高三物理知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)—電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)專題

1、電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)專題一實(shí)驗(yàn)電路和電學(xué)儀器的選擇設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)多出現(xiàn)在電路實(shí)驗(yàn)題。 以一般電路實(shí)驗(yàn)為例， 一般需要考慮以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：1電路的選擇（）安培表內(nèi)、外接電路的選擇。待測(cè)電阻的阻值已知：由于伏特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(shí)值之間產(chǎn)生誤差，為減小此系統(tǒng)誤差，當(dāng)待測(cè)電阻阻值 Rx<<RV ，伏特表分流很小時(shí)，選擇安培表外接電路；當(dāng)待測(cè)電阻阻值Rx >>RA，安培表分壓很小時(shí)，選擇安培表內(nèi)接電路。當(dāng)待測(cè)電阻阻值與電壓表、電流表的阻值相差不多時(shí)，可根據(jù)：RA Vx2 時(shí)，RA2R >R采用電流表外接法；當(dāng)Vx時(shí)，采用電流表內(nèi)接

2、法來確定。R <R（口決： ”大內(nèi)小外 ”，即內(nèi)接法適合測(cè)大電阻結(jié)果偏大，外接法適合測(cè)小電阻測(cè)量結(jié)果偏?。┐郎y(cè)電阻的阻值未知：試觸法選擇測(cè)量電路試觸法即為依次采用電流表的內(nèi)外接法， 通過計(jì)算并比較電流以及電壓的相對(duì)誤差來確定，最后要接相對(duì)誤差小的那個(gè)點(diǎn)（ 2）滑動(dòng)變阻器限流電路與分壓電路的選擇： 當(dāng)負(fù)載電壓要求從零開始調(diào)節(jié)，采用分壓電路。當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值小于負(fù)載電阻時(shí)， 一般采用分壓電路； 當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值大于負(fù)載電阻時(shí)，一般采用制流電路。當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)較大、 滑動(dòng)變阻器阻值較小， 不能滿足限流要求時(shí)， 采用分壓電路。（ 3）滑動(dòng)變阻器的使用限流式接法 . 如圖 4 所示特點(diǎn)： RAB 隨

3、 pb 間的電阻增大而增大。ApbB練習(xí)學(xué)案 P109 頁疑點(diǎn)回扣練習(xí) 1、圖 4分壓式接法：如圖 5 所示分壓電路 .電路總電阻RAB 等于 AP 段并聯(lián)電阻 RaP 與 PB 段電阻 RbP 的串聯(lián)。當(dāng) P 由 a 滑至 b 時(shí)，雖然 Rap 與 Rpb 變化相反，但電路的總電阻RAB 持續(xù)減??；若 P 點(diǎn)反向移動(dòng)，則 RAB 持續(xù)增大。證明如下：RABR1 Rap(R2 Rap ) R21R1PR1RapR11aRap2RapR2b所以當(dāng) Rap 增大時(shí)， RAB 減小；當(dāng) Rap 減小時(shí)， RAB 增圖 5BA大?；瑒?dòng)頭 P 在 a 點(diǎn)時(shí)， RAB 取最大值 R2；滑動(dòng)頭 P 在 b點(diǎn)

4、時(shí)， RAB 取最小值R1 R2。R1R2練習(xí)學(xué)案 P109 頁疑點(diǎn)回扣練習(xí)2動(dòng)變阻器接法選擇：分壓接法對(duì)負(fù)載的電壓、電流調(diào)節(jié)范圍較大，但電路耗能多；限流接法對(duì)負(fù)載的電壓、電流調(diào)節(jié)范圍較小， 但電路耗能少且電路連接簡(jiǎn)單。故優(yōu)先考慮限流接法為主。但在以下情況下必須用分壓法要使某部分電路的電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)從零調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)所提供的電壓表、 電流表量程或電阻元件允許最大電壓或電流較小，采用限流接法時(shí)，無論怎樣調(diào)節(jié)， 電路中實(shí)際電流都會(huì)超過電表量程或電阻元件允許的最大電流（壓）器件安全所用滑動(dòng)變阻器的阻值遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻阻值時(shí)。便于調(diào)節(jié)第三種：如圖 6 所示并聯(lián)式電路。 由于兩并聯(lián)支路的電阻之和為

5、定值，則兩支路的并聯(lián)電阻隨兩支路阻值之差的增大而減??；隨兩R1支路阻值之差的減小而增大，且支路阻值相差最小時(shí)有最a大值，相差最大時(shí)有最小值。證明如下：R2R3p令兩支路的阻值被分為 Ra、 Rb 且ab00,R+R=R,其中 Rb為定值。則ABRa RbRa Rb R02(Ra Rb ) 2圖 6R/RbR04R0Ra特點(diǎn)： R/ 的確隨 Ra 與 Rb 之差的增大而減小，隨差的減小而增大，且當(dāng)相差最小時(shí)， R/有最大值，相差最大時(shí)， R/ 有最小值。此外，若兩支路阻值相差可小至零，則R/有最大值 R0/4.2電路實(shí)驗(yàn)器材和量程的選擇，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)（ 1）電路工作的安全性，即不會(huì)出現(xiàn)電表和其

6、它實(shí)驗(yàn)器材因過載毀壞現(xiàn)象。（ 2）能否滿足實(shí)驗(yàn)要求（常常要考慮便于多次測(cè)量求平均值） 。（ 3）選擇器材的一般思路是：首先確定實(shí)驗(yàn)條件，然后按電源電壓表電流表變阻器順序依次選擇。電源的選擇： 在不超過待測(cè)器材所允許的最大電壓值的情況下， 選擇電動(dòng)勢(shì)較大的電源（以獲得更多的測(cè)量數(shù)據(jù)） 。在相同電動(dòng)勢(shì)情況下，通常選擇內(nèi)電阻較小的電源（以獲得較穩(wěn)定的路端電壓） 。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(cè)量時(shí)示數(shù)能在滿刻度的 2/3 左右，至少要超過） ?；瑒?dòng)變阻器的造擇在實(shí)驗(yàn)唯一性器材的選擇時(shí)，對(duì)滑動(dòng)變阻器應(yīng)考慮三個(gè)方面。首先應(yīng)注意安全因素，即滑動(dòng)變阻器在電路里不能超過

7、其額定電流值。然后考慮是否有足夠的電壓調(diào)節(jié)范圍。 分壓接法總能保證實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 限流接法就不一定。當(dāng)然有時(shí)并不需要有太大的電壓調(diào)節(jié)范圍，就可以采用限流接法。最后，應(yīng)考慮實(shí)驗(yàn)控制即電壓的調(diào)節(jié)是否方便。 我們先析分壓接法。 在分壓接法中應(yīng)選滑動(dòng)變阻器的阻值小于待測(cè)電阻時(shí)，才會(huì)使電壓調(diào)節(jié)比較方便。二、電壓表和電流表的改裝（一）電流表改裝成電壓表的原理原理：利用串聯(lián)電阻的分壓作用分壓電阻的計(jì)算：設(shè)電流表滿偏電流為，內(nèi)阻為，滿偏電壓為，利用串聯(lián)電阻的分壓作用，可將電流表串一電阻串使電流表改裝成電壓表設(shè)電壓表量程為，則I gU gUU g ，串U U gU1RRg分壓電阻RgU gR串 g（二）電流表擴(kuò)大

8、量程原理：利用并聯(lián)電阻的分流作用分流電阻的計(jì)算：將電流的量程擴(kuò)大到，要并聯(lián)的電阻為并，由并聯(lián)電路電壓相等有， R g R g并I I g（三）用半偏法測(cè)電流表的內(nèi)阻二、電阻的測(cè)量電阻測(cè)量的方法歸類在高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，涉及最多的問題就是電阻的測(cè)量， 電阻的測(cè)量方法也比較多，最常用的有：（一）歸納1、歐姆表測(cè)量。最直接測(cè)電阻的儀表。但是一般用歐姆表測(cè)量只能進(jìn)行粗測(cè)，為下一步的測(cè)量提供一個(gè)參考依據(jù)。用歐姆表可以測(cè)量白熾燈泡的冷電阻。2、替代法。替代法的測(cè)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(cè)量電阻精度高，不需要計(jì)算，方法簡(jiǎn)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

9、電阻箱） 。3、伏安法。伏安法的測(cè)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(cè)量?jī)x器是電壓表和電流表，當(dāng)只有一個(gè)電表時(shí)，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻（電阻箱或給一個(gè)定值電阻）代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻已知時(shí)，根據(jù)歐姆定律 I U 電壓表同時(shí)可以當(dāng)電流表使用，同樣電流表也可以當(dāng)電壓表用。R4、比例法。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(cè)電表的電阻，對(duì)于一般未知電阻，有電阻箱和電表即可。用比例法測(cè)電表內(nèi)阻時(shí)，兩個(gè)電流表一般是并聯(lián)（據(jù)并聯(lián)分流原理） ，兩個(gè)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(cè)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(jìn)行比較

10、。 例如，使用天平稱量物體的質(zhì)量， 就是把被測(cè)物體與砝碼進(jìn)行比較， 砝碼就是質(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(shí)，被測(cè)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(jìn)一步的計(jì)算。有很多情況下， 被測(cè)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 ”。5、半值法（半偏法） 。（三）測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻（）測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻誤差分析方法筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于“測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”這個(gè)實(shí)驗(yàn)有些學(xué)生對(duì)到底選擇電流表內(nèi)接（圖 A）還是電流表外接（圖 B）搞不清。有些學(xué)生雖然硬生記住了，但對(duì)于為何做此選擇，

11、也即這兩種電路究竟會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來怎樣的誤差一無所知或一知半解?，F(xiàn)在筆者就該實(shí)驗(yàn)誤差問題從三個(gè)角度分析如下。公式法如果電表是理想的，則電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻可如下推得：取兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)I 1、I 2、U1、U2 ，則有E=U11+I rE=U2+I 2r整理得 E=U1I 2U2I1(1)I 2I 1r= U 1U 2(2)I 2I 1（a）若采用圖 A ，由于電壓表的分流作用，實(shí)際情況如下：E=U1+(I1 + U 1 ) rRVE=U2+(I2 + U 2 ) rRV整理得 E=U1I 2U2I1(3)U 2U 1I 2I1RVr=U 1U 2(4)U 2U1I 2I 1RV比較（ 1）、（ 3）和（

12、 2）、（4）可得，利用圖 A 測(cè)得的電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻都偏小。（b）若采用圖 B，由于電流表的分壓作用，實(shí)際情況如下：E=U1+I1(RA+r)E=U2+I2(RA+r)整理得 E=U 1I 2U2I1(5)I 2I 1r= U 1U 2-RA(6)I 2I1比較（ 1）、（5）和（ 2）、（6）可得，利用圖 B 測(cè)得的電源電動(dòng)勢(shì)沒有誤差，是準(zhǔn)確的，而測(cè)得的內(nèi)電阻偏大。圖象法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻數(shù)據(jù)處理的另一種方法是圖象法。以 I 為橫坐標(biāo)， U 為縱坐標(biāo)，測(cè)出幾組 U、I 值，畫出 U-I 圖像如下：若電表是理想電表，根據(jù)閉合電路歐姆定律 U=E-Ir ，可知在 U（I ）函數(shù)中，截距即為電

13、源電動(dòng)勢(shì)值，斜率的絕對(duì)值即為電源內(nèi)阻 r。（a）若采用圖 A ，則有 E=U+(I+U ) rRVRVE-IRV r整理得 U=RVrRVr1RV r=E-IrrRV1RV此時(shí) U-I 函數(shù)中，截距為1，比真實(shí)值E偏小。斜率的絕對(duì)值RV r為rERVr1RVRv 和 r 并聯(lián)后阻值，比真實(shí)值r 偏小。（b）若采用圖 B，有E=U+I(R A +r)整理得 U=E-I(R A+r)此時(shí) U(I) 函數(shù)中截距仍為 E 是準(zhǔn)確值，斜率的絕對(duì)值 RA r 為 RA、r 串聯(lián)后阻值，比真實(shí)值 r 偏大。等效法該實(shí)驗(yàn)實(shí)際數(shù)據(jù)處理時(shí)都是把電表當(dāng)成理想電表來處理，而我們知道非理想電壓表可等效為一個(gè)理想電壓表并

14、聯(lián)上電壓表電阻 Rv，非理想電流表可等效為一個(gè)理想電流表串聯(lián)上電流表電阻 RA ，據(jù)此對(duì)圖 A 、圖 B 電路等效成圖甲和圖乙，進(jìn)而再把圖甲中 RV 與原電源 E 組合成一個(gè)等效電源 E，而把圖乙中 RA 與原電源 E 組合成一個(gè)等效電源E”。此時(shí)直接由電壓表、電流表測(cè)得 U、I 而得的電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻即為等效電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。圖甲中測(cè)量計(jì)算出的等效電動(dòng)勢(shì)E=ERV 比真實(shí)值 E 偏小，等效內(nèi)電阻 rRVrrRV比真實(shí)值 r 偏小。同理圖乙中測(cè)量計(jì)算出的rRV等效電動(dòng)勢(shì) E”E 是準(zhǔn)確值，測(cè)得的等效內(nèi)電阻r”r+RA 比真實(shí)值偏大。通過以上三種方法的分析可得相同結(jié)論：由于電壓表的分流作用， 圖 A 電路