高考物理一轮复习专题热点电学实验问题讲义

高考物理一轮复习专题热点电学实验问题讲义

专题热点七　电学实验问题 一、电学实验的三个选择 ‎1．电学仪器的选择 以“安全性”“精确性”“方便性”为前提，综合考虑．选择电学实验仪器主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器件．‎ ‎(1)选择电表以不使电表受损和尽量减小误差为原则，即加在电表上的最大电压或电流不得超过其最大量程，实验过程中指针可移动范围最好在至量程这一段．‎ ‎(2)选择滑动变阻器要考虑它的额定电流，然后对采用分压法的滑动变阻器选总阻值较小的，对采用限流法的滑动变阻器的总阻值选比电路中的电阻稍大些为好．对于滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用．‎ ‎(3)对器材选择的一般步骤是：①找出唯一性的器材；②草画电路图(暂不把电表画入)；③估算电流最大值和最小值；④考虑电表是否安全画(该用分压法还是限流法)，以及能否使电表达到满偏的以上．‎ ‎(4)在“伏安法测电阻”和“伏安法测电池电动势和内阻”的实验中，一般选用总阻值较小的滑动变阻器，前者可方便调节，因为电阻丝的电阻很小；后者可减小误差，因为它与大阻值的电压表并联，使流过电压表的电流较小，电流表测的值更接近干路上的总电流．另外这两个实验的电压与电流都不大，电表量程一般取3 V与‎0.6 A的量程．‎ ‎2．电流表内接法和外接法选择 要想精确测量电阻，选用好的实验方法很重要，如果电压表或电流表都是理想化电表，两种方法都能准确地测量出电阻的大小，但如果电压表和电流表都有电阻，选择好的方法能大大减小误差．下面我们以电压表内阻为RV，电流表内阻为RA，待测电阻为Rx，待测电阻Rx的测量值为R测＝进行说明，准确度取决于电压表与电流表读数.‎ 电流表内接法 电流表外接法 当Rx≫RA时采用误差小或当Rx>时采用 当RV≫Rx时采用误差小或当Rx<时采用 电压表读数偏大，电流表读数准确 电流表读数偏大，电压表读数准确 测量值大于真实值(多了电流表内阻)R测＝R真＋RA 测量值小于真实值(与电压表内阻并联值)＝＋ 试触法：通过改变电表的连接方式，观察两个电表的读数变化情况，如果电流表变化明显，应采用电流表内接法，这样可以避免在外接法中读数偏离真实值太多；如果电压表变化明显，应采用电流表外接法，这样电压表读数会精确些 ‎3.滑动变阻器接法的选择 为保证用电器的安全以及读数的精确性，滑动变阻器有两种接法，它们各有优缺点，选用哪种接法很有讲究，以安全第一、准确第二、能耗小第三的顺序考虑问题，这是高考实验考查的重点内容．下面我们假设用电器电阻为Rx，滑动变阻器的最大电阻为R，电源电动势为E，内阻为r.‎ 限流法 分压法 闭合开关前要使滑动变阻器的电阻处于最大值，对应上图中应是滑动头移至最下端 闭合开关前要使用电器两端的电压最小，对应上图中滑动变阻器的滑动头应移到最左端 实物图中只用到上下两个接头 实物图中用到上面一个下面两个接头 用电器的电压调节范围～ 用电器的电压调节范围0～ 滑动变阻器的电阻与用电器的电阻差不多大时电压调节作用最理想 滑动变阻器的电阻越小调节用电器电压的作用越好 说明：有下列几种情况的一定要用分压法：‎ ‎(1)被调节的用电器的电压或电流一定要从0开始连续调节 ‎(2)采用限流电路时，电路中的最小电流仍超过电表量程或超过元件允许的最大电流时 ‎(3)在给予的滑动变阻器的电阻远小于用电器的电阻时，在可用分压法也可用限流法时，用限流法一般节省能耗，连线方便．不过在不强调能耗的情况下，绝大多数都可用分压法．不过分压法更要考虑变阻器的最大电流不得超过其限度 ‎【例1】　有一个电阻R，其阻值大约在40 Ω～50 Ω之间，现要进一步测量其电阻，手边现有如图7－1所示的器材：‎ 图7－1‎ 电源E(电动势12 V，内阻为0.5 Ω)；‎ 电压表(0～3 V、0～15 V，内阻约10 kΩ)；‎ 电流表(0～0‎.6 A、0～3 A，内阻约为1 Ω)；‎ 滑动变阻器R1(阻值0～10 Ω，额定电流‎2 A)；‎ 滑动变阻器R2(阻值0～1 700 Ω，额定电流‎0.3 A)；‎ 开关S和导线若干．‎ ‎(1)电压表的量程应选________，电流表的量程应选________，滑动变阻器应选用________；‎ ‎(2)请画出实验电路图；‎ ‎(3)用笔画线代替导线，在实物图上连好实验电路．‎ ‎【解析】　(1)因为电源电动势为12 V，所以Rx两端电压的最大值约为12 V，故电压表的量程应选0～15 V．电路中电流最大值约为Im＝ A＝‎0.3 A，所以电流表的量程应选0～0‎.6 A．分别将待测电阻与电压表内阻、电流表内阻相比较可知，>，属于R≪RV的情况，所以测量电路应采用电流表外接法．滑动变阻器若选用R2，‎ 图7－2‎ 由于它的阻值比待测电阻的阻值大得多，不论采用分压式还是采用限流式接法，调节滑动变阻器改变电路中的电流或电压都不方便，所以本题中选用R1.因为R1<.若采用串联限流接法，电流(电压)调节范围比较小，不便于操作和进行数据处理，故应采用分压式接法．‎ ‎(2)实验电路图如图7－2所示．‎ ‎(3)在实验图上连线应按下列顺序，如图7－3所示，从电源正极开始，依次画线①②③，然后再依次画线④⑤⑥，最后画线⑦⑧.即按照“先串后并”的原则进行．‎ 图7－3‎ ‎【答案】　(1)0～15 V　0～0‎.6 A　R1‎ ‎(2)如图7－2所示　‎ ‎(3)如图7－3所示 二、电阻的测量 测定金属的电阻率和描绘小灯泡的伏安特性曲线这两个实验的关键是测量电阻．设计实验电路测量电阻成为高考命题的热点和重点．这类问题考查形式多样，变化无穷，但考查的原理均为欧姆定律R＝，重点都是在用各种方法寻找电压U和电流I.‎ ‎1．伏安法测电阻 ‎(1)测量电阻的原理：R＝.‎ ‎(2)电流表的内、外接法 ‎2．欧姆表测量电阻 ‎(1)测量原理Ix＝，由于Ix随Rx非线性变化，所以表盘上刻度是非均匀的．‎ ‎(2)测量步骤：选挡、调零、测量、归位．‎ ‎(3)测量结果：读出指针指示的读数后必须再乘以旋钮指示的挡位倍率．‎ ‎3．替代法测电阻 ‎(1)替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效，也可以是利用电压等效．替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻(一般给定的仪器中要有电阻箱)．‎ 图7－4‎ ‎(2)电路原理图：如图7－4所示．‎ ‎(3)测量步骤：在图中，S接2，记下电流值I，S接1，调节电阻箱R，使电流值仍为I，则待测电阻Rx＝R.‎ ‎【例】　从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1.要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据.‎ 器材代号 规格 电流表A1‎ 量程10 mA，内阻r1待测(约40 Ω)‎ 电流表A2‎ 量程500 μA，内阻r2＝750 Ω 电压表V 量程10 V，内阻r3＝10 kΩ 电阻R1‎ 阻值约100 Ω，作保护电阻用 滑动变阻器R2‎ 总阻值约50 Ω 电池E 电动势1.5 V，内阻很小 开关S 导线若干 ‎(1)画出电路图，标明利用器材的代号．‎ ‎(2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1＝________，式中各符号的意义是________________．‎ ‎【解析】　分析题意知道需测量电流表A1的电阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但经分析该电流表满偏时两端电压仅为0.4 V，远小于10 V量程．这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”．根据所列仪器的特点，电流表A2内阻已知，由此可采用两电流表并联，因为两电流表两端电压相等即可省去电压的测量，从而减小实验误差，由I1r1＝I2r2得r1＝.‎ 图7－5‎ ‎【答案】　(1)如图7－5所示 ‎(2)　式中I1、I2分别表示通过电流表A1和A2的电流；r2是电流表A2的内阻