四川省資陽市高考物理專題復(fù)習(xí)《電學(xué)實驗》專題講義

1、四川省資陽市高考物理專題復(fù)習(xí)電學(xué)實驗專題講義（一）變壓器的構(gòu)造與原理（理想變壓器）（二）理想變壓器中的接個關(guān)系（電壓、電流、功率與線圈匝數(shù)的關(guān)系）（三）變壓器的動態(tài)分析（四）電能的輸送二、新課講解（一）考點1 、多用表的使用2 、實驗儀器的選擇、電表的改裝問題3 、電源、電表的選擇，電流表的內(nèi)外接法4、滑動變阻器的兩種接法5 、電阻測量的方法（二）重難點1、電表的改裝2、電源及電表的選擇3、電流表的兩種接法和滑動變阻器的兩種接法分析（三）易混點電路中的各種元件的選擇及接法三、例題精析（一）多用表1、電流表原理和主要參數(shù)電流表G是根據(jù)通電線圈在磁場中受磁力矩作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，且指什偏角0

2、與電流強度I成正比,即e = ki,故表的刻度是均勻的。電流表的主要參數(shù)有，表頭內(nèi)阻流表允許通過的最大電流值，此時指針達到滿偏；滿偏電壓U:2、電壓表的改裝（1）原理：Ug IgRg很小，不能直接換刻度測電壓，需要串聯(lián)-（2）分壓電阻的計算：由串聯(lián)電路的特點知：U IaR Iag gg則：R U RgU 1 RgU 1 Rg1 g1 g RgU g因為電壓擴大表頭量程的倍數(shù)：n U所以R n 1 RUg旭注：相同的表頭改裝成的不量程的電壓表串聯(lián)，指針偏轉(zhuǎn)角度相同。3、電流表的改裝R：即電流表線圈的電阻；滿偏電流Ig：即電即指針滿偏時，加在表頭兩端的電壓，故U=IgR1如圖所小的分壓電阻。-R-

3、 'JUj iUr»LT, n-U-r71 丁I R .|1 1,0- 1;®1u(1)原理：Ig很小，不能直接換刻度測電流，需要并聯(lián)一個如圖所示的分流電阻。(2)分流電阻的計算:由并聯(lián)電路的特點知IgRg (I Ig)R則：RIgRgRg因為電流擴大表頭量程的倍數(shù)：n L所以rIgRgn 1-7 -注：相同表頭改裝成量程不同的電流表并.聯(lián)，指針偏轉(zhuǎn)角度相同。4、電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)則：電壓值不相同,10-1所示:所以電流表、電壓表的讀數(shù)比較復(fù)雜，測量值的有效數(shù)字位數(shù)比較容易出錯。下面是不同表，不同量程下的讀數(shù) 規(guī)則：電壓表、電流表若用 03V、03A量程，其最小

4、刻度(精確度)分別為 0.1V、0.1A,為10分度儀表讀數(shù)，讀 數(shù)規(guī)則較為簡單，只需在精確度后加一估讀數(shù)即可。如圖所示，電壓表讀數(shù)為 1.88V,電流表讀數(shù)為0.83A。若指針恰好指在 2上，則讀數(shù)為2.00V (或A)。電壓表若用015V量程，則其最小刻度為 0.5V,為2分度儀表讀數(shù)，所讀數(shù)值小數(shù)點后只能有一位小數(shù)，也 必須有一位小數(shù)。如圖所示，若指針指在整刻度線上，如指在10上應(yīng)讀做10.0V,指在緊靠10刻度線右側(cè)的刻度線上(即表盤上白第21條小刻度線)讀數(shù)為10.5V,若指在這兩條刻度線間的中間某個位置，則可根據(jù)指針靠近兩刻度線的程度，分別讀做10.1V,或10.2V,或10.3V

5、,或10.4V,即使是指在正中央，也不能讀做10.25V,若這樣，則會出現(xiàn)兩位不準(zhǔn)確的數(shù)，即小數(shù)點后的 2和5,1不符合讀數(shù)規(guī)則，如上圖中所示，讀數(shù)應(yīng)為9.3V。電流表若用0-0.6A量程，則其最小刻度為0.02A,為5分度儀表讀數(shù)，其讀數(shù)規(guī)則與015V電壓表相似，所讀數(shù)值小數(shù)點后只能有兩位小數(shù)，也必須有兩位小數(shù)。如上圖所示，電流表讀數(shù)為0.17A,若指針指在第11條刻度線上，則讀數(shù)為 0.22A,指在第10條刻度線上,讀數(shù)為0.20A,指在第12條刻度線上，讀數(shù)為 0.24A。5、多用表的使用：歐姆表的改裝：(1)主要部件：表頭、可調(diào)電阻、電源、紅黑表筆等。電路如圖。Ix -RgR0 rRx

6、(2)原理：由閉合電路歐姆定律得：Ig g Rg R rRx與I不成正比，I Ig時，Rx 0。(3)刻度盤的特點：零刻度線在最右端，從右向左讀數(shù);刻度不均勻，前疏后密。中值電阻附近誤差小。注：因歐姆表示數(shù)為零時：Ia ,中值時：2g ,則 r r R0 r。9 Rg Ro r2 R & r Rx、（4）使用方法：首先機械調(diào)零；再歐姆調(diào)零，即兩表筆直接短接，調(diào)整Ro ,讓指針指在歐姆表盤最右端零刻度處；連接被測電阻，讀出刻度盤示數(shù)R, Rx kR,其中k為檔位倍數(shù)。若指針偏右，需縮小倍數(shù)，選k小的檔位;若指針偏左，需放大倍數(shù)，選k大的檔位。每換一次檔位，需重新調(diào)零。（二）滑動變阻器應(yīng)用

7、分析滑動變阻器是電學(xué)實驗中常用的儀器，近幾年高考電學(xué)設(shè)計性實驗命題對其應(yīng)用多次直接或滲透考查.如何選擇滑動變阻器的接法設(shè)計控制電路仍是歷屆考生應(yīng)考的難點滑動變阻器的限流接法與分壓接法的特點：如圖10-2所示的兩種電路中，滑動變阻器（最大阻值為R）對負(fù)載R的電壓、電流強度都起控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖（ a）電路稱為限流接法，圖（b）電路稱為分壓接法限流接法電源內(nèi)阻;Rl電聞1日范理代忽M”蠢一$D圖1LEw ULWER0負(fù)載L上電%ff節(jié)范 康源加阻)0-2 E EE <|l< _Rl0Rl相同條件下電路消耗 的總功率EIl分壓接法0WLLWE0W I LcRlE ( I L+I ap

8、)比較分壓電路調(diào)節(jié)范圍較大分壓電路調(diào)節(jié)范圍較 大限流電路能耗較小限流法.如圖（a）所示，待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為RLEE.顯然，當(dāng)K<<RL時，在移動滑動觸頭的Rl Ro過程中，電流的變化范圍很小，總電流幾乎不變，UL也幾乎不變，無法讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)R>>R時，滑動觸頭在從 b向a滑動的過程中，先是電流表、電壓表的示數(shù)變化不大，后來在很小的電阻變化范圍內(nèi)，電流表、電壓表的讀 數(shù)變化很快，也不方便讀數(shù)，只有當(dāng) R與R差不多大小時，才能對電流、電壓有明顯的調(diào)控作用.在同樣能達到目的的前提下，限流法較為省電，電路連接也較為簡單分壓法.如圖（b）所示，待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為0E,

9、且R相對于RL越小，R上的電壓變化的線性就越女？.當(dāng)R>>R時，盡管Ul變化范圍仍是0E,但數(shù)據(jù)幾乎沒有可記錄性，因為在這種情況下，滑片從左端滑起， 要一直快到右端時，電壓表上示數(shù)一直幾乎為零，然后突然上升到E,對測量幾乎沒有用處.因此，分壓接法要用全阻值較小的滑動變阻器。滑動變阻器的限流接法與分壓接法：兩種電路均可調(diào)節(jié)負(fù)載電阻電壓和電流的大小，但在不同條件下，調(diào)節(jié) 效果大不一樣，滑動變阻器以何種接法接入電路，應(yīng)遵循安全性、精確性、節(jié)能性、方便性原則綜合考慮，靈活選取.1 .下列三種情況必須選用分壓式接法(1)要求回路中某部分電路電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(如：測定導(dǎo)體的伏

10、安特性、校對改裝 后的電表等電路)，即大范圍內(nèi)測量時，必須采用分壓接法(2)當(dāng)用電器的電阻 R遠(yuǎn)大于滑動變阻器的最大值R0時，必須采用分壓接法.因為按圖(b)連接時，因R>>R>Rp,所以RL與Rp的并聯(lián)值R并=Rp,而整個電路的總阻值約為R,那么R兩端電壓Ul=IR并=1Rp,顯然LLR08Rp,且Rp越小，這種線性關(guān)系越好，電表的變化越平穩(wěn)均勻，越便于觀察和操作(3)若采用限流接法，電路中實際電壓(或電流)的最小值仍超過R的額定值時，只能采用分壓接法 .2 .下列情況可選用限流式接法(1)測量時對電路中的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且R-與R相差

11、不大或R略小于R,采用限流式接法.(2)電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時，采用限流式接法.(3)沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素優(yōu)先采 用限流式接法.圖 10-3例1:如圖10-3所示，滑動變阻器電阻最大值為R,負(fù)載電阻Ri=R電源電動勢為 E內(nèi)阻不計.(1)當(dāng)K斷開，滑動頭c移動時，R兩端的電壓范圍,是多少？(2)當(dāng)K閉合，滑動頭c移動時，R兩端的電壓范圍是多少？(3)設(shè)R的長度ab=L,R上單位長度的電阻各處相同，a、c間長度為x,當(dāng)K接通后，加在 R上的電壓U與x的關(guān)系如何？【審題】電鍵斷開或閉合導(dǎo)致電

12、路出現(xiàn)兩種截然不同的控制電路：限流和分壓，把握限 流和分壓電路的原理是關(guān)鍵【解析】(1)若K斷開，則該控制電路為滑動變阻器的限流接法，故 <U<E2(2)若K閉合，則該控制電路為滑動變阻器的分壓接法，故 0WUWE得：L1= L2ELxx2 LxxR RE(3) L1=IR并,R并=, I =ER _Rx RR 并(L x)LL【總結(jié)】該題考察兩種控制電路的原理即兩者獲取的控制電壓范圍不同例2：用伏安法測量一個定值電阻的器材規(guī)格如下：待測電阻R (約100 Q);直流電流表(量程 010 mA內(nèi)阻50 )；直流電壓表(量程 03 V、內(nèi)阻5 kQ);直流電源(輸出電壓 4 V、內(nèi)阻

13、不計)；滑動變阻器(015 、 允許最大電流1 A);開關(guān)1個，導(dǎo)線若干.根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求畫出實驗電路圖 .【審題】本題只需要判斷測量電路、控制電路的接法，各儀器的量程和電阻都已經(jīng)給出，只需計算兩種接法哪種 合適。圖 10-5【解析】用伏安法測量電阻有兩種連接方式，即電流表的內(nèi)接法和外接法，由Rv JRaR ,故電流表應(yīng)采用外接法.在控制電路中，若采用變阻器的限流接當(dāng)滑動變阻器阻值調(diào)至最大，通過負(fù)載的電流最小,I min=R Ra Rx量程，故滑動變阻器必須采用分壓接法.如圖10-5所示.=24 mA> 10 mA,此時電流仍超過電流表的【總結(jié)】任一種控制電路必須能保證電路的安全

14、，這是電學(xué)實驗的首要原則，限流接法雖然簡潔方便，但必須要能夠控制電路不超過電流的額定值，同時，能夠保證可獲取一定的電壓、電流范圍，該題中，即便控制電流最 小值不超過電流表的量程，因滑動變阻器全阻值相對電路其它電阻過小，電流、電壓變化范圍太小，仍不能用限 流接法。（三）實驗電路和電學(xué)儀器的選擇（；）電路的選擇安培表內(nèi)、外接電路的選擇由于電壓表的分流作用和電流表的分壓作用，造成表的示數(shù)與通過負(fù)載的電壓或電流真實值之間產(chǎn)生誤差，為減小此系統(tǒng)誤差，應(yīng)慎重選擇電流表的內(nèi)外接法，選擇方法如下：1、直接比較法：當(dāng)待測電阻阻值 R<<R時，伏特表分流很小，選擇安培表外接電路；當(dāng)待測電阻阻值 R&g

15、t;>R時，安培表分壓很小，選擇安培表內(nèi)接電路。2、臨界值計算比較法：當(dāng)待測電阻阻值與電壓表、電流表的阻值相差不多時，如何確定被測電阻R是較大還是較小呢？我們要計算兩種接法的相對誤差，可用員與-R相比較.R RaRvR 即R JRv Ra時，宜米用電流表外接法;R即Rav'Rv Ra時，宜采用電流表內(nèi)接法;RRa而R <Rv Ra時，電流表內(nèi)外接法效果是一樣的.此時的被測電阻值 R我們稱為臨界電阻。3、測試判斷法（試觸法）若R、R、R的大小關(guān)系事先沒有給定，可借助試觸法確定內(nèi)、外接法 .具體做法是：如圖10-6所示組成電路，其中電流表事先已經(jīng)接好，拿電壓表的一個接線柱去分別

16、試觸M N兩點，觀察先后兩次試觸時兩電表的示數(shù)變化情況。如果電流表的示數(shù)變化比電壓表示數(shù)變化明顯（即一L -U）,說明接M點時電壓表分流作用引起的誤差大I U于接N點時電流表分壓作用引起的誤差，這時應(yīng)采用內(nèi)接法（即電壓表接N點）。如果電壓表的示數(shù)變化比電流表示數(shù)變化明顯（即-I于接M點時電壓表分流作用引起的誤差，這時應(yīng)采用外接法U）,說明接N點時電流表分壓作用引起的誤差大U（即電壓表接M點）.圖 10-6（口決：“大內(nèi)偏大，小外偏小”，即內(nèi)接法適合測大電阻且系統(tǒng)誤差偏大，即測量值大于真實值，外接法適合測小電阻且系統(tǒng)誤差偏小，即測量值小于真實值，）控制電路（即滑動變阻器的接法）的選擇，見 難點2

17、（2）電路實驗器材和量程的選擇，應(yīng)考慮以下幾點：電路工作的安全性，即不會出現(xiàn)電表和其它實驗器材因過載毀壞現(xiàn)象。能否滿足實驗要求（常常要考慮便于多次測量求平均值）。選擇器材的一般思路是：首先確定實驗條件，然后按電源一電壓表一電流表一變阻器順序依次選擇。根據(jù)不 使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表.首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量2程，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般取滿偏度的2左右），以減少測讀誤差.根據(jù)電路中可能3出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑動變阻器，注意流過滑動變阻器的電流不超過它的額定值，對大阻值的變阻器， 如果是滑動頭稍有移動，使電流、電壓有很大變

18、化的，不宜采用.應(yīng)根據(jù)實驗的基本要求來選擇儀器，對于這種情況，只有熟悉實驗原理，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇.總之，最優(yōu)選擇的原則是：a、方法誤差盡可能小.b、實現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié) .c、在大功率裝置（電路）中盡可能節(jié)省能量；在小功率電路里，在不超過用電器額定值的前提下，適當(dāng)提高 電流、電壓值，以提高測試的準(zhǔn)確度.根據(jù)以上原則，電學(xué)儀器的選擇有如下建議：1、電源的選擇：選擇直流電源，應(yīng)根據(jù)用電器的需要來確定，一般考慮用電器所，需的電壓、電路中的電流、電源電動勢和允許電流等.在不超過待測器材所允許的最大電壓值的情況下，選擇電動勢較大的電源（以獲得更 多的測量數(shù)據(jù)）。在相同電動勢情況下，通常選擇內(nèi)電阻較小

19、的電源（以獲得較穩(wěn)定的路端電壓），測電源內(nèi)阻除外。2、電表的選擇：在不超過電表量程的條件下，選擇量程較小的電表（以便測量時示數(shù)能在滿刻度的2/3左右）。3、滑動變阻器的選擇：要由電路中所要求或可能出現(xiàn)的電流、電壓的范圍來選定變阻器，實際流過變阻器的 電流不得超過其額定值；如要通過變阻器的電阻改變來讀取不同的電流、電壓值時，要注意避免變阻器滑片稍有 移動電流或電壓就會有很大變化的出現(xiàn)，也要避免出現(xiàn)滑片從一頭滑到另一頭，電流或電壓幾乎沒有變化的情況 .若控制電路確定為限流接法 ，則滑動變阻器應(yīng)選用與實驗電路中其它電阻的總阻值相差不大的；若控制電路確定為分壓接法，則應(yīng)選用在額定電流允許的條件下阻值較

20、小的滑動變阻器。（四）電阻測量的方法歸類在高中電學(xué)實驗中，涉及最多的問題就是電阻的測量，電阻的測量方法也比較多，最常用的有：（1）歐姆表測量：最直接測電阻的儀表。但是一般用歐姆表測量只能進行粗測，為下一步的測量提供一個參考依據(jù)。用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。（2）替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效、也可以是利用電壓等效。替代法測量 電阻精度高，不需要計算，方法簡單，但必須有可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。替代法是用與被測量的某一物理性質(zhì)等效，從而加以替代的方法。如圖10-13所示。先把雙刀雙擲開關(guān) &扳到1,閉合S,調(diào)整滑動變阻器，使電流表指針指

21、到某一位置，記下此時的示數(shù)I （最好為一整數(shù)）。再把開關(guān)S扳到2,調(diào)整電阻箱 R,使得電流表指針仍指到示數(shù)I。讀出此圖 10-13時電阻箱的阻值r,則未知電阻rR的阻值等于r。說明：在此實驗中的等效性表現(xiàn)在開關(guān)換位后電流表的示數(shù)相同，即當(dāng)電阻箱的阻值為時，對電路的阻礙作用與未知電阻等效，所以未知電阻R的阻值等于r。替代法是一種簡捷而準(zhǔn)確度很高的測量電阻的方法，此方法沒有系統(tǒng)誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，測量誤差就可以忽略。（3）伏安法：伏安法的測量依據(jù)是歐姆定律（包括部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律），需要的基本測量 儀器是電壓表和電流表，當(dāng)只有一個電表時，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻（電阻箱或給一

22、個定值電阻）代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻 已知時，根據(jù)歐姆定律 I=U/Rv,電壓表同時可以當(dāng)電流表使用，同樣根據(jù)U=IRa,電流表也可以當(dāng)電壓表用。（4）比例法二如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，可以采用比例法測電表的電阻。用比例法測電表內(nèi)阻 時，兩個電流表一般是并聯(lián)（據(jù)并聯(lián)分流原理），兩個電壓表一般是串聯(lián)（據(jù)串聯(lián)分壓原理）。所謂“比例法”是：要測量某一物體的某一物理量，可以把它與已知準(zhǔn)確數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)物體進行比較。例如， 使用天平稱量物體的質(zhì)量，就是把被測物體與祛碼進行比較，祛碼就是質(zhì)量數(shù)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)物體。天平的結(jié)構(gòu)是等 臂杠桿，因此當(dāng)天平平衡時，被測物體的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)物體的質(zhì)量是相等的，這就省去了進一步的計算。有很多情況下，被測物體與標(biāo)準(zhǔn)物體的同一物理量間的關(guān)系并不是相等，而是在滿足一定條件下成某種比例 的關(guān)系，這種方法又稱為“比例法”。圖 10-14例如，測電流表和電壓表的內(nèi)阻，如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，都可以使用比例法。采用比例法 測電阻的依據(jù)是