高中物理電學(xué)實驗專題(經(jīng)典).doc

1、vl.O可蝮輯可修改5電學(xué)實驗（經(jīng)典）實驗設(shè)計的基本思路明確目的選擇方案選定器材f 擬定步驟數(shù)據(jù)處理誤差分析（一）電學(xué)實驗中所用到的基本知識電學(xué)實驗中，電阻的測量（包括變形如電表內(nèi)阻的測量）、測電源的電動勢與內(nèi)電阻是考查頻率較高的實驗。它們所用到的原理公式為：UR ,E U Ir oI可見，對于電路中電壓 U及電流I的測量是實驗的關(guān)鍵所在，但這兩個量的直接測量和間接測量的方法卻多種多樣，在此往往也是高考試題的著力點之處。1 .電路設(shè)計原則： 正確地選擇儀器和設(shè)計電路的問題，解決時應(yīng)掌握和遵循一些基本的原則，即“安全性”、“方便性”、“精確性”原則，兼顧“誤差小”、“儀器少”、“耗電少”等各方面

2、因素綜合考慮，靈活運用。（1）正確性：實驗原理所依據(jù)的原理應(yīng)當(dāng)符合物理學(xué)的基本原理。（2）安全性：實驗方案的實施要安全可靠，實施過程中不應(yīng)對儀器及人身造成危害。要注 意到各種電表均有量程、電阻均有最大允許電流和最大功率，電源也有最大 允許電流，不能燒壞儀器。（3）方便性：實驗應(yīng)當(dāng)便于操作，便于讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（4）精確性：在實驗方案、儀器、儀器量程的選擇上，應(yīng)使實驗誤差盡可能的小。2 .電學(xué)實驗儀器的選擇：（1）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程，然后合理選擇量程，務(wù)必使 指針有較大偏轉(zhuǎn) （一般要大于滿偏度的 1/3 ）,以減少測讀誤差。（2）選擇滑

3、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、電壓有很大變化的，不宜采用。（3）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?？傊?，最優(yōu)選擇的原則是：方法誤差盡可能??；間接測定值盡可能有較多的有效數(shù)字位數(shù)，直接測定值的測量使誤差盡可能小，且不超過儀表的量程；實現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié)；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。3 .測量電路的選擇1.電流表接法(1)原理：部分電路的歐姆定律。(2)電流表外接法，如圖所示。適

4、用于測小阻值電阻，即 Rx遠(yuǎn)小于Rv時。Rx誤差分析：UU=V Rv Rx = vR 測 IA Rv Rx R 真 Ia Iv系統(tǒng)誤差的原因：電壓表V分流。(3)電流表內(nèi)接法，如圖所示。適用于測大阻值電阻，即 Rx遠(yuǎn)大于Ra時。0-1誤差分析:RxUU U= V= V AR 測 I a Rx Ra R 真4系統(tǒng)誤差的原因：電流表 A分壓。（4）內(nèi)、外接法的選用原則ba方法一：算臨界電阻：Ro JraRv若RxR。，待測電阻為大電阻，用內(nèi)接法若RxR。，待測電阻為小電阻，用外接法即大電阻，電流表內(nèi)接；小電阻，電流表外接。方法二：在Rv、Ra均不知的情況下，可采用試觸法。如圖所示，分別將 a端與b

5、、c 接觸，如果前后兩次電流表示數(shù)比電壓表示數(shù)變化明顯，說明電壓表分流作用大， 應(yīng)采用內(nèi)接法；如果前后兩次電壓表示數(shù)比電流表示數(shù)變化明顯，說明電流表分壓作用大， 應(yīng)采用外接法。b c2滑動變阻器的分壓、限流接法：為了改變測量電路（待測電阻）兩端的電壓（或通過測量電路的電流），常使滑動變阻器與電源連接作為控制電路，滑動變阻器在電路中主要有兩種連接方式：限流式，分壓式。如圖（甲）為滑動變阻器的限流式接法，Rx為待測電阻。它的接線方式是電源、滑動ERx變阻器與待測電阻三者串聯(lián)。對待測電阻供電電壓的最大調(diào)節(jié)范圍是：E（Rx是R Rx待測電阻，R是滑動變阻器的總電阻，不計電源內(nèi)阻）。如圖（乙）是滑動變阻

6、器的分壓式接法。接線方式是電源與滑動變阻器組成閉合電路，而被測電路與滑動變阻器的一部分電阻并聯(lián)，該接法對待測電阻供電電壓的調(diào)節(jié)范圍是：0E （不計電源內(nèi)阻時）。vl.O可編輯可修改選取接法的原則:要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法。7圖 10-5負(fù)載電阻Rx遠(yuǎn)大于滑動變阻器總電阻R時，須用分壓式接法，此時若采用限流式接法對電路基本起不到調(diào)節(jié)作用。采用限流電路時，電路中的最小電流（電壓）仍超過電流表的量程或超過用電器的額定電流（電壓）時，應(yīng)采用變阻器的分壓式接法負(fù)載電阻的阻值 Rx小于滑動變阻器的總電阻 R或相差不大，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零開始起調(diào)，

7、可用限流式接法。兩種電路均可使用時應(yīng)優(yōu)先用限流式接法，因為限流電路結(jié)構(gòu)簡單，總功率較小。例1、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。10 mA、內(nèi)阻50 Q）;直流電壓表（量程03 V、內(nèi)阻 5 k Q）;直流電源（輸出電壓4V、內(nèi)阻不計）；滑動變阻器（015 Q、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。x 10 mA,此時電流仍超過電流表的量程，故滑動變阻器必須采用分壓接法.如圖10-5所示.vl.

8、O可編輯可修改【總結(jié)】任一種控制電路必須能保證電路的安全，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。4.實物圖的連接：實物圖連線應(yīng)掌握基本方法和注意事項。注意事項：連接電表應(yīng)注意量程選用正確，正、負(fù)接線柱不要接錯。各導(dǎo)線都應(yīng)接在接線柱上，不應(yīng)在導(dǎo)線中間出現(xiàn)分叉。對于滑動變阻器的連接，要搞清楚接入電路的是哪一部分電阻，在接線時要特別注意不能將線接到滑動觸頭上?；痉椒ǎ寒嫵鰧嶒炿娐穲D。

9、分析各元件連接方式，明確電流表與電壓表的量程。畫線連接各元件。（用鉛筆畫線，以便改錯）連線方式應(yīng)是單線連接，連線順序應(yīng)先畫串聯(lián)電路，再畫并聯(lián)電路。一般先從電源正極開始，到電鍵，再到滑動變阻器等。按順序以單線連接方式將干路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來；然后連接支路將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。連接完畢，應(yīng)進(jìn)行檢查，檢查電路也應(yīng)按照連線的方法和順序。（二）定值電阻的測量方法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(jìn)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

10、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）。例2、在某校開展的科技活動中，為了要測出一個未知電阻的阻值Rx,現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)vl.O可蝮輯可修改不準(zhǔn)的電流表A、定值電阻R。、電阻箱R、滑動變阻器R?、單刀單擲開關(guān)Si、單刀雙擲開關(guān)S2、電源和導(dǎo)線。畫出實驗電路圖，并在圖上標(biāo)出你所選用器材的代碼。寫出主要的實驗操作步驟?！窘馕觥繉嶒炿娐啡缬覉D所示。將S2與Rx相接，記下電流表指針?biāo)肝恢?。?S2與Ri相接，保持R2不變，調(diào)節(jié)R.的阻值，使電流表的指針指在原位置上，記下 氐的值，則RX=R|。3 .伏安法：伏安法的測量依據(jù)是歐姆定律（包括部分

11、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（或給定的電表不能滿足要求時），可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻（電阻箱或一個定值電阻）代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻已知時，根據(jù)歐姆定律I=U/R電壓表同時可以當(dāng)電流表使用，同樣電流表也可以當(dāng)電壓表用。4 .伏安法拓展：某些問題中，因?qū)嶒炂鞑牟痪邆?（缺電流表或電壓表），或因?qū)嶒灄l件限制，或因?qū)嶒灳炔辉试S而不能用“伏安法”o這時我們就得依據(jù)問題的具體條件和要求重新選擇實驗原理，用“伏安法”的替代形式一一 “比較法”來設(shè)計實驗方案。利用已知內(nèi)阻的電壓表：利用“伏伏”法測定值電阻的阻值例3、用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值（9001000。

12、）：電源E,具有一定內(nèi)阻，電動勢約為；電壓表Vi,量程為，內(nèi)阻r i=750 Q；電壓表V2,量程為5V,內(nèi)阻r 2 = 2500 0；滑動變阻器R,最大阻值約為100 Q；單刀單擲開關(guān)K,導(dǎo)線若干。測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1/3,試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖。利用已知內(nèi)阻的電流表：利用“安安”法測定值電阻的阻值例4用以下器材測量一待測電阻的阻值。器材（代號）與規(guī)格如下：電流表A （量程250mA，內(nèi)阻J為5Q）；標(biāo)準(zhǔn)電流表 A （量程300mA，內(nèi)阻r 2約為5 Q ）；待測電阻R.（阻值約為100。）；滑動變阻器R2 （最大阻值10Q）；電源E （電動勢約為10V,內(nèi)

13、阻r約為1。）；單刀單擲開關(guān)S,導(dǎo)線若干。要求方法簡捷，并能測多組數(shù)據(jù)，畫出實驗電路原理圖，并標(biāo)明每個器材的代號需要直接測量的物理量是 ,用測的量表示待測電阻 R.的計算公式是R.=【解析】實驗電路圖如圖所示。兩電流表A、 A?的讀數(shù)為L、，和電流表 A的內(nèi)阻為r,待測電阻Ri的阻值的計算公式是：R1rih 1113電壓表、電流表混合用例5有一電阻Rx,其阻值在100200 Q之間，額定功率為。要用伏安法較準(zhǔn)確地測量它的阻值，實驗器材有:安培表Ai,量程為50mA,RAi=l0 Q安培表A?,量程為1A, RA2=20 Q電壓表Vh量程為5V, RVi = 10kQ電壓表V2,量程為15V,

14、R V2=30kQ變阻器Ri,變阻范圍。20Q , 2A變阻器R2,變阻范圍01000Q, 1A 9V電源，電鍵，導(dǎo)線。實驗中應(yīng)選用的電流表、 電壓表、變阻器分別是： 畫出所用實驗電路圖。vl.O可編輯可修改【解析】允許通過電阻中電流可能的最大值由：P Ur得，I1 35mAi2 50mA。因為電阻可能為200。，所以通過被測電阻的電流的最大值可能是35mA,應(yīng)用電流表的示數(shù)U?，所以RUi 5V U2 7.IV o因為電阻可能為 100 Q,所以允許加在電阻兩端的電壓的最大值可能是5V,應(yīng)用電壓表的示數(shù)來控制加在電阻兩端的電壓,且2A 35mA,所以應(yīng)選變阻器R。因為R V R 11X因為R

15、x v，Ra Rv ,所以應(yīng)選用外接電路。實驗所用電路如圖所示因此電壓表應(yīng)選Vo因為RVR, 112所以滑動變阻器連接方式應(yīng)選用分壓電路o（三）電表內(nèi)阻的測量方法1.互測法:電流表、電壓表各一只，可以測量它們的內(nèi)阻:#兩只同種電表，若知道一只的內(nèi)阻，就可以測另一只的內(nèi)阻:0| -0 O兩只同種電表內(nèi)阻都未知，則需要一只電阻箱才能測定電表的內(nèi)阻:82.替代法:vl.O可蝮輯可修改3、半值法（半偏法）。半值法是上面比例法的一個特例，測電流表內(nèi)阻和測電壓表內(nèi)阻都可以用半值法，電路圖如圖10-15甲圖實驗時先斷開開關(guān)S,閉所（甲）合S,調(diào)整滑動變阻器 01R（限流法連使電流表A的接），使電流表A滿度（

16、即指針指滿刻度處）；再閉合圖 10-15S ,調(diào)整電阻箱指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值則電流表A的電阻RA IV, 電流表讀數(shù) =E=2AR mA2000 500mA 2000 500= = , Ri符合要求，同理可得 R2、K不符合要求，故選RioUU電路接通后，通過R1的電流11=則通過電壓表的電流為12 = 1-11=1-所以RiRiU電壓表的內(nèi)阻 v= = RUR 1【提示】本題涉及實驗器材選取和電路設(shè)計等，對分析綜合能力提出了較高要求，解答此類 試題必須根據(jù)測量要求和所提供的器材，由儀表的選擇原則和基本規(guī)律為分析的入手點。例8 （ 2006年全國H）現(xiàn)要測定一個額定電壓4

17、V、額定功率的小燈泡（圖中用。X表示）的伏安特性曲線。要求所測電壓范圍為4Vo現(xiàn)有器材：直流電源E （電動勢，內(nèi)阻不計），電壓表呈，內(nèi)阻約為4X 104Q）,OX）電流表 （量程250mA,內(nèi)阻約為2Q）,電流表 （量程500mA,內(nèi)阻約為1。），滑動變阻器R （最大阻值約為30Q）,電鍵S,導(dǎo)線若干。如果既要滿足測量要求， 又要測量誤差較小， 應(yīng)該選用的電流表是 ,下面兩個電 路應(yīng)該選用的是 o【解析】在測量小燈泡的伏安曲線時，由于題目要求電壓范圍為4V,因此滑動變阻器采用分壓式接法。根據(jù)估算通過小燈泡的額定電流為I二，因此電流表應(yīng)該選用 。在伏安法測量過程中，由于臨界電阻RRaRw：200

18、大于小燈泡電阻，因此應(yīng)該選擇電流表外接法即選擇甲電路進(jìn)行測量。測電動勢和內(nèi)阻（1）測量電路如圖（2）測量方法第一、計算方法測兩組端電壓U和電流I值，然后通過以下式子求解。E= Ui + I irE= U2 + l2r第二、作UI圖象方法通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，取得多組（ U, I）值，然后在坐標(biāo)中描點，連成直線用圖象處理問題，須注意以下幾點:vl.O可編輯可修改連直線的方法：讓盡可能多的點在直線上，直線兩則 分布的點的個數(shù)大致均勻偏離直線較遠(yuǎn)的點舍去?？v軸截距的含義：電動勢 E橫軸截距的含義：短路電流 IoE斜率的含義：電阻。求解方法：r= 一戈用直線上任意兩點求解斜率的絕對值。Io（3）實驗誤差

19、分析（1）偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作UI圖象時描點不很準(zhǔn)確。（2）系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差來源于未計電壓表分流，近似地將電流表的示數(shù)看作干路 電流。實際上電流表的示數(shù)比干路電流略小。如果由實驗得到的數(shù)據(jù)作出圖中實線（a）所示的圖象，那么考慮到電壓表的分流后，得到的UI圖象應(yīng)是圖中的虛線（b）,由此可見，按圖所示的實驗電路測出的電源電動勢E固,電源內(nèi)電阻r靶“O說明：外電路短路時，電流表的示數(shù)（即干路電流的測量值）1麴等于干路電流的真實值，所以圖中（a）、（ b）兩圖線交于短路電流處。當(dāng)路端電壓（即電壓表示數(shù)）為Ui時,由于電流表示數(shù)11幽小于干路電流1值，所以（a）、（ b）兩圖

20、線出現(xiàn)了圖中所示的差異。（4）特殊方法（一）即計算法：畫出各種電路圖E Ii（R 1 r） I I （R - R ） IiRi -12R2 人右、大上工人一如 E 12 1r （一個電流表和兩個定值電阻）E I2（R2 r） I2-I1L -IiE ui I ir T TU 2 - UiE hu 2 - Lui 1（一個電流表及一個電壓表和一個滑動變阻器）E u 2 12 r I1-I2 ll-hE u,U1U2（R，-R2）r（一個電壓表和兩個定值電阻）p u 9 br U 2 Rl - u 1 R 2 U2 R 1 -U1R 2 r2例9、用右圖所示的電路，測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。電

21、池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻R。起保護(hù)作用。除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實驗器材還有:（a）電流表（量程、3A）；（b）電壓表（量程3V、15V）（c）定值電阻（阻值1 、額定功率5W）（d）定值電阻（阻值10 ,額定功率10W）（e）滑動變阻器（陰值范圍0-10.額定電流2A）（f ）滑動變阻器（阻值范圍 0-100、額定電流1A）（1）要正確完成實驗，電壓表的量程應(yīng)選擇V ，電流表的量程應(yīng)選擇A ； Ro應(yīng)選擇的定值電阻，R應(yīng)選擇阻值范圍是的滑動變阻器。那么（2）引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是（1）3, 1,。10。（ 2）由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電池實際輸 出電流小。解析：由于電源是一節(jié)干電池（），所選量程為3V的電壓表；估算電流時，考慮到干電池的內(nèi)阻一般幾Q左右，加上保護(hù)電阻， 最大電流在左右，所以選量程為的電流表；由于電 池內(nèi)阻很小，所以保護(hù)電阻不宜太大，否則會使得電流表、電壓表取值范圍小，造成的誤差 大；滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就好了，取 。10 Q能很好地控