高二上学期期末考试物理复习学案4电学实验一.docx
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高二上学期期末考试物理复习学案4电学实验一
第4讲 电学实验
(一)
考
点
导
航
1.掌握电学基本仪器的使用及读数。
2.电学实验以及相关电路的设计,几乎是每年高考必考的内容.,也是每年保送题的必考内容。
1、测定金属丝的电阻率
1.螺旋测微器:
⑴构造:
如图所示是常用的螺旋测微器.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.
⑵原理:
测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为mm,即旋钮D每旋转一周,F前进或后退0.5mm,而可动刻度E上的刻度为50等份,每转动一小格,F前进或后退mm.即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读数时误差出现在毫米的千分位上,因此,螺旋测微器又叫千分尺.
⑶读数:
测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出,小数部分由可动刻度读出.测量值(mm)=固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)+可动刻度数(估读一位)×0.01(mm).螺旋测微器需要估读,记录数据的最后一位数字为估计数字,读数和记数时估计位为有效数字的最后一位,如图所示,固定刻度示数为2.0mm,不足半毫米从可动刻度上读的示数为15.0,最后的读数为:
2.0mm+15.0×0.01mm
=mm.
2.游标卡尺:
⑴构造:
如图所示,主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺,尺身上还有一个紧固螺钉.
⑵用途:
测量厚度、、深度、、外径.
⑶原理:
利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成.不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的,其读数见下表:
刻度格数(分度)
刻度总长度
每小格与1mm的差值
精确度(可准确到)
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
⑷读数:
若用x表示由主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表达为(x+K×精确度)mm.游标卡尺的读数应注意:
①看清精确度:
例如图所示.
②区分零刻度与标尺最前端
3.伏安法测电阻:
⑴电流表、电压表的连接
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差原因
电流表分压U测=
电压表分流I测=
电阻的测量值
R测=U测/I测=>Rx
测量值大于真实值
R测=U测/I测=<Rx
测量值小于真实值
适用条件
RARx
RVRx
口诀
大内大:
大电阻用内接法测量,测量值偏大
小外小:
小电阻用外接法测量,测量值偏小
⑵伏安法测电阻的电路选择:
①阻值比较法:
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法;②临界值计算法:
RV/Rx>Rx/RA时,用电流表外接法;Rx/RA>RV/Rx时,用电流表内接法;③实验试探法:
按图接好电路,让电压表接线柱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.
4.探究决定导线电阻的因素
⑴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掌握螺旋测微器的使用方法和读数方法;③学会利用伏安法测电阻,进一步测出金属丝的电阻率.
⑵实验原理:
由R=ρl/S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.把金属丝接入电路中,用伏安法测金属丝的电阻R(R=U/I).电路原理如图所示.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;将测量的数据代入公式ρ=RS/l求金属丝的电阻率.
⑶实验器材:
被测金属丝、、、电池组、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、导线若干.
⑷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:
按实验电路原理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;④U、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.
⑸数据处理:
①在求Rx的平均值时可用两种方法:
用Rx=U/I分别算出各次的数值,再取平均值;用U-I图线的斜率求出.②计算电阻率:
将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算式ρ=RS/l=.
⑹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,测量值真实值,使电阻率的测量值;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,造成测量误差.
⑺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,是指测量待测导线连接入电路
的之间的长度,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闭合开头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,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;第二种是用图象(U–I图线)来求出.若采用图象法,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.
2、描绘小灯泡的伏安特性曲线
1.实验目的:
描绘小电珠的伏安特性曲线;分析伏安特性曲线的变化规律.
2.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.电流表外接:
因为小电珠的电阻很小,如果电流表内接,误差明显较大;滑动变阻器采用式:
使电压能从零开始连续变化.
3.实验器材:
小电珠(3.8V0.3A)或(2.5V0.6A)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、、铅笔.
4.实验步骤:
⑴确定电流表、电压表的量程,采用电流表接法,滑动变阻器采用式接法,按图中的原理图连接好实验电路.
⑵把滑动变阻器的滑片调节到图中最端,接线经检查无误后,闭合开关S.
⑶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.
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
U/V
I/A
⑷拆除电路,整理仪器.
5.数据处理:
⑴在坐标纸上以U为横轴,以I为纵轴,建立坐标系.
⑵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).
⑶将描出的点用的曲线连接起来,就得到小电珠的伏安特性曲线.
6.误差分析:
由于电压表、电流表不是理想电表,电表对电路的影响会带来误差;电流表、电压表的带来误差,要严格按照读数规则读数;在坐标纸上描点、作图带来误差.
7.注意事项:
⑴电路的连接方式:
①电流表应采用接法:
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,电流表的影响很大.②滑动变阻器应采
用式连接:
目的是使小电珠两端的电压能从开始变化.
⑵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.
⑶I–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.
⑷电流表选择0.6A量程,电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定,即使用的若是“3.8V0.3A”的小电珠,选用电压表的15V量程;若使用“2.5V0.6A”的小电珠,则选用电压表的3V量程.
⑸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.
⑹误差较大的点要舍去,I–U图线应是平滑曲线而非折线.
〖考点1〗读数问题
例1.⑴如图(甲)所示的两把游标卡尺,它们的游标尺自左至右分别为9mm长10等分、19mm长20等分,它们的读数依次为________mm,________mm.
⑵使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径,示数如图(乙)所示,则a、b金属丝的直径分别为________mm,________mm.
〖考点2〗器材、电路的选择及实物连线
例2.在“测定金属导体的电阻率”的实验中,待测金属丝的电阻Rx约为5Ω,实验室备有下列实验器材:
A.电压表V1:
量程0~3V,内阻约为15kΩ
B.电压表V2:
量程0~15V,内阻约为75kΩ
C.电流表A1:
量程0~3A,内阻约为0.2Ω
D.电流表A2:
量程0~0.6A,内阻约为11Ω
E.变阻器R1:
0~100Ω,0.6A
F.变阻器R2:
0~2000Ω,0.1A
G.电池组E:
电动势为3V,内阻约为0.3Ω
H.开头S,导线若干
⑴为减小实验误差,应选用的实验器材有(填代号)
⑵为减小实验误差,应选用图甲中________(填a或b)为该实验的电路原理图,并按所选择的电路原理图把图乙中的实物图用线连接起来;
⑶若用毫米刻度尺测得金属丝长度为60.00cm,用螺旋测微器测得金属丝的直径及两电表的示数如图丙所示,则金属丝的直径为________mm,电阻值为________Ω.
〖考点3〗伏安法测电阻(或电阻率)
例3.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.
⑴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所示,其读数应为_______
_mm(该值接近多次测量的平均值).
⑵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:
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
由以上实验数据可知,他们测量Rx是采用图中的________图(选填“甲”或“乙”).
⑶上图是测量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⑵所选的电路图,补充完成图中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.
⑷这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系,如图所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出UI图线,由图线得到金属丝的阻值Rx=________Ω(保留两位有效数字).
⑸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·mB.1×10-3Ω·mC.1×10-6Ω·mD.1×10-8Ω·m
⑹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________(有多个正确选项)
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UI图象处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
〖考点4〗“替代法”测电阻
例4.为了测量一微安表头A的内阻,某同学设计了如图所示的电路.图中A0是标准电流表,R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱,S和S1分别是单刀双掷开关和单刀单掷开关,E是电池.完成下列实验步骤:
⑴将S拨向接点1,接通S1,调节________,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时________的读数I;
⑵然后将S拨向接点2,调节________,使________,记下此时RN的读数;
⑶多次重复上述过程,计算RN读数的________,此即为待测微安表头内阻的测量值.
〖考点5〗实物连线及数据处理
例5.一实验小组准备探
究某种元件Q的伏安特性曲线
,他们设计了如图1甲所示的电路图.
序
号
电压/V
电流/A
1
0
0
2
0.40
0.02
3
0.80
0.05
4
1.20
0.12
5
1.60
0.20
6
2.00
0.31
7
2.40
0.44
⑴请将图乙中的实物连线按电路图补充完整.
⑵考虑电表内阻的影响,该元件电阻的测量值________(选填“大于”、“等于”或“小于”)真实值.
⑶闭合开关S,电流表、电压表均有示数,但无论怎样移动变阻器滑片,总不能将电压表的示数调为零.原因可能是图中的________(选填“a”、“b”、“c”、“d”、“e”或“f”)处接触不良.
⑷
实验测得表格中的7组数据.请在坐标纸上作出该元件的I–U图线.
⑸为了求元件Q在I–U图线上某点的电阻,甲同学利用该点的坐标I、U,由R=U/I求得.乙同学作出该点的切线,求出切线的斜率k,由R=1/k求得.其中________(选填“甲”或“乙”)同学的方法正确.
〖考点6〗实验原理及其操作
例6.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中,现除了有一个标有“5V,2.5的小灯泡,导线和开关外,还有:
A.直流电源:
电动势约为5V,内阻可不计B.直流电流表:
量程0~3A,内阻约为0.1Ω
C.直流电流表:
量程0~600mA
,内阻约为5ΩD.直流电压表:
量程0~15V,内阻约为15kΩ
E.直流电压表:
量程0~5V,内阻约为10kΩF.滑动变阻器:
10Ω,2A
G.滑动变阻器:
1kΩ0.5A
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据.
⑴实验中电流表应选用________,电压表应选用________,滑动变阻器应选用______
⑵请按要求将图中所示的器材连成实验电路.
⑶某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图所示.现把实验中使用的小灯泡接到如图所示的电路中,其中电源电动势E=6V,内阻r=1Ω,定值电阻R=9Ω,此时灯泡的实际功率为________W.(结果保留两位有效数字)
1、鉴赏高考
1.(2015课标一23)图(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路。
(1)己知毫安表表头的内阻为100Ω,满偏电流为1mA;R1和R2为阻值固定的电阻。
若使用a和b两个接线柱,电表量程为3mA;若使用a和c两个接线柱,电表量程为10mA.由题给条件和数据,可以求出R1=Ω,R2=Ω.
(2)现用一量程为3mA、内阻为150Ω的标准电流表
对改装电表的3mA挡进行校准,校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA.电池的电动势为1.5V,内阻忽略不计;定值电阻R0有两种规格,阻值分别为300Ω和1000Ω;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为750Ω和3000Ω.则R0应选用阻值为Ω的电阻,R应选用最大阻值为Ω的滑动变阻器。
(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻。
图(b)中的Rʹ为保护电阻,虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框内的电路。
则图中的d点应和接线柱(填“b”或“c")相连。
判断依据是:
。
2.(2015课标二23)电压表满偏时通过该表的电流是半偏是通过该表的电流的两倍。
某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供材料器材如下:
待测电压表
(量程3V,内阻约为3000欧),电阻箱R0(最大阻值为99999.9欧),滑动变阻器R1(最大阻值100欧,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干。
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。
(2)根据设计的电路,写出实验步骤:
。
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为Rʹv,与电压表内阻的真实值Rv相比,RʹvRv(填“>”“=”或“<”),主要理由是。
3.(2016课标一23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,当要求热敏电阻的温度达到或超过60°C时,系统报警。
提供的器材有:
热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过
时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器
(最大阻值为1000Ω),滑动变阻器
(最大阻值为2000Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节,已知U约为18V,
约为10mA;流过报警器的电流超过20mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,在60°C时阻值为650.0Ω。
(1)在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)在电路中应选用滑动变阻器________(填“
”或“
”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一定的阻值,根据实验要求,这一阻值为______Ω;滑动变阻器的滑片应置于______(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是______。
②将开关向______(填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至______。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
4.(2017课标一23)某同学研究小灯泡的伏安特性,所使用的器材有:
小灯泡L(额定电压3.8V,额定电流0.32A);电压表
V(量程3V,内阻3kΩ);电流表
(量程0.5A,内阻0.5Ω);固定电阻R0(阻值1000Ω);滑动变阻器R(阻值0~9.0Ω);电源E(电动势5V,内阻不计);开关S;导线若干。
(1)实验要求能够实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图。
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示。
由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻_________(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率__________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率。
闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为____________W,最大功率为___________W。
(结果均保留2位小数)
2、感悟保送
1.(201416)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I-U图线。
现有下列器材供选用:
A.电压表(0~5V,内阻约10kΩ)
B.电压表(0~15V,内阻约20kΩ)
C.电流表(0~3A,内阻约1Ω)
D.电流表(0~0.6A,内阻约0.4Ω)
E.滑动变阻器(10Ω,2A)
F.滑动变阻器(500Ω,1A)
G.学生电源(直流6V)、开关、导线若干
(1)实验中所用电压表应选,电流表应选用,滑动变阻器应选用。
(填写器材前的代码)
(2)在虚线框内画出实验电路图,并根据所画电路图进行实物连接。
(3)试将如图所示的器材连成实物电路。
(4)利用实验数据绘出小灯泡的伏安特性曲线如图(乙)所示,分析曲线说明小灯泡电阻变化的特点:
(5)若把电器元件Z和小灯泡接入如图(丙)所示的电路中时,通过Z的电流为0.22A,已知A、B两端电压恒为2.5V,则此时灯泡L的功率约为W(保留两位有效数字)
2.(201516)实验室里有一捆铜导线,某同学在学习了电阻定律之后想通过实验测定这捆导线的实际长度。
(1)该同学想利用伏安法测出这捆铜导线的电阻,为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗测导线的电阻,采用“×10”挡,调零后进行测量时发现指针偏角非常大,进一步测量应换用挡,调零后测量。
(2)该同学进一步利用如图所示电路测这捆铜导线的电阻Rx,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10Ω滑动变阻器R2:
最大阻值100Ω电源:
三节干电池。
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_____端(填a或b)。
(2)调节滑动变阻器,当电压表读数为1.7V时,电流表读数为0.50A,则这捆导线电阻测量值为Ω,由于实验中所用电表不是理想电表,电阻测量值比真实值偏
(3)该同学刮去一小段铜导线的包皮,用螺旋测微器测量铜芯的直径。
为防止读数时测微螺杆发生转动,读数前应先旋紧如图所示的部件(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。
从图中的示数可读出铜芯的直径为mm。
(4)该同学查得铜的电阻率为
,再利用上面所测的数值,可算出这捆导线实际长度为m(结果保留三位有效数字)。
2016年题组
1.某学习小组用伏安法测量一未知电阻Rx的阻值,给定器材及规格为:
电流表A(量程为0~5mA,内阻约为10Ω)
电压表V(量程
为0~3V,内阻约为3kΩ)
最大阻值约为100Ω的滑动变阻器
电源E(电动势约3V)
开
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