了如图丙所示的 图象.由此可求得该电池组的电动势E及内阻r,其中E= V,电源内阻r= Ω.(计算结果保留3位有效数字) 答案: (1)20.00 2.80 5.45 (2)2.86 0.27 【练7】.(2014·课标全国Ⅰ,23)利用如图(a)所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有: 待测电源,电阻箱R(最大阻值999.9Ω),电阻R0(阻值为3.0Ω),电阻R1(阻值为3.0Ω),电流表A(量程为200mA,内阻为RA=6.0Ω),开关S. 实验步骤如下: ①将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S; ②多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R; ③以 为纵坐标,R为横坐标,作 R图线(用直线拟合); ④求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.
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