電學實驗(高三)

麒麟工作室（高三物理輔導） 電學實驗電學實驗專題一、伏安法測電阻的原理：RX=UX IX .1. 電流表內(nèi)接法 電路圖 測量值與真實值比較U測 U真I測 I真誤差來源：所以R測= R真思考：在什么條件下給電路的誤差較小？所以：使用條件:2. 電流表外接法 電路圖 測量值與真實值比較U測 U真I測 I真誤差來源：所以R測= R真思考：在什么條件下給電路的誤差較小？所以：使用條件:3.確定內(nèi)接法還是外接法，有三種方法：A直接比較法：當Rx RA時用內(nèi)接法，當Rx Rv時用外接法B臨界值計算法： 當時，用電流表 接法；當時，用電流表 接法C測試判斷法：當Rx，RA，Rv大約值都不清楚時用此法如圖所示，將單刀雙擲開關(guān)S分別接觸a點和b點，若看到電流表讀數(shù)變化較大，說明 影響較大，應(yīng)該選用 接法；若看到電壓表讀數(shù)變化較大，說明 影響較大，應(yīng)該選用 接法總的來說待測電阻較小，選擇 接法；待測電阻較大，選擇 接法。【例1】用內(nèi)阻為3000的電壓表和內(nèi)阻為10的電流表測電阻，在圖甲、乙兩種情況下，電壓表的示數(shù)都是60V，電流表的示數(shù)都是0.2A，則R1的測量值為 ，真實值是 ，R2的測量值為 ，真實值是 。練習1、用伏安法測電阻，采用電流表內(nèi)接法和外接法，測得某電阻Rx的阻值分別為 R1 和R2 ，則所測的測量值和真實值Rx之間的關(guān)系是 （ ） AR1 RxR2 BR1 RxR2 CR1R2Rx DR1R2Rx二、滑動變阻器的使用C D A B 1、串聯(lián)限流電路 2、并聯(lián)分壓電路兩種接法均可起到調(diào)壓，限流作用，但調(diào)節(jié)范圍不同，功率損耗也不同 設(shè)測量電路的電阻為RX，試計算待測電路的電流值，電壓值在兩個電路中的范圍（電源電動勢為E，內(nèi)阻忽略）限流：分壓：通過上述分析，請判斷下列情況選分壓還是限流？負載電阻的阻值Rx遠大于變阻器的總電阻R；要求負載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)；若用限流接法時電流，電壓最小值超過電表量程。負載電阻的阻值Rx小于變阻器總電阻R或相差不多，且電壓電流變化不要求從零調(diào)起時；兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用 式接法，因為 接法總功率較小3、關(guān)于滑動電阻器的選擇：分壓時選阻值較 的；限流時選阻值較 的。4、關(guān)于滑動變阻器在閉合開關(guān)前p的位置分壓打到最 值；限流打到最 值。三、儀器的選擇一般應(yīng)考慮三方面因素：安全因素，誤差因素，如選用電表量程應(yīng)考慮盡可能減小測量值的相對誤差；電壓表、電流表在使用時，要用盡可能使指針接近滿刻度的中間量程，其指針應(yīng)偏轉(zhuǎn)到滿刻度的1/32/3之間；便于操作，滑動變阻器調(diào)節(jié)時應(yīng)用到大部分電阻線，否則不便于操作【例2】用伏安法測量某一電阻Rx阻值，現(xiàn)有實驗器材如下：待測電阻Rx（阻值約5 ，額定功率為1 W）；電流表A1（量程00.6 A，內(nèi)阻0.2 ）；電流表A2（量程03 A，內(nèi)阻0.05 ）；電壓表V1（量程03 V，內(nèi)阻3 k）；電壓表V2（量程015 V，內(nèi)阻15 k）；滑動變阻器R0（050 ），蓄電池（電動勢為6 V）、開關(guān)、導線.為了較準確測量Rx阻值，電壓表、電流表應(yīng)選_，并畫出實驗電路圖.電流表選擇電壓表選擇內(nèi)接，外接限流，分壓U/VI/A0.40.81.21.62.02.42.80 0.1 0.2 0.30.40.5圖a練習2、有一個電阻Rx，其阻值大約是25 k ，可供選擇的器材是：電流表A1 (0-100A, 2 k)電流表A2 (0-500A, 300)電壓表V1 (0-10V, 100 k）電壓表V2 (0-50V, 500 k）直流穩(wěn)壓電源 E （15V，1A）滑動變阻器 R (1k, 1W)請選擇好儀器，并畫出電路圖四、描繪小燈泡的伏安特性曲線 本實驗，因為小燈泡電阻較小，一般選用外接法；又因為描繪圖像要較多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器一般選用分壓接法。【例3】 為了研究一個“2.5V，0.1W”的小燈泡的伏安特性，現(xiàn)有蓄電池一組，電鍵一個，導線若干，其他可供選擇的器材如下：A量程為 0-3A，內(nèi)阻為0.025的電流表；B量程為 00.6A，內(nèi)阻為0.2的電流表；C量程為 0l00mA，內(nèi)阻為5 的電流表；D量程為 03V，內(nèi)阻為 10K 的電壓表；E量程為 015V，內(nèi)阻為50k 的電壓表；F05 的滑動變阻器，額定電流為1A。（1）要正確地完成這個實驗，電流表應(yīng)選 ，電壓表應(yīng)選 (填代號)。（2）畫出電路原理圖：練習3、某同學通過實驗研究小燈泡的電流與電壓的關(guān)系可用的器材如下：電源（電動勢3V，內(nèi)阻1）、電鍵、滑動變阻器（最大阻值20）、電壓表、電流表、小燈泡、導線若干（1）實驗中移動滑動變阻器滑片，得到了小燈泡的U-I圖象如圖a所示，則可知小燈泡的電阻隨電壓增大而 （填“增大”、“減小”或“不變”）ABC+ 圖b（2）根據(jù)圖a，在圖b中把缺少的導線補全，連接成實驗的電路（其中電流表和電壓表分別測量小燈泡的電流和電壓）。（3）若某次連接時，把AB間的導線誤接在AC之間，合上電鍵，任意移動滑片發(fā)現(xiàn)都不能使小燈泡完全熄滅，則此時的電路中，小燈泡可能獲得的最小功率是 W。（電壓表和電流表均視為理想電表）五、測量金屬電阻率實驗電路圖：說明：1.被測電阻絲的電阻較小，所以選用電流表外接法；2、本實驗不要求電壓調(diào)節(jié)范圍，可選用限流電路.（除一些特殊情況外或具體情況具體分析）3、開始時滑動變阻器的滑動觸頭應(yīng)該在接入電路電阻最大的一端.4、本實驗通過的電流不宜太大，通電時間不能太長，以免電阻絲發(fā)熱后電阻率發(fā)生明顯變化.5、實驗原理= 【例4】在“測定金屬的電阻率”的實驗中，用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如圖5所示，用米尺測量金屬絲的長度。金屬絲的電阻大約為4。先用伏安法測出金屬絲的電阻，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率。（1）從圖5中讀出金屬絲的直徑為_。（2）在用伏安法測定金屬絲的電阻時，除被測的電阻絲外，還有如下供選擇的實驗器材：直流電源：電動勢約4.5V，內(nèi)阻很??；電流表A1：量程00.6A，內(nèi)阻0.125；電流表A2：量程03.0A，內(nèi)阻0.025；電壓表V：量程03V，內(nèi)阻3k；滑動變阻器R1：最大阻值10；滑動變阻器R2：最大阻值50；開關(guān)、導線等。在可供選擇的器材中，應(yīng)該選用的電流表是_，應(yīng)該選用的滑動變阻器是_。（3）根據(jù)所選的器材，畫出實驗電路圖。（4）若根據(jù)伏安法測出電阻絲的電阻為RX4.1，則這種金屬材料的電阻率為_m。（保留二位有效數(shù)字）練習4、某同學要測量一均勻新材料制成的圓柱體的電阻率。步驟如下：（1）用游標為20分度的卡尺測量其長度如圖，由圖可知其長度為 mm；50202515（2）用螺旋測微器測量其直徑如右上圖，由圖可知其直徑為 mm；（3）用多用電表的電阻“10”擋，按正確的操作步驟測此圓柱體的電阻，表盤的示數(shù)如圖，則該電阻的阻值約為 。（4）該同學想用伏安法更精確地測量其電阻R，現(xiàn)有的器材及其代號和規(guī)格如下：待測圓柱體電阻R電流表A1（量程04mA，內(nèi)阻約50）電流表A2（量程010mA，內(nèi)阻約30）電壓表V1（量程03V，內(nèi)阻約10k）電壓表V2（量程015V，內(nèi)阻約25k）直流電源E（電動勢4V，內(nèi)阻不計）滑動變阻器R1（阻值范圍015，允許通過的最大電流2.0A）滑動變阻器R2（阻值范圍02k，允許通過的最大電流0.5A）開關(guān)S導線若干為使實驗誤差較小，要求測得多組數(shù)據(jù)進行分析，請在右框中畫出測量的電路圖，并標明所用器材的代號。R1SRA2V1（5）若該同學用伏安法跟用多用電表測量得到的R測量值幾乎相等，由此可估算此圓柱體材料的電阻率約為 。（保留2位有效數(shù)字）六、測量電池電動勢和內(nèi)阻1、電壓表、電流表、滑動變阻器原理：計算法圖像法誤差分析：【例5】某同學對實驗室的一個多用電表中的電池進行更換時發(fā)現(xiàn)，里面除了一節(jié)1.5V的干電池外，還有一個方形的電池（層疊電池）。為了測定該電池的電動勢和內(nèi)電阻，實驗室中提供有下列器材：A電流表G（滿偏電流10mA，內(nèi)阻10）B電流表A（00.6 A3A，內(nèi)阻未知） C滑動變阻器R0（0100，1A） D定值電阻R（阻值990）E開關(guān)與導線若干0R103/510-10-55101520（1）請設(shè)計電路圖，并按照電路圖在乙圖上完成實物連線 （2）丙圖為該同學根據(jù)上述設(shè)計的實驗電路利用測出的數(shù)據(jù)繪出的I1-I2圖線（I1為電流表G的示數(shù)，I2為電流表A的示數(shù)），則由圖線可以得到被測電池的電動勢EV ，內(nèi)阻r= 。2、電流表、電阻箱原理：計算法圖像法誤差分析：【例6】某興趣小組的同學用一個檸檬做成電池他們猜想水果電池內(nèi)阻可能較大，從而設(shè)計了一個如圖所示電路來測定該檸檬電池的電動勢和內(nèi)電阻（1）利用圖像法處理數(shù)據(jù)可以減小實驗誤差在討論作圖方案時，甲同學認為應(yīng)作R-I圖，而乙同學認為應(yīng)該作圖，你認為哪個同學的想法更科學？ （填“甲”或“乙”），其簡單理由： （2）某同學做出的圖像如下，可求出該檸檬電池的電動勢為 V，與真實值比較 ；內(nèi)阻為 ，與真實值比較 3、電壓表、電阻箱原理：計算法圖像法誤差分析：【例7】現(xiàn)有一種特殊的電池，它的電動勢E約為9V，內(nèi)阻r約為50，已知該電池允許輸出的最大電流為50 mA，為了測定這個電池的電動勢和內(nèi)阻，某同學利用如圖(a)所示的電路進行實驗，圖中電壓表的內(nèi)阻很大，對電路的影響可不考慮，R為電阻箱，阻值范圍09 999，R0是定值電阻，起保護電路的作用（1）實驗室備有的定值電阻R0有以下幾種規(guī)格：A10 2.5 W B100 1.0 WC200 1.0 W D2 000 5.0 W本實驗應(yīng)選哪一種規(guī)格？答 。 （2）該同學接入符合要求的R0后，閉合開關(guān)S，調(diào)整電阻箱的阻值，讀取電壓表的示數(shù)改變電阻箱阻值，取得多組數(shù)據(jù)，作出了如圖 (b)所示的圖線（已知該直線的截距為0.1 V-1)則根據(jù)該同學所作出的圖線可求得該電池的電動勢E為 V，內(nèi)阻r為 .電學實驗專題（拓展篇）拓展1：安安法【例1】某待測電阻Rx的阻值約為20，現(xiàn)要測量其阻值，實驗室提供器材如下：A電流表A1（量程150mA，內(nèi)阻約為10）B電流表A2（量程20mA，內(nèi)阻r2=30）C定值電阻R0=100D滑動變阻器R，最大阻值約為10E電源E，電動勢E=4V（內(nèi)阻不計）F電鍵S及導線若干（1）根據(jù)上述器材完成此實驗，測量時要求電表讀數(shù)不得小于其量程的1/3，請你在虛線框內(nèi)畫出測量Rx的一種實驗原理圖（圖中元件使用題干中相應(yīng)英文字母符號標注）（2）實驗時電流表A1的讀數(shù)為I1，電流表A2的讀數(shù)為I2，用已知的和測得的物理量表示Rx=_。（用字母表示）從下列器材中選出適當?shù)膶嶒炂鞑?設(shè)計練習1、一個電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1,要求方法簡捷,有盡可能高的精確度,并能測得多組數(shù)據(jù).電流表A1,量程10 mA,內(nèi)阻待測(約40 )電流表A2,量程500A,內(nèi)阻r2=750 電壓表V,量程10 V,內(nèi)阻r3=10 k電阻R1,阻值約為100 滑動變阻器R2,總阻值約50 電源E,電動勢1.5 V,內(nèi)阻很小開關(guān)S,導線若干拓展2：伏伏法【例2】為了測量量程為3 V的電壓表V的內(nèi)阻(內(nèi)阻約2 000 ),實驗室可以提供的器材有:電流表A1,量程為0.6 A,內(nèi)阻約0.1 ;電壓表V2,量程為5 V,內(nèi)阻約3 500 ;變阻箱R1,阻值范圍為09 999 ;變阻箱R2,阻值范圍為099.9 ;滑動變阻器R3,最大阻值約為100 ,額定電流1.5 A;電源E,電動勢6 V,內(nèi)阻約0.5 ;單刀雙擲開關(guān)K,導線若干.(1)請從上述器材中選擇必要的器材,設(shè)計一個測量電壓表V的內(nèi)阻的實驗電路,畫出電路原理圖(圖中的元件要用題中相應(yīng)的英文字母標注),要求測量盡量準確.(2)寫出計算電壓表 的內(nèi)阻RV的計算式為RV= .練習2、要測量電壓表V1的內(nèi)阻RV，其量程為2V，內(nèi)阻約2K。實驗室提供的器材有：電流表A，量程0.6A，內(nèi)阻約0.1；電壓表V2，量程5V，內(nèi)阻為5K；定值電阻R1，阻值30；定值電阻R2，阻值為3K；滑動變阻器R3，最大阻值100，額定電流1.5A；電源E，電動勢6V，內(nèi)阻約0.5；開關(guān)S一個，導線若干。有人擬將待測電壓表V1 和電流表A串聯(lián)接入電壓合適的測量電路中，測出V1 的電壓和電流，再計算出RV。該方案實際上不可行，其最主要的原因是 請從上述器材中選擇必要的器材，設(shè)計一個測量電壓表V1內(nèi)阻RV的實驗電路。要求測量盡量準確，實驗必須在同一電路中，且在不增減元件的條件下完成。試畫出符合要求的實驗電路圖（圖中電源與開關(guān)已連接好），并標出所選元件的相應(yīng)字母代號： 由上問寫出V1內(nèi)阻RV的表達方式，說明式中各測量量的物理意義。拓展3：加R法【例3】某電流表的內(nèi)阻在0.1 0.2 之間,現(xiàn)要測量其內(nèi)阻,可選用的器材如下:A.待測電流表A(量程0.6 A);B.電壓表V(量程3 V,內(nèi)阻約2 k);C.滑動變阻器R1(最大阻值10 );D.定值電阻R2(阻值5 );E.電源E(電動勢4 V);F.電鍵S及導線若干.(1)畫出實驗電路圖;(2)如測得電壓的讀數(shù)為U,電流表的讀數(shù)為I,則電流表A內(nèi)阻的表達式為:RA= .拓展4：替代法等效替代法就是在測量的過程中,讓通過待測電阻的電流(或電壓)和通過電阻箱的電流(或電壓)相等.電路如圖所示,將單刀雙擲開關(guān)調(diào)到a,閉合S1調(diào)節(jié)R,使安培表讀數(shù)為I0,保持R不動,將單刀雙擲開關(guān)打到b,調(diào)節(jié)R0使安培表讀數(shù)仍為I0,則電阻箱的讀數(shù)就是待測電阻的數(shù)值.請分析用電壓表時的步驟和原理。注意:主要元件為電阻箱和單刀雙擲開關(guān).虛線框內(nèi)可用分壓控制電路.【例4】要測量一個未知電阻Rx的阻值(阻值約為4 )，現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)不準的電流表A(滿偏電流約為0.6 A)，滑動變阻器R(最大阻值20 )，電阻箱R1(最大阻值 99.9 )，電源E1(電動勢為2 V，內(nèi)阻不計)，單刀單擲開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2，導線若干現(xiàn)要求盡量精確地測量Rx的阻值(1)畫出實驗電路圖(2)寫出主要實驗步驟拓展5：半偏法測量電流表的內(nèi)阻1按圖接線，圖中R為滑動變阻器R 為電阻箱，電源為蓄電池，內(nèi)阻可以不計。2先合下S1 ，調(diào)節(jié)R使電流表指針滿偏。3再合下S2，保持電阻R不變，調(diào)節(jié)R使電流表指針半偏，記下R的值.4實驗中認為：Rg= R 誤差分析：合下S2，保持電阻R不變，調(diào)節(jié)R使電流表指針半偏，此時R上的電流 Ig/2，R上的電流 Ig所以真實值Rg R測 要盡量減小實驗誤差R選較 【例5】如圖所示是測定電流表內(nèi)阻的電路圖。電流表的內(nèi)阻約100左右，滿偏電流為500A，用電池做電源。（1）現(xiàn)備有以下可變電阻：A電阻箱，阻值范圍為0-100B電阻箱，阻值范圍為0-999.9C滑動變阻器，阻值范圍為0-200D滑動變阻器，阻值范圍為0-20 K在上述可變電阻中，電路圖中的R應(yīng)選用 ，R應(yīng)選用 。（2）某同學進行的實驗步驟如下：先將R的阻值調(diào)到最大，合上S1，調(diào)節(jié)R的阻值，使電流表的指針轉(zhuǎn)到滿刻度。合上S2，調(diào)節(jié)R和R的阻值，使電流表的指針轉(zhuǎn)到滿刻度的一半。記下R的阻值指出上述實驗步驟中有什么錯誤。拓展6：半偏法測量電壓表電阻1按圖接線，圖中R 為電阻箱.2先合下S1 、S2，、調(diào)節(jié)R0使電壓表指針滿偏.3保持變阻器電阻R0不變，斷開S2調(diào)節(jié)R使電壓表指針半偏，記下R的值。4實驗中認為：RV= R 誤差分析：保持變阻器電阻R0不變，斷開S2調(diào)節(jié)R使電壓表指針半偏，此時RV上的電壓 U/2，R上的電壓 U/2所以真實值RV R測 要盡量減小實驗誤差R選較 【例6】利用如圖所示的電路測量量程為800 mV的電壓表內(nèi)阻RV，R約為900，某同學的實驗步驟如下：a.按電路圖正確連接好電路，將變阻器R1的滑片移到最右端，電阻箱的阻值調(diào)到最大；b合上開關(guān)S1和S2并調(diào)節(jié)R1，使電壓表的指針指到滿刻度；c合上開關(guān)S1并打開S2，調(diào)整電阻箱R的阻值及變阻器R1的大小，使電壓表的指針指到滿偏的一半；d讀出電阻箱的阻值R，即為電壓表內(nèi)阻在該實驗中，除滑線變阻器R1外，其他器材均符合實驗要求，現(xiàn)有兩個變阻器可供選擇變阻器A：最大阻值200 ，額定電流1 A變阻器B：最大阻值10 ，額定電流2 A根據(jù)以上設(shè)計的實驗方法，回答下列問題（1）選用的變阻器為 （2）上述實驗步驟中，有錯誤的步驟是 ，應(yīng)改正為 （3）該實驗中存在著系統(tǒng)誤差，設(shè)Rv的測量值為R測，真實值為R真，則R測 R真 （填“”“”或“”）拓展7：比較法【例7】電流表法如圖所示為電流表測量電阻的電路，RX為待測電阻，R阻值已知，R為保護電阻，阻值未知，電源E電動勢未知，S1，S2均為單刀雙擲開關(guān)，A為電流表，內(nèi)阻不計，試說明測量步驟，及測量結(jié)果表達式【例8】電壓表法如圖所示為電壓表測量電阻的電路，RX為待測電阻，R阻值已知，R為保護電阻，阻值未知，電源E電動勢未知，S1，S2均為單刀雙擲開關(guān)，V為電壓表，內(nèi)阻很大，試說明測量步驟，及測量結(jié)果表達式拓展8：比例法（1）串聯(lián)分壓法在實驗時沒有符合要求的電流表（或無電流表），將待測電阻與已知電阻串聯(lián)，用電壓表測出待測電阻RX和已知電阻兩端電壓U1和U2由串聯(lián)分壓規(guī)律，利用 求出待測電阻（2）并聯(lián)分流法在實驗時沒有符合要求的電壓表（或無壓表），將待測電阻與已知電阻并聯(lián)，用電流表測出待測通過電阻RX和已知電阻的電流I1和I2由并聯(lián)分流規(guī)律，利用 求出待測電阻拓展9：電橋法【例9】電橋法是系統(tǒng)誤差最?。ɡ碚撜`差為0）的測量電阻的方法，如圖所示，AB是一根均勻直電阻線，背對毫米刻度尺，RX是被測電阻，R0是一個精確度很高的已知電阻，閉合S移動滑片P，試說明下一步測量步驟，及測量結(jié)果表達式附：多用電表1、一靈敏電流計，允許通過的最大電流(滿刻度電流)為Ig50A，表頭電阻Rg1k，若改裝成量程為Im10mA的電流表，應(yīng)_聯(lián)的電阻阻值為_.若將此電流計改裝成量程為Um15V的電壓表，應(yīng)再_聯(lián)一個阻值為_的電阻。2、如圖所示，四個相同的表頭分別改裝成兩個安培表和兩個伏特表。安培表A1的量程大于A2的量程，伏特表V1的量程大于