高三电学实验复习题.docx
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高三电学实验复习题
电学基础实验指导
一、实验器材的选择原则:
仪器的选择首先应考虑安全,其次是误差,最后是耗电。
1、安全性原则:
通过电源、电表、滑动变阻器、用电器的电流不能超过其允许的最大电流。
2、准确性原则:
选用电表量程应可能减小测量值的相对误差,电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程,若指针偏转不到满偏角度的1/3,读数误差较大。
即在安全性原则的前提下,应选择量程小、灵敏度高的电表为宜。
3、便于操作原则:
选择控制电路时,既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求,又要注意便于操作。
二、滑动变阻器分压式、限流式接法的选取
1、两种接法电压、电流调节范围的比较(即Ux和Ix的范围,电源电压为U、内阻不计。
)
电压调节范围
电流调节范围
分压式电路
限流式电路
2、分压式接法的选取
(1)采用限流电路时,电路中的最小电流(电压)仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流(电压)时,应采用变阻器的分压式接法。
(2)要求负载上电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调,须用分压式接法。
(3)滑动变阻器总电阻R远小于负载电阻Rx,须用分压式接法。
(若此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用)
●总则:
在分压式接法中,滑动变阻器应选择总阻值较小而额定电流较大的。
(由小往大调)
3、限流接法的选取
(1)滑动变阻器的总电阻R大于负载电阻的阻值Rx或相差不大,并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调,可用限流式接法。
(2)两种电路均可使用时,应优先用限流式接法,因为限流式接法总功率较小,能耗较小。
●总则:
在限流式接法中,滑动变阻器应选择总阻值较大而额定电流较大的。
(由大往小调)
三、系统误差与偶然误差
1、系统误差:
由系统装置和实验原理本身存在的缺憾而造成的普遍性误差。
2、偶然误差:
由操作者个人因素造成的人为误差,因人而异,具有偶然性。
四、常见的几个电学基础实验
高考里的电学实验往往是由多个方面的内容组合起来的,是由电学基础实验转变过来的。
只有弄清楚了电学基础试验,才能轻松搞定高考的电学实验。
以下所例举的几个电学基础实验,可以帮你把所学知识的联系和区别构建起来,把所学的知识向整体转化。
1、伏安法测电阻
(1)伏安法及测量原理
根据欧姆定律I=U/R。
用电压表测出电阻两端的电压U,用电流表测出通过电阻的电流I,从而求出电阻的测量方法叫做伏安法。
(2)安培表内接法
①造成误差的原因:
电流表的分压作用。
②当
时,即测量阻值较大的电阻时,电流表的分压作用小,用电流表内接法。
(3)安培表外接法
①造成误差的原因:
电压表的分流作用。
②当
时,即测量阻值较小的电阻时,电压表的分流作用小,用电流表外接法。
●口诀:
大内偏大,小外偏小。
a、大内偏大:
大电阻用安培表内接法,测量值偏大。
◆大电阻是指阻值远远大于电流表内阻的电阻,即
。
b、小外偏小:
小电阻用安培表外接法,测量值偏小。
◆小电阻是指阻值远远小于电压表内阻的电阻,即
。
2、测定金属的电阻率
(1)实验原理:
用螺旋测微器测出金属丝线的直径d,则
;
用毫米刻度尺测接入电路中的金属丝线的长度
;
用伏安法测出金属丝线的电阻R。
根据电阻定律
,得金属的电阻率
。
(2)实验数据记录及数据处理
(3)注意事项
①实验前可估计金属丝的电阻(一般为几欧姆),由此可确定电源电压及电流表和电压表的量程,均不宜太大。
安培表应选0~0.6A档,伏特表应选0~3V档,变阻器选0~20Ω。
②一般滑动变阻器的总电阻R大于金属丝的电阻,并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调,采用限流式接法。
③由于金属丝的电阻远小于电压表内阻,应采用电流表外接法测电阻。
④系统误差:
由于本实验采用电流表外接法,所以R测 ,所以ρ测<ρ真。 ⑤用伏安法测电阻时,应测出几组电流、电压值,分别求出对应的电阻值,再求出电阻的平均值。 (不能先求电流的平均值、电压的平均值,再代入R=U/I求出电阻,这样是错的) 3、描绘小灯泡的伏安特性曲线 (1)实验原理 由欧姆定律可知,对一纯电阻用电器,有I=U/R。 因此,当R为定值时,I—U图线应为一过原点的直线.但由于小灯泡的灯丝在其两端电压由0增至额定电压过程中,灯丝温度由室温升高到近2000℃,因此灯丝电阻率有明显增大,故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线。 (2)用U-I图象处理实验数据 在坐标纸上以I为横轴,U为纵轴,描出对应的点。 用平滑曲线连接各点,作出小灯泡的电压与对应电流的伏安特性曲线。 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 电压(U/V) 电流(I/A) 结论: 描绘出的图线是一条线。 它的斜率随电压的增大而,这表明小灯泡的电阻随电压(温度)升高而 (3)注意事项 ①本实验中,因被测小灯泡电阻较小,因此实验电路必须采用电流表外接法。 ②因本实验要作出I—U图线,要求测出一组包括零在内的电压、电流值,因此变阻器要采用分压接法。 ③接线时,要注意使电流从“+”接线柱流入电表,从“—”接线柱流出电表。 ④纸上建立坐标系,横坐标所取的分度例应该适当,尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。 连线一定用平滑的曲线,不能画成折线。 4、测定电源的电动势和内阻 (1)实验原理 ①由闭合电路欧姆定律I=E/(R+r)得E=IR+Ir,则路端电压U外=E-Ir,当外电阻R变化时,路端电压U外及电路中的电流I将发生改变。 ②依次改变外电阻R的阻值,通过电压表和电流表读数,得多组U、I值,即可用公式法或图象法求得E、r。 a、公式法: 在电路中接入的负载电阻分别是R1、R2时,读出电路中对应的电流I1、I2, 外电压U1、U2,代入U外=E-Ir 可得一组方程: ① ② 由①②计算出: b、图象法: 建立坐标系、描点。 纵轴表示电压U,横轴表示电流I,取合适的标度,使所描坐标点分布绝大部分坐标纸,找图线与坐标轴的交点。 (2)用U-I图象处理记录的数据,求出电源的E和r; I/A U/V 点拨: ◆图象与纵轴交点的截距表示电动势E;与横轴交点的截距表示短路电流Im.。 ◆图线与横轴的交角(锐角)的正切值表示内阻r,即tanα=E/Im=r。 (3)注意事项: ①新电池内阻较小,不易测出,因此应选择比较旧的干电池(外壳不要腐烂),这样的电池内阻比较大,实验效果明显。 ②描点时,应使图象尽量多地通过描出的点,不在图象上的点要尽量对称地分布于图线两侧,对于个别离图线较远的点,误差很大,应坚决舍弃。 (4)误差分析 ①电流表内接时 ●注: 由公式 ,公式中的电流应是电路的总电流,而电路中电压表分去了部分电流,导致安培表测得的值比总电流偏小形成系统误差。 因此,误差是由电压表的分流引起的。 要使测量值和总电流接近,R必须小。 ②电流表外接时 ●注: 由公式 ,公式中的电压应外电路的总电压,而电路中电流表分去了部分电压,导致电压表测得的值比总电压偏小形成系统误差。 因此,误差是由电流表的分压引起的。 要使测量值和总电压接近,R必须大。 5、把电流表改装成电压表 (1)实验原理 ①半偏法测电流表内阻的原理: 利用图1所示的电路来测电流表内阻。 闭合S1,断开S2,调整电位器R使电流表满偏;随后同时闭合S1、S2,调整R/使电流表半偏。 当R>>R/时,可以认为此时的R/=Rg。 ②把电流表改装成电压表的原理: 如图2,为了扩大量程,应给电流表串联一个电阻,使超过满偏电压的那部分电压降落在电阻R上,电流表和电阻R组成的整体就是电压表,电阻R在这里称为分压电阻,为了得到不同的量程,需要串联不同大小的分压电阻。 ③改装电压表与标准电压表核对的原理: 如图3,把改装好的电压表与标准电压表并联,以此来保证改装的电压表总是和标准电压表的电压总是相等,然后就可对各个刻度逐一核对。 (2)实验步骤 ●用半偏法测电流表的内阻Rg ①按图1连接好电路; ②使电位器R处于阻值最大处; ③合上S1,逐渐调小电位器R的阻值,使电流表满偏; ④再合上S2,调节电阻箱R/的阻什,使电流表半偏; ⑤记下此时R/的阻值,Rg近似等于R/,Rg=___________。 (读出R/为10Ω左右) ●把电流表改装成电压表: ①根据测出的Rg值和扩程要求(3伏),由公式Rx=U/Ig-Rg(Ig=3mg),计算出分Rx=________。 ②在电阻箱上调得R值,将它与电流表串联起来就构成了改装后的电压表,如图2。 ●把改装电压表与标准电压表核对: ①按图3连接好电路; ②将滑片滑到输出电压为0的一端; ③合上开关S,改变滑动变阻器R2滑片的位置,使标准电压表的示数分别为0V、0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V,分别读取改装电压表的电压。 ◆思考题: 问1: 此实验,如果电阻R比R/大得多,当S2也闭合后,当R/被调至电流表半偏时,可以认为R/=Rg,为什么需要R>>R/这个条件? 分析: 闭合S2,导致总电阻变小,使得总电流大于Ig了,当表头G半偏时,流过R/的电流就不是等于Ig/2,而是大于Ig/2了,因此R/<Rg,读数比真实值偏小。 当R>>R/时,总电流主要由R决定,R越大,前后总电流变化越不明显,R/就越接近Rg。 问2: 用替代法测电阻,采用如图所示的电路。 图中G1是待测电流表,G2是另一块电流表,是用来监测干路电流的。 开关K是一个单刀双掷开关。 (1)你能说出这种用替代法测电流表内阻的原理吗? (2)用这种方法测电流表的内阻,还需要R1>>R2这个条件吗? 分析: 不需要R1>>R2这个条件。 因测量原理完全是用R2等效代替Rg。 问3: 用半偏法测得的表头内阻Rg比真实值偏大还是偏小? 用它改装成的电压表,测出的电压比实际值大还是小? 分析: 由Rx=Rv-Rg=U/Ig-Rg,U/Ig相同,因Rg的测量值比真实值偏小,导致串联电阻Rx的计算值偏大,接在电路中导致表头G分得的电压偏小,U测偏小。 6、用欧姆表测电阻 (1)基本构造: 欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R,刻度盘和红、黑表笔组成,如图所示,就电路部分而言,在欧姆表内部是电流表、电池、调零电阻三者串联而成,在欧姆表外部,接上被测电阻后,与欧姆表内部电路一起组成闭合电路. (欧姆表也是由小量程的电流表G改装而成的) (3)欧姆表工作原理: 闭合电路欧姆定律 设电流表G的满偏电流为Ig、内阻为Rg、电池的电动势为E、内阻为r,调零电阻为R,被测电阻为Rx,则有 可根据Rx与 的对应关系得到Rx的值.由于 随 非线性变化(不成正比例变化),所以表盘上刻度是非均匀的。 (4)用多用电表测电阻(白箭头档测电流、灰箭头档测电压、黑箭头档测电阻) ①根据被测电阻的大致值,将选择开关旋转到欧姆挡相应的倍率上。 欧姆档的倍率表示测量值跟指针指示值的倍数关系.例如用“×100”档测某电阻时,指示值为17,则表示被测电阻值是17×100=1700(Ω).选取档位的根据是以测量时指针尽可能达半偏为宜。 ②调零: 红、黑表笔短接,调节调零旋钮使指针指向最右方0Ω处。 ③测量: 将被测电阻跨接在红、黑表笔间。 ④读数: 测量值=表盘指针示数×倍率。 ⑤测量完毕,将选择开关旋转到空档或交流高压档,拨出表笔,长期不用应取出电池。 (5)注意事项 ①测电阻时,将待测电阻要跟别的元件和电源断开,不得用欧姆表测通电的电阻,不要用手接触电阻的两引线。 ②合理选择欧姆表的量程,使指针尽量指在表盘中间位置附近。 例: 要求用欧姆表分别测出大小为2Ω、22Ω、220Ω、2200Ω、22000Ω左右的电阻值,应分别选取什么样的倍率? 分析: 注意到表头上中间刻度的示数是15,分别选取“×1”、: “×10”、“×100”、“×1000”档,中值电阻的读数应为15Ω、150Ω、1500Ω、15000Ω。 而要尽可能准确的测量,应使指针尽量指在表盘中间位置附近,即要求待测电阻的阻值尽量接近中值电阻,因此分别测出大小为2Ω、22Ω、220Ω、2200Ω、22000Ω左右的电阻值,应分别选取“×1”、: “×10”、“×100”、“×1000”档。 ③若发现指针偏角太大或太小应换用倍率较小或较大的挡.但每次换档后必须重新调零。 ④欧姆表测电阻的优缺点 欧姆表法测电阻简单易行,也很方便,但准确程度不高,而且测量的精度受倍率的选择和电池的新旧的影响较大。 ●螺旋测微器的原理和使用 1、构造: 如图所示为常用螺旋测微器的结构图。 它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上.旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起,通过精密螺纹套在B上。 2、测量原理 螺旋测微器的螺距是0.5mm,螺栓上可动刻度—周为50格,当螺栓每转一周时,前进(或后退)一个螺距0.5mm.若螺栓每转过1格,前进(或后退)0.01mm,可见,螺旋测微器的精确度为0.01mm. 3、操作与读数 (1)使用螺旋测微器时,将被测物体放在测砧A和测微螺杆F之间,先使用粗调旋钮D,在测微螺杆F快靠近被测物体时,改用微调旋钮D′,听到“咔咔”声音停止转动,并用止动旋钮止动,然后读数。 (2)读数时,在固定刻度尺上读出大于0.5mm的部分,在可动刻度上读出不足0.5mm的部分。 读可动刻度示数时还要注意估读一位数字。 (3)螺旋测微器的读数可用下式表示: 螺旋测微器的读数=固定尺上的读数+精确×可动尺上的读数。 例: 左图中给出的是螺旋测微器测量一金属板厚度时的示数,读数应为_______mm。 d=7.000mm+0.01×32.2mm=7.522mm。 说明: 在读数时,一定要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度线是否已经露出。 如果半毫米的刻度线已露出,答案就变为d=7.500mm+0.01×32.2mm=7.822mm。 (如右图所示) 习题精选 1、有一个电阻Rx,其阻值大约是10Ω,请选择适当的器材,以便测量其阻值。 可供选择的器材是: A.电源E: 电动势4.5V、内阻不计 B.电压表V1: 量程为5V、内阻10kΩC.电压表V2: 量程为3V、内阻6kΩ D.电流表A1: 量程为300mA、内阻4ΩE.电流表A2: 量程为500mA、内阻2Ω F.滑动变阻器R1: 最大阻值40Ω、额定电流1.5A G.滑动变阻器R2: 最大阻值500Ω、额定电流0.5A H.开关和若干根导线. (1)实验电路应采用电流表____接法,滑动变阻器应选取________接法。 (填限流式或分压式) (2)测量电路中电压表应选____,电流表应选____,滑动变阻器应选____。 (填字母代号) (3)用这种电路测得的Rx的值比真实值_______。 (填偏大或偏小) (4)上述器材中应选用的器材有________________________。 (填写各器材的字母代号) (5)在图示的线框中画出测量Rx的原理图;将右图中给定的器材连成实验电路。 2、从下面给定的器材中选出适当的实验器材(有些器材的阻值是大约值,有些器材的阻值是准确值)。 设计一个测量阻值Rx约为15kΩ的电阻的电路,要求方法简捷,要尽可能提高测量的精度。 可选择的器材: A.电流表A1,量程1mA,内阻rA1≈50Ω B.电流表A2,量程300μA,内阻rA2≈300Ω C.电流表A3,量程100μA,内阻rA3≈500Ω D.电压表V1,量程10V,内阻rV1=15kΩ E.电压表V2,量程3V,内阻rV2=10kΩ F.滑动变阻器R,全阻值50Ω,额定电流为1A G.电池组,电动势3V,内阻很小但不能忽略 H.开关及导线若干 (1)实验电路应采用电流表____接法,滑动变阻器应选取________接法。 (填限流式或分压式) (2)测量电路中电压表应选____,电流表应选____,滑动变阻器应选____。 (填字母代号) (3)用这种电路测得的Rx的值比真实值_______。 (填偏大或偏小) (4)上述器材中应选用的器材有________________________。 (填写各器材的字母代号) (5)在图示的线框中画出测量Rx的原理图;将右图中给定的器材连成实验电路。 3、在测定金属的电阻率的实验中,有下列器材供选择: A.量程是0.6A、内阻为0.5Ω的安培计B.量程是3A、内阻为0.1Ω的安培计 C.量程是3V、内阻为6kΩ的伏特计D.量程是15V、内阻为30kΩ的伏特计 E.阻值为0-1kΩ,额定电流为0.5A的滑动变阻器 F.阻值为0-20Ω,额定电流为2A的滑动变阻器 G.蓄电池(6V) H.开关一个,导线若干 (1)已知电阻丝的电阻约为10Ω,现备有下列器材供测量该电阻丝的电阻时选用,应选用的器材有________________。 (只填字母代号) (2)此实验中滑动变阻器采用________接法。 (填限流式或分压式) (3)在图示的线框中画出伏安法测量Rx的原理图;将右图中给定的器材连成实验电路。 4、某学生在做描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中得到如下一组U和I的数据: 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 U(V) 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 2.20 2.60 3.00 I(A) 0.020 0.060 0.100 0.140 0.170 0.190 0.200 0.250 灯泡发光情况 不亮微亮逐渐变亮正常发光 (1)画出小灯泡的I-U图线。 (2)从图线上可以看出,灯丝电阻的变化情况是: _________________________________。 这表明导体的电阻随温度升高而_______。 (3)实验电路中,滑动变阻器采用分压式接法是为了。 (4)由于小灯泡的电阻较小,实验电路要用电流表的接法(填内或外) (5)在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中,使用的小灯泡为“6V,3W”,其他选用的仪器有: A.电流表A1(量程3A,内阻0.2Ω)B.电流表A2(量程0.6A,内阻1Ω) C.电压表V1(量程3V,内阻20kΩ)D.电压表V2(量程15V,内阻60kΩ) E.变阻器R1(0~1000Ω,0.5A)F.变阻器R2(0~20Ω,2A) G.学生电源(6~8V)H.开关S及导线若干。 上述器材中,电流表应选用_________,电压表应选用________,变阻器应选用_______。 (6)在下面的方框中画出实验的原理图,将右图中给定的器材连成实验电路。 5、下面是关于用电流表和电压表测定干电池的电动势和内电阻的实验。 (1) 请将电路画完整 (2)根据实验作出的伏安牲曲线,可得E=______V;r=______Ω(保留2位有效数字) (3)用这个电路测得的电动势比真实值_____,测得的内阻比真实值______.(填偏大或偏小) 1 2 3 4 5 U(V) 2.80 2.60 2.50 2.20 2.00 I(A) 0.48 0.80 1.00 1.60 1.96 6、用伏安法测定两节干电池组成的电源的电动势E和内电阻r。 实验中共测出五组数据,如下表所示: (1)将图中所给的器材连接成测量E、r的电路,并在右图中作U-I图线。 (2)由U-I图线求得电动势E=_______V,内阻r=_______Ω。 (均保留2位有效数字)。 (3)实验误差分系统误差和偶然误差两种。 该实验的系统误差主要是由___________________引起的。 用画U-I图线求电动势和内阻的优点在于可以尽量减小实验的_______误差。 (4)在下面给出的U-I坐标系中用给出的数据画出U-I图线(横、纵坐标的起点已经规定好),从图象中可以发现该同学记录的第____组数据有误。 7、有一个电流表内阻为300Ω,满偏电流为50μA,要扩大量程1000倍则需______联一个_________Ω的电阻;要改装成5V的伏特表需_____联一个_________Ω的电阻。 8、在把电流表改装成电压表的实验中,测定电流表的内阻时,备有如下器材: a.电流表(量程2mA,内阻约几十欧) b.滑动变阻器(阻值范围0~50Ω,额定电流1.5A) c.电阻箱(阻值范围0~999Ω) d.电阻箱(阻值范围0~9999Ω) e.电源(电动势2伏,有内阻) f.电源(电动势6势,有内阻) g.开关和导线若干。 (1)如果采用右上图所示的电路测电流表的内阻,并且要得到较高的精确定,那么从以上备用器材上,R1应选用____,R2应选用____,电源应选用____。 (用所给器材的代号填写) (2)实验时要进行的步骤有: A.合上S1 B.合上S2 C.将R1的阻值调至最大 D.调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度 E.调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半 F.记下R2的阻值 G.按右上图所示的电路连接好电路 以上步骤的合理顺序是_______________________。 (3)若步骤F中记录的R2阻值为100Ω,则被测电流表的内阻rg的测量值为________Ω。 (4)电流表内阻的测量值与其真实值的大小关系是: R测_______R真(填“>”、“<”或“=”) 9、多用电表表头的示意图如右。 在正确操作的情况下: ⑴若开关的位置如灰箭头所示,则测量的物理量是______, 测量结果为___________。 ⑵若开关的位置如白箭头所示,则测量的物理量是______, 测量结果为___________。 ⑶若开关的位置如黑箭头所示,则测量的物理量是______, 测量结果为___________。 ⑷若选择开关的位置如黑箭头所示,正确操作后发现指针 的偏转角很小,那么接下来的正确操作步骤应依次为: _______________________________________________。 ⑸全部测量结束后,应将选择开关拨到__________或者 ___________。 ⑹无论用多用电表进行何种测量(限于直流),电流都应该从_____色表笔经______插孔流入电表。 10、用螺旋测微器测得的数值,图a的读数为_________mm;图b的读数为_________mm。 11、如图: 图a为电压表,图b为电流表。 (1)图a中如接0—3V接线柱,读数为_______V;如接0—15V接线柱,读数为_______V。 (2)图b中如接0—0.6A接线柱,读数为_______A;如接0—3A接线柱,读数为_______A。
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