15届高二理科物理实验复习资料及答案电子版.docx
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15届高二理科物理实验复习资料及答案电子版
2015级期末实验复习1
一、物理测量仪器的读数原则:
根据最小分度,确定估读的位数:
最小分度是1(包括0.1、0.01),估读到最小分度的1/10,例如安培表0~3A,最小分度是0.1A,应估读到0.01A;
最小分度是2(包括0.2、0.02),估读到最小分度的1/2,例如安培表0~0.6A,最小分度是0.2A,应估读到0.1A;
最小分度是5(包括0.5、0.05),估读到最小分度的1/5,例如电压表0~15V,最小分度是0.5V,应估读到0.1V;
例1、请完成右图中甲、乙、丙、丁四表的读数。
甲图:
量程;
分度值;
读数。
乙图:
量程;
分度值;
读数。
丙图:
量程;
分度值;
读数。
丁图:
量程;
分度值;
读数。
例2、读出下列电表的测量值.
⑴⑵
图2
图1
接0~3V量程时读数为_______V.接0~3A量程时读数为_______A.
接0~15V量程时读数为______V.接0~0.6A量程时读数A.
例3、多用电表读数练习(读数方法见后面多用电表的读数原则)
(1)直流电压10V挡,读数为。
(2)直流电流2.5mA挡,读数为。
(3)直流电流500mA挡,读数为。
(4)欧姆表
挡,读数为。
例4:
多用电表的选择开关分别置于:
(1)a:
电压表2.5V挡,读数为
(2)b:
欧姆表
挡,读数为。
例5、螺旋测微器和刻度尺的读数:
二、练习使用多用电表:
1.表盘结构:
如右图所示,上部分是表头,最上面一行是欧姆表刻度,中间一行是电流表、电压表刻度,最下面一行是交流电压刻度。
下部分有一个定位螺丝,用于机械调零使指针在零刻度线。
表盘下部分中心是选择开关,右侧有欧姆调零旋钮、红黑表笔插孔。
2.测电阻原理:
A.欧姆表测电阻的原理是闭合电路欧姆定律,欧姆表内部电路结构如图所示.R为调零电阻,红黑表笔短接,进行欧姆调零时,指针满偏.根据闭合电路欧姆定律有Ig=
,当红黑表笔之间接有未知电阻Rx时,有I=
,故每一个未知电阻都对应一个电流值I.我们在刻度盘上直接算出I对应的Rx的值,所测电阻Rx即可从表盘上直接读出.由于I与R的非线性关系,表盘上电流刻度是均匀的,其对应的电阻刻度却是不均匀的,电阻的零刻度在电流满偏处.当Rx=Rg+R+r时,I=
,指针半偏,所以欧姆表的内阻等于中值电阻.
B.刻度标注:
①“0Ω”标注:
当红、黑表笔相接时(图甲),此时被测电阻Rx=0,调节调零电阻R,使表头达到满偏电流,即Ig=
,这时整个电路中的总电阻为欧姆表的总内阻,R内=r+R+Rg,因此时Rx=0,所以满偏电流Ig处应标注0Ω。
②“∞Ω”标注:
当红、黑表笔不接触时(图乙)相当于被测电阻Rx=∞,电流表中没有电流,表头的指针不偏转,此时指针所指的位置是欧姆表刻度的“∞”点。
③其他刻度的标注:
当红黑表笔间接入一电阻Rx时,如图2-7-2丙所示,由闭合电路的欧姆定律有I=
,每一个电流值对应一个阻值Rx,将电流刻度转换成电阻标度,就将电流表改装成了欧姆表。
C.欧姆表的内阻与中值电阻的关系:
由I=
可得,当Rx=R内时I=
Ig,指针半偏,则当指针半偏时,表盘的中值电阻R中=R内,通常把此时的Rx的值(即表盘中央的标度)称为中值电阻。
3.用多用电表测电阻的步骤:
①机械调零
②选档位,指针尽可能指在中间(可使指针偏转在R中/5~5R中的范围)
偏角小,选高档位,偏角大,选低档位
③欧姆调零:
红黑表笔短接、欧姆调零(只要档位改变,必须重新欧姆调零)
④测电阻:
将被测电阻与电源及电路其他部分断开、手不能接触表笔
⑤读数:
估读到精度同位。
R=刻度盘示数×倍率
⑥实验完毕,选择开关置于“OFF”档或交流电压最高档
4.读数原则:
①测量电压和电流时,与电压表和电流表读数原则一致,选择开关指到10mA,代表电流表量程为10mA;选择开关指到2.5V,代表电压表量程为2.5V
②测量电阻时,可不估读到下一位,R=刻度盘示数×倍率。
5.误差分析
①测电阻时,刻度线不均匀造成读数误差.
②电池旧了电动势下降,会使电阻测量值偏大.
③测电阻读数时,忘记乘以相应倍率.
④欧姆表挡位选择不当,导致表头指针偏转过大或过小都有较大误差,通常视表盘中间一段刻度范围(R中/5~5R中)为测量的有效范围.
6注意事项
使用多用电表“十三忌”
(1)忌不调零就使用多用电表.
(2)忌搞错连接方式,测电压需并联,测电流需串联.
(3)忌搞反直流电流方向,直流电要从正极测试笔插孔流入,从测试笔插孔流出.
(4)忌用手接触测试负极笔的金属杆,特别在测电阻时,更应注意不要用手接触测试笔的金属杆.
(5)忌用直流电挡位测交流电.
(6)忌用多用电表测不是50Hz的交流电,普通多用电表的交流电挡位是按照50Hz设计的,不能准确测量其他频率的交流电.
(7)忌不进行欧姆表调零就用多用电表测电阻值.
(8)改换欧姆挡量程后,忌不重新调零.
(9)忌把电池装反.
(10)忌把电阻同其他电路联在一起进行测量.
(11)忌把电池装在多用电表内长期不用.
(12)多用电表不用时,忌选择开关置于欧姆挡.
(13)忌只看读数不乘倍率.
7.用多用电表探测黑箱内元件:
例6:
(1)用多用表的欧姆挡测量阻值约几十千欧的电阻Rx,以下给出的是可能的实验操作步骤,其中S为选择开关,P为欧姆挡调零旋钮.把你认为正确步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上.
a.将两表笔短接,调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度,断开两表笔
b.将两表笔分别连接到被测电阻的两端,读出Rx的阻值后,断开两表笔
c.旋转S使其尖端对准欧姆挡×1k
d.旋转S使其尖端对准欧姆挡×100
e.旋转S使其尖端对准交流500V挡,并拔出两表笔____________________.
根据如图所示指针位置,此被测电阻的阻值约为________Ω.若选择开关处在“直流电压2.5V”挡时,则被测电压是V.若选择开关处在“直流电流10mA”挡时,则被测电流是mA
(2)下述关于用多用表欧姆挡测电阻的说法中正确的是________.
A.测量电阻时,如果指针偏转过大,应将选择开关S拨至倍率较小挡位,重新调零后测量
B.测量电阻时,如果红、黑表笔分别插在负、正插孔,则会影响测量结果
C.测量电路中的某个电阻,应该把该电阻与电路断开
D.测量阻值不同的电阻时,都必须重新调零
例7.用多用电表探测图7-6-6甲所示黑箱发现:
用直流电压挡测量,E、G两点间和F、G两点间均有电压,E、F两点间无电压;用欧姆挡测量,黑表笔(与电表内部电源的正极相连)接E点,红表笔(与电表内部电源的负极相连)接F点,阻值很小,但反接阻值很大.那么,该黑箱内元件的接法可能是图乙中的________.
例8.如图所示,为多用电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0附近,则应换用×1kΩ挡
D.测量“220V 100W”的灯泡的电阻,会发现测量的电阻比484Ω小
三、电表的改装:
1.原理:
电压表是用小量程的电流表(Ig、Rg)与电阻R联改装的,若改装后的电压表量程为U,则电阻的R阻值为;电流表是用小量程的电流表(Ig、Rg)与电阻R联改装的,若改装后的电流表量程为I,则电阻的阻值R为;
2.电流表、电压表在测量时对电路的影响
(1)测电压时,电压表由于并联在电路中,使整个电路的电阻减小,电压表量程越大,内阻越大,测量时对电路的影响越小。
(2)测电流时,电流表由于串联在电路中,使整个电路的电阻增大,电流表量程越大,内阻越小,测量时对电路的影响越小。
例9.有一块满偏电流Ig=1mA,线圈电阻Rg=100Ω的小量程电流表.
(1)把它改装成满偏电压U=10V的电压表,请画出电路图,并计算有关数据;
(2)把它改装成满偏电流I=0.6A的电流表,请画出电路图,并计算有关数据.
四、重要的演示实验:
1、阅读课本:
(1)课本8页实验:
库仑扭秤(选修3-1)
(2)课本31页实验:
平行板电容器的电容与哪些因素有关(选修3-1)
(3)课本85页实验:
探求安培力与哪些因素相关(选修3-1)
(4)课本91页实验:
利用安培力测定磁感应强度(选修3-1)
(5)课本6页实验:
探究感应电流产生的条件(选修3-2)
例10:
如下图所示:
甲:
左极板上移,则静电计指针张角,表示电势差,电容
(“增大”、“减小”或不变)
乙:
左极板左移,则静电计指针张角,表示电势差,电容
(“增大”、“减小”或不变)
丙:
插入电介质,则静电计指针张角,表示电势差,电容
(“增大”、“减小”或不变)
丙
乙
例11:
探求安培力与电流的关系,如右图所示,思考:
1.接通电路前,弹簧的示数F0什么含义?
2、接通电路时记的弹簧秤的示数F1,想一想F1-F0表示什么?
3、如何操作,记录哪些数据,能找到安培力与电流的关系?
例12:
右图中,进行哪些操作能够使电流计指针偏转?
测定金属丝的电阻率
一、实验目的
(1)掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法。
(2)学会利用伏安法测电阻,进一步测出金属丝的电阻率。
二、实验原理
由R=ρ
得ρ=
,因此,只要测出金属丝的长度l、横截面积S和金属丝的电阻R,即可求出金属丝的电阻率ρ。
(1)把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R(R=
)。
电路原理如图实所示。
(2)用毫米刻度尺测量金属丝的长度l,用螺旋测微器量得金属丝的直径,算出横截面积S。
(3)将测量的数据代入公式ρ=
求金属丝的电阻率。
三、实验器材
被测金属丝、螺旋测微器、毫米刻度尺、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干。
四、伏安法测电阻
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压U测=Ux+UA
电压表分流I测=Ix+IV
电阻测量值
R测=
=Rx+RA>Rx
测量值大于真实值
R测=
=
测量值小于真实值 适用条件 RA≪Rx RV≫Rx 适用于测量 大阻值电阻 小阻值电阻 实验试探法: 按图实所示接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。 五、实验步骤 1.直径测定 用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径,求出其平均值d,计算出导线的横截面积S= 。 2.电路连接 按如图实所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。 3.长度测量 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度,反复测量3次,求出其平均值l。 4.U、I测量 把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后,闭合开关S,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的值,记入表格内,断开开关S。 5.拆去实验线路,整理好实验器材。 六、数据处理 在求Rx的平均值时可用两种方法 (1)用Rx= 分别算出各次的数值,再取平均值。 (2)用U-I图线的斜率求出。 七、注意事项 (1)本实验中被测金属导线的电阻值较小,因此实验电路一般采用电流表外接法。 (2)实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、开关、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路),然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 (3)测量被测金属导线的有效长度,是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度,亦即电压表两端点间的待测导线长度,测量时应将导线拉直,反复测量三次,求其平均值。 (4)测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量,求其平均值。 (5)闭合开关S之前,一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置。 (6)在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0~0.6A量程),通电时间不宜过长,以免金属导线的温度明显升高,造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。 (7)求R的平均值时可用两种方法: 第一种是用R=U/I算出各次的测量值,再取平均值;第二种是用图像(U-I图线)来求出。 若采用图像法,在描点时,要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑。 八、误差分析 (1)金属丝的横截面积是利用直径计算而得,直径的测量是产生误差的主要来源之一。 (2)采用伏安法测量金属丝的电阻时,由于采用的是电流表外接法,测量值小于真实值,使电阻率的测量值偏小。 (3)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差。 (4)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。 练习 1.在“探究决定导线电阻的因素”的实验中,以下操作中错误的是( ) 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 2.在做“测定金属丝的电阻率”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,内阻约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________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=________。 3.如图所示是一些准备用来测量待测电阻Rx阻值的实验器材,器材及其规格列表如下: 器 材 规 格 待测电阻Rx 阻值在900Ω~1000Ω之间 电源E 具有一定内阻,电动势约9.0V 电压表V1 量程2.0V,内阻r1=1000Ω 电压表V2 量程5.0V,内阻r2=2500Ω 电流表A 量程3.0A,内阻r=0.10Ω 滑动变阻器R 开关S、导线若干 最大阻值约100Ω,额定电流0.5A 为了能正常进行测量并尽可能减小测量误差,实验要求测量时电表的读数大于其量程的 一半,而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化.请用实线代替导线,在所给 的实验器材中选择合适的器材,连成满足要求的测量Rx阻值的电路. 描绘小电珠的伏安特性曲线 一、实验目的 (1)描绘小电珠的伏安特性曲线。 (2)分析伏安特性曲线的变化规律。 二、实验原理 用电流表测出流过小电珠的电流,用电压表测出小电珠两端的电压,测出多组(U,I)值,在U-I坐标系中描出各对应点,用一条平滑的曲线将这些点连起来。 三、实验器材 小电珠(3.8V,0.3A)或(2.5V,0.6A)一个、电压表(0~3V~15V)与电流表(0~0.6A~3A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔。 四、滑动变阻器的限流接法和分压接法 1.两种接法比较 方式 内容 限流接法 分压接法 对比说明 两种接法 电路图 串、并联关系不同 负载R上电压调节范围 ≤U≤E 0≤U≤E 分压电路调节范围大 负载R上电流调节范围 ≤I≤ 0≤I≤ 分压电路调节范围大 闭合S前触头位置 b端 a端 都是为了保护电路元件 2两种接法的适用条件 限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)。 分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)。 如果Rx很小,限流式接法中滑动变阻器分得电压较大,调节范围也比较大。 Rx很大时,分压式接法中Rx几乎不影响电压的分配,滑片移动时,电压变化接近线性关系,便于调节。 ①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大时,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则必须选用分压式接法。 ②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时,待测电阻上的电流或电压变化范围不够大,此时,应改用分压电路。 ③若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式电路。 ④两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法电路简单、耗能低。 五、实验步骤 (1)确定电流表、电压表的量程,采用电流表外接法,滑动变阻器采用分压式接法,按图实中的原理图连接好实验电路。 (2)把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端,接线经检查无误后,闭合开关S。 (3)移动滑动变阻器滑片位置,测出12组左右不同的电压值U和电流值I,并将测量数据填入表格中,断开开关S。 U(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 I(A) U(V) 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3.8 I(A) (4)拆除电路,整理仪器。 六、数据处理 (1)在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系。 (2)在坐标纸上描出各组数据所对应的点。 (坐标系纵轴和横轴的标度要适中,以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜) (3)将描出的点用平滑的曲线连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线。 七、注意事项 (1)电路的连接方式: ①电流表应采用外接法: 因为小电珠(3.8V,0.3A)的电阻很小,与0~0.6A的电流表串联时,电流表的分压影响很大。 ②滑动变阻器应采用分压式连接: 目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化。 (2)闭合开关S前,滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端,使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化,同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝。 (3)I-U图线在U0=1.0V左右将发生明显弯曲,故在U=1.0V左右绘点要密,以防出现较大误差。 (4)当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加,到额定值记录I后马上断开开关。 (5)误差较大的点要舍去,I-U图线应是平滑曲线而非折线。 八、误差分析 (1)由于电压表、电流表不是理想电表,电表内阻对电路的影响会带来误差。 (2)电流表、电压表的读数带来误差,要严格按照读数规则读数。 (3)在坐标纸上描点、作图带来操作误差。 练习 1.在描绘小灯泡的伏安特性曲线时,采用如图所示的电路,实验中发现移动滑动变阻器的滑片时,电流表的示数变化而电压表的指针不动,下列原因可能的是( ) A.灯泡中灯丝已烧断 B.滑片接触不良 C.灯泡内部短路 D.滑动变阻器A端接触不良 2.小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大,因而引起功率变化。 一研究性学习小组在实验室通过实验研究这一问题,实验室备有的器材是: 电压表(0~3V,约3kΩ),电流表(0~0.6A,约0.1Ω),电池,开关,滑动变阻器,待测小灯泡,导线若干。 实验时,要求小灯泡两端电压从0逐渐增大到额定电压。 (1)在虚线框内画出实验电路图。 (2)根据实验测得数据描绘出如图所示的U-I图像,小灯泡电压随电流变化曲线,由此可知,小灯泡电阻R随温度的升高而________。 (填: 变大、不变、变小) (3)如果一电池的电动势为2V,内阻为2.5Ω。 请你根据上述实验的结果,确定小灯泡接在该电池的两端,小灯泡的实际功率是________W。 3.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,所用器材有: 小电珠(2.5V,0.6W),滑动变阻器,多用电表,电流表,学生电源,开关,导线若干。 (1)粗测小电珠的电阻,应选择多用电表________倍率的电阻挡(请填写“×1”“×10”或“×100”);调零后,将表笔分别与小电珠的两极连接,示数如图甲所示,结果为________Ω。 (2)实验中使用多用电表测量电压,请根据实验原理图乙完成实物图中的连线。 (3)开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片P置于________端。 为使小电珠亮度增加,P应由中点向________端滑动。 (4)下表为电压等间隔变化测得的数据,为了获得更准确的实验图像,必须在相邻数据点________间多测几组数据(请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”)。 数据点 a b c d e f U/V 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 I/A 0.000 0.122 0.156 0.185 0.216 0.244 实验九测定电源电动势和内阻 一、实验目的 (1)掌握用电压表和电流表测量电源电动势和内阻的方法。 (2)学会用图像法求电源的电动势和内阻。 二、实验原理 1.实验依据 闭合电路欧姆定律。 2.实验电路如图所示 3.E和r的求解 由U=E-Ir,得: ,解得: 4.作图法数据处理 (1)图线与纵轴交点为E。 (2)图线与横轴交点为I短= 。 (3)图线的斜率绝对值表示r=| |。 三、实验器材 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、刻度尺、铅笔等。 四、实验步骤 (1)电流表用0.6A量程,电压表用3V量程,按图连接好电路。 (2)把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端。 (3)闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数并记录一组数据(I1,U1)。 用同样方法测量出多组I、U值。 填入表格中。 (4)断开开关,拆除电路,整理好器材。 五、数据处理 本实验中数据的处理方法: 一是联立方程求解的公式法,二是描点画图法。 第1组 第2组 第3组 第4组 第5组 第6组 U/V I/A 方法一: 联立六组对应的U、I数据,数据满足关系式U1=E-I1r、U2=E-I2r、U3=E-I3r……让第1式和第4式联立方程,第2式和第5式联立方程,第3式和第6式联立方程,这样解得三组E、r,取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小。 方法二: 在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐标
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