专题六 电学实验.docx
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专题六电学实验
专题六电学实验
测定金属的电阻率
一.基础知识梳理
1.实验仪器的读数
高考要求会正确使用的电学仪器有:
电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。
除了滑动变阻器以外,其它仪器都要求会正确读出数据。
读数的基本原则是:
凡仪器最小刻度是10分度的,要求读到最小刻度后再往下估读一位(估读的这位是不可靠数字);凡仪器最小刻度不是10分度的,只要求读到最小刻度所在的这一位,不再往下估读。
2.实验器材选取
(一)选择原则
(1).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。
(2).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。
(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)电源的选择
(1)、一般根据实验要求来选择。
如“电磁打点计时器”选用交流4-6V电源,“电火花计时器”则用220V交流电源;“电场中等势线的描绘”使用直流6V电源,而“测量电源电动势和内电阻”则用一节旧一些的干电池等等。
(2)、根据用电器的额定电压来选择。
(三)电流表和电压表的选择
(1)、根据电源的参数来选择;
(2)、根据电路中的最大电流(或者电压)来选择;
(3)、根据用电器的额定电流(或者电压)来选择。
(四)滑动变阻器的选择
(1)、用分压接法时,滑动变阻器应该选用阻值小的;而额定电流大的。
(2)、用限流接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的。
2、电路选取:
(1)电流表内外接法选取
基本电路
电路的对比
连接方式
误差来源
测量值与真实值关系
适用范围
外接法
内接法
判断方法
①直接比较法:
当待测电阻Rx_______电压表内阻Rv时,应选用外接法;当待测电阻Rx________电流表内阻RA时,应选用内接法。
②临界值法:
当待测电阻Rx___
时,视Rx为小电阻,应选用外接法;当Rx___
时,视Rx为大电阻,应选用内接法;当Rx=
时,两种接法均可。
试触法:
如图将电压表的左端接a点,而将右端第一次接b点,第二次接c点,观察电流表和电压表示数的变化。
若电流表示数变化大,说明被测电阻是大电阻,应该用______法测量;若电压表读数变化大,说明被测电阻是小电阻,应该用_______法测量。
(这里所说的变化大,是指相对变化,即ΔI/I和ΔU/U)。
(2).滑动变阻器分压式、限流于接法选取
基本电路
电路的对比
调节范围
限流式电路
分压式电路
电压调节范围
电流调节范围
说明:
U为电源端电压,R为滑动变阻器最大电阻,Rx为待测电阻阻值。
(3)判断方法
①负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R,须用分压式接法,此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。
②要求负载上电压或电流变化范围大,且从零开始连续可调,须用分压式接法。
③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。
④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R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。
⑤两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。
二.达标练习
1.某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度.该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示,测量金属板厚度时的示数如图(b)所示.图(a)所示读数为________mm,图(b)所示读数为________mm,所测金属板的厚度为________mm.
2.如图所示为某次实验中两电表的示数情况,则:
电流表A的示数为________A,电压表V的示数为________V.
3.图甲为一游标卡尺的结构示意图,当测量一钢笔帽的内径时,应该用游标卡尺的________(填“A”“B”或“C”)进行测量;示数如图乙所示,该钢笔帽的内径为________mm.
4.某实验小组在测量金属电阻率时,主要实验步骤如下,其中哪些做法是不正确的()
A.用螺旋测微器在金属线三个不同部位各测一次直径,取其平均值为d
B.用米尺量出整个金属线的长度三次取其平均值为I
C.选用电流表内接线路来测电阻,多次测量取平均值为R
D.将测得的d、l、R代人公式
算出电阻率
5.某同学用螺旋测微器测量金属线的直径时,几个主要操作情况如下,其中有哪些操作是不符合要求的()
A.将金属线放入小砧A、测微螺杆P的夹缝中,转动旋钮直至压紧,读出读数
B.选择导线的中间部分测量一次直径
C.读数时,固定刻度尺上零刻度以右已露出半毫米刻度线,直径一定大于0.5mm
D.可动刻度上第16刻度线正好与固定刻度尺上标记线对齐,因此最后读数为0.66mm
6.在“测定金属的电阻率”的实验中,以下操作错误的是( )
A.用米尺测量金属丝的全长,且测量三次,算出其平均值,然后再将金属丝接入电路中
B.用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径,算出其平均值
C.用伏安法测电阻时采用电流表内接法,多次测量后算出平均值
D.实验中应保持金属丝的温度不变
7.用伏安法测电阻,应当用滑动变阻器改变通过待测电阻的电流强度,以便多测几组数据.如图所示,变阻器有a、b两种接法.关于这两种接法,下列说法中正确的是()
A.变阻器在a图中作分压器使用,在b图中作限流器使用.
B.若变阻器的全阻值比待测电阻小时,用b电路能较大范围地调节Rx中的电流强度
C.若变阻器的全阻值比待测电阻大时,用a电路能较大范围地调节Rx中的电流强度.
D.若变阻器的全阻值比待测电阻小得多时,用a电路能较大范围地调节Rx中的电流强度。
8.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.
9.在测定金属的电阻率的实验中,金属导线长约0.8m,直径小于1mm,电阻在5Ω左右。
实验主要步骤如下:
⑴用______测量金属导线的长度,测3次,求出平均值L;
⑵在金属导线的3个不同位置上用______________测量直径,求出平均值d;
⑶用伏安法测量金属导线的电阻R。
在方框中画出实验电路图,并试把右图中所给的器材连接成测量R的合适的线路。
图中安培计要求用0-0.6A量程,内阻约1Ω;伏特计要求用0-3V量程,内阻约几kΩ;电源电动势为6V;滑动变阻器阻值0-20Ω。
在闭合电键前,滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。
根据以上测量值,得到该金属电阻率的表达式为ρ=__________。
10.在“测定金属的电阻率”的实验中,若待测金属丝的电阻约为5Ω,要求测量结果尽量准确,提供以下器材供选择:
A.电池组(3V,内阻1Ω)B.电流表(0~3A,内阻0.0125Ω)
C.电流表(0~0.6A,内阻0.125Ω)D.电压表(0~3V,内阻4kΩ)
E.电压表(0~15V,内阻15kΩ)F.滑动变阻器(0~20Ω,允许最大电流1A)
G.滑动变阻器(0~2000Ω,允许最大电流0.3A)H.开关、导线若干
(1)实验时应从上述器材中选用________(填写仪器前的字母代号);
(2)测电阻时,电流表、电压表、待测金属丝电阻Rx在组成测量电路时,应采用电流表________(选填“外”或“内”)接法,待测金属丝电阻的测量值比真实值偏________(选填“大”或“小”);
(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图29所示,则读数为________mm;
(4)若用L表示金属丝的长度,d表示直径,测得电阻为R,请写出计算金属丝电阻率的表达式ρ=________.
描绘小电珠的伏安特性曲线
1.一个标有“220V40W”字样的白炽灯泡,在常温下测得其电阻值R1=80Ω,当它正常工作时其电阻应为R2=。
两者之间差别如此大,原因在于。
2.有一灯泡L标有“6V,0.1A”字样,现要测量该灯泡的伏安特性曲线.有下列器材供选用:
A.电压表(0~5V,内阻2.0kΩ)
B.电压表(0~10V,内阻3.0kΩ)
C.电流表(0~0.3A,内阻2.0Ω)
D.电流表(0~6A,内阻1.5Ω)
E.滑动变阻器(30Ω,2A)
F.滑动变阻器(100Ω,0.5A)
G.学生电源(直流9V)及开关、导线等
(1)实验中所用的电压表应选,电流表应选,滑动变阻器应选.
(2)在下面虚线框中画出实验电路图,要求电压从0V开始测量.
3.一只小灯泡,标有“3V,1.5W”的字样.现要描绘小灯泡0~3V的伏安特性
曲线.实验器材有:
A.最大阻值为10Ω的滑动变阻器
B.电动势为6V、内阻约为1.0Ω的电源
C.量程为0.6A、内阻约为1.0Ω的电流表A1
D.量程为3A、内阻约为0.1Ω的电流表A2
E.量程为3V、内阻约为6kΩ的电压表V1
F.量程为15V、内阻约为10kΩ的电压表V2
G.开关、导线若干
(1)电压表应选用________;电流表应选用________.(将选项代号的字母填在横线上)
(2)在该实验中,设计了如图所示的四个电路.为了减小误差,应选取的电路是________(将选项代号的字母填在横线上).
4.有一个小灯泡上标有“4V,2W”的字样,现在要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线,现有下列器材供选用:
A.电压表(0~5V,内阻10kΩ)B.电压表(0~15V,内阻20kΩ)
C.电流表(0~3A,内阻0.4Ω)D.电流表(0~0.6A,内阻1Ω)
E.滑动变阻器(最大阻值为10Ω,允许最大电流为2A)
F.滑动变阻器(最大阻值为500Ω,允许最大电流为1A)
G.学生电源(直流6V)、开关、导线若干
(1)实验时,选用图甲而不选用图乙所示的电路图来完成实验,其理由是:
____________________________________________.
(2)实验中所用电压表应选用________,电流表应选用________,滑动变阻器应选用________.(用序号字母表示)
5.如图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图,已知小灯泡额定电压为2.5V.
(1)完成下列实验步骤:
①闭合开关前,调节滑动变阻器的滑片,________;
②闭合开关后,逐渐移动变阻器的滑片,________;
③断开开关,……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线.
(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图.
6.物理兴趣小组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灯泡的UI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.电流表A1(量程150mA,内阻约2Ω)
C.电流表A2(量程500mA,内阻约0.6Ω)
D.滑动变阻器R1(0~20Ω)E.滑动变阻器R2(0~100Ω)
F.电源E(电动势4.0V,内阻不计)G.开关S和导线若干
H.待测灯泡L(额定功率0.75W,额定电压未知)
(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
请你根据实验数据在图中作出灯泡的U-I图线.
(3)由图象得出该灯泡的额定电压应图4为________V;这一结果大于1.23V,其原因是__________________________________________________________.
7.某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安特性曲线,可供选用的器材如下:
小灯泡L,规格“4.0V,0.7A”;
电流表A1,量程3A,内阻约为0.1Ω;
电流表A2,量程0.6A,内阻r2=0.2Ω;
电压表V,量程3V,内阻rV=9kΩ;
标准电阻R1,阻值1Ω;
标准电阻R2,阻值3kΩ;
滑动变阻器R,阻值范围0~10Ω;
学生电源E,电动势6V,内阻不计;
开关S及导线若干.
1甲同学设计了如图5
(1)所示的电路来进行测量,当通过L的电流为0.46
A时,电压表的示数如图
(2)所示,此时L的电阻为________Ω.
图5
②乙同学又设计了如图10a所示的电路来进行测量,电压表指针指在最大刻度时,加在L上的电压值是________V.
③学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重新设计电路.请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图6b所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号.
测定电池的电动势和内阻
1.在《测定电池的电动势和内电阻》的实验中,待测电池、开关和导线配合下列哪些仪器.可以达到测定目的()
A.一只电流表和一只滑动变阻器B.一只电流表和一只电压表
C.一只电流表和一只电阻箱D.一只电压表和一只电阻箱
2.下面给出多种用伏安法测电池电动势和内电阻的数据处理方法,其中既减小偶然误差,又直观、简便的方法是()
A.测出两组I,U的数据,代入方程组E=U1+I1r和E=U2+I2r中,即可求出E和r
B.多测几组I,U的数据,求出几组E,r,最后分别求出其平均值
C.测出多组I,U的数据,画出U—I图像,再根据图像求E,r
D.多测出几组I,U数据,分别求出I和U的平均值,用电压表测出开路时的路端电压即为电压势E,再用闭合电路欧姆定律求出内电阻r
3.如图15所示为某次测量电源的电动势和内阻所作的图象,有关这个图象的说法正确的是( )
A.纵轴截距表示待测电源的电动势,即E=3V
B.横轴截距表示短路电流,即I短=0.6A
C.根据r=E/I短,计算出待测电源内阻为5Ω
D.根据r=ΔU/ΔI,计算出待测电源内阻为1Ω
4.用如图所示电路,测定一节干电池的电动势和内阻.电池的内阻较小,为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻R0起保护作用.除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:
(a)电流表(量程0.6A、3A);(b)电压表(量程3V、15V);
(c)定值电阻(阻值1Ω、额定功率5W);(d)定值电阻(阻值10Ω、额定功率10W);
(e)滑动变阻器(阻值范围0~10Ω、额定电流2A);
(f)滑动变阻器(阻值范围0~100Ω、额定电流1A).
(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择________V,电流表的量程应选择________A;R0应选择________Ω的定值电阻,R应选择阻值范围是________Ω的滑动变阻器.
(2)引起该实验系统误差的主要原因是______________________________.
5.某研究性学习小组采用如图所示的电路测量某干电池的电动势E和内阻r,R为电阻箱,V为理想电压表,其量程略大于电池的电动势.实验中通过多次改变电阻箱的阻值R,从电压表上读出相应的示数U,该小组同学发现U与R不成线性关系,于是求出了相应的电阻与电压的倒数如下表所示.
序号
1
2
3
4
5
6
7
(Ω-1)
0.1
0.4
0.5
1.0
2.0
2.5
5.0
(V-1)
0.36
0.44
0.43
0.60
0.87
1.00
1.58
回答下列问题:
(1)根据表中的数据和实验原理,你认为第______(填序号)组数据是错误的,原因是
__________________________________________.
(2)根据实验数据,请在图所给的坐标系中绘出
--
关系图线.
(3)由图线可知,该干电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω.(结果保留两位有效数字)
6.某个实验小组认为用一只已知内阻的电流表和电阻箱,采用如图甲所示的电路测电源电动势与内阻,比常规的伏安法更准确.若电流表内阻阻值为RA,则测量的方法与步骤是:
(1)将电阻箱阻值R调到最大,闭合S后观察电流表示数,然后再调节电阻箱,使电流表的示数指到某两个恰当的值,记下此时电阻箱的阻值R1、R2及对应的电流I1、I2;
(2)根据以上的数据及闭合电路欧姆定律,建立方程组,即可求出电源的电动势E与内阻r.该方程组的表达式是:
________、________.该实验小组现在手头只有一个电流表,只知其内阻很小,却不知具体阻值.为了测出该电流表的内阻,她们找来了如图乙所示两节干电池等实验器材.请你用笔画线将图中的实物连接成能测出电流表内阻的电路.注意滑动变阻器串联接入电路起限流作用,开关闭合前其阻值应________________________________________.
练习使用多用电表
一.知识梳理
(一)、欧姆表
1.原理:
依据____________________定律制成,它是由____________改装而成的.
2.内部构造:
由______________、______________和____________三部分组成.
3.测量原理
如图所示,当红、黑表笔间接入被测电阻Rx时,通过表头的电流I=____________.改变Rx,电流I随着改变,每个Rx值都对应一个电流值,在刻度盘上直接标出与I值对应的________________值,就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值.
(二)、多用电表
1.用途:
共用一个表头,可分别测量__________、____________、____________等物理量.
2.外形:
选择开关周围有不同的测量功能区域及________,选择开关旋到不同的位置,多用电表内对应的仪表电路被________________,就相当于对应的仪表.在不使用时,应把选择开关旋到________挡或交流电压最高挡.
(三)、多用电表的使用练习
1.测电压
(1)选择直流电压挡合适的________.
(2)将电表与被测电路____________,并要注意电表的极性.
2.测电流
(1)选择直流电流挡合适的量程.
(2)将被测电路导线卸开一端,把多用表______在电路中.
(3)读数时,首先要认清刻度盘上的________________________.
3.测电阻
(1)要将选择开关扳到________挡上,此时红表笔连接表内电源的________极,黑表笔连接表内电源的________极.选好量程后,先________,然后测量.测量完毕,应把选择开关旋转到______挡.
(2)用多用电表测电压、测电流及测电阻时,电流都是从________表笔流入电表,从_____表笔流出电表.
4.二极管的特点及其电阻测量
(1)特点:
如图所示,它由________材料制成,左端为______极,右端为________极.
(2)电阻测量:
正向电阻____________,反向电阻______,可用多用电表判断它的________或区分它的________,二极管具有单向导电性.
二.达标训练
1.用多用电表欧姆挡测电阻,有许多注意事项,下列说法中哪些是错误的( )
A.测量前必须调零,而且每测量一次电阻都要重新调零
B.每次换挡后必须电阻调零
C.待测电阻如果是连接在电路中,应把它先与其他元件断开,再进行测量
D.两个表笔要与待测电阻接触良好才能测得较准确,因此,应当用两手分别将两个表笔与电阻两端紧紧捏在一起
2.用多用电表欧姆挡(×100)测试三只二极管,其结果依次如图①②③所示,关于二极管的说法正确的是( )
A.①是完好的,且a端为正极
B.②是完好的,且a端为正极
C.②是完好的,且b端为正极
D.③是完好的,且b端为正极
3.用多用电表测直流电压U和测电阻R时,若红表笔插入多用电表的(+)插孔,则( )
A.测U时电流从红表笔流入多用电表,测R时电流从红表笔流出多用电表
B.测U、测R电流均从红表笔流入多用电表
C.测U、测R电流均从红表笔流出多用电表
D.测U时电流从红表笔流出多用电表,测R时电流从红表笔流入多用电表
4.如图为多用电表欧姆挡的原理示意图,其中电流表的满偏电流为300μA,内阻rg=100Ω,调零电阻最大阻值R=50kΩ,串联的固定电阻R0=50Ω,电池电动势E=1.5V,用它测量电阻Rx,能较准确测量的阻值范围是( )
A.30kΩ~80kΩB.3kΩ~8kΩ
C.300kΩ~800kΩD.3000kΩ~8000kΩ
5.一只多用电表有4个欧姆挡,分别为×1、×10、×100、×1k,欧姆挡表盘的中间刻度值为“15”.现用它来测量一未知电阻的阻值,先将选择开关置于“×100”挡处,接着将红表笔和黑表笔接触,发现表针指在“0”处,然后进行测量,结果发现表针指在欧姆挡刻度值为“200”的刻度线附近,为了使测量结果更准确,必须换挡并重新测量,下列说法正确的是( )
A.必须将选择开关改为置于“×10”挡处
B.必须将选择开关改为置于“×1”挡处
C.换挡之后必须重新调零才能进行测量
D.换挡之后不必重新调零就能进行测量
6.如图所示,为万用表欧姆挡的内部电路,a、b为表笔插孔,下列说法中正确的是( )
A.a孔插红表笔
B.表盘刻度是均匀的
C.用×100Ω挡测量时,若指针指在0Ω附近,则应换用×1kΩ挡
D.测量“220V100W”的泡的电阻,会发现测量的电阻比
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