高二物理电学实验规律总结人教实验版知识精讲

高二物理电学实验规律总结人教实验版知识精讲

高二物理电学实验规律总结人教实验版 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 电学实验规律总结 ‎［学习过程］‎ 一、把电流表改装为电压表 ‎1. 原理：灵敏电流表的内阻为r g，满偏电流为Ig，则满偏电压Ug＝Igr g，若将它改装成量程为U的电压表，可串联一个阻值为R＝的电阻。‎ ‎2. 用半值法测电流表的内阻 按图连接好电路，其中R为电位器，R'为电阻箱，并应使R>>R'。合上开关S1 ，调节R的阻值，使电流表达到满刻度，再合上开关S2调节R'的阻值，使电流表指针指到满刻度的一半，记下R’的阻值，可以认为。‎ ‎3. 把电流表改装为电压表 算出电流表的满偏电压为Ug＝Igrg，如果把电流表改装成量程为2V的电压表，计算应串联的电阻值Rl。将电阻箱阻值调为R1，把电流表跟电阻箱串联起来。‎ ‎4. 校对改装的电压表 按图所示连好电路，并使变阻箱R2的滑片在分压值最小的位置。改变滑动变阻器R2的滑片位置，使标准电压表V的示数分别为0.5V、1.0V、1.5V、2.0V，并核对改装的电压表的示数是否正确。‎ 二、测电阻 ‎1. 伏安法测电阻 ‎（1）测量电阻的原理：‎ ‎（2）电流表的内外接法：‎ 接法 电流表内接法 电流表外接法 电路图 产生误差的原因 电流表内阻的分压 电压表内阻的分流 绝对误差 R＝＞RX R＝＜RX 选用原则 宜测大电阻 ＲX＞时选用 宜测小电阻 ＲX＜时选用 ‎（3）内外接法的选择：‎ ‎<1>比值法：当时，采用电流表外接法，当时，采用电流表内接法。‎ ‎<2>若Rx、RA、RV的大小关系事先没有给定，可借助试触法确定内、外接法。具体做法是：如图将电压表的左端接a点，而将右端第一次接b点，第二次接c点，观察电流表和电压表示数的变化。如果安培表的示数变化比伏特表变化明显（即 ‎），说明接b点时电压表分流作用引起的误差大于接c点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法（即电压表接c点）；如果电压表示数变化比电流表示数变化明显（即），说明接c点时电流表分压作用引起的误差大于接b点时电压表分流作用引起的误差，这时应采用外接法（即电压表接b点）。‎ 例1. 某同学用伏安法测一个未知电阻Rx的阻值，采用了如图所示的线路图，他先把伏特表接在c点，读得两表示数分别为U＝3.0伏，I＝3.0毫安，然后把伏特表改接在b点 ，读得两表示数分别为U′＝2.9伏，I′＝4.0毫安，由此可知伏特表应接到 点误差较小，测得Rx值应为 欧。‎ 解析：两次接法中两表示数变化为ΔU＝|U＇－U|＝0.1伏，I＝|I＇－I|＝1.0毫安，可见安培表示数变化（即）比伏特表示数变化（即）明显，说明由伏特表分流引起的误差比安培表分压引起的误差大，为了减小误差应采用内接法，即伏特表接c点，测得Rx＝U/I＝1000欧。‎ ‎2. 欧姆表测量电阻 ‎（1）欧姆表的构造，见图。‎ ‎（2）测量原理，由于随非线性变化，所以表盘上刻度是非均匀的。‎ ‎（3）欧姆表使用的注意事项 ‎<1>使用前应看一下指针是否指在刻度盘左端的零刻线处。如果不在，就应该进行机械调零：用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝，使指针指左端零刻线。‎ ‎<2>使用欧姆挡时，在选好倍率后，还必须进行欧姆调零。方法是：将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指右端零刻线处。因此用多用电表的欧姆挡测电阻的操作步骤是：①选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。②进行欧姆调零。③将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。④将指针示数乘以倍率，得测量值。⑤将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。‎ 用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小（即指针所指的刻度值太大），应该增大倍率重新调零后再测；如果指针偏转角度太大（即指针所指的刻度值太小），应该减小倍率重新调零后再测。‎ ‎<3>使用多用电表时，两只手只能握住表笔的绝缘棒部分，不能接触表笔上的金属部分。‎ ‎<4>合理选择量程，使指针尽量要中间位置附近（的范围内）‎ ‎<5>读数时应将表针示数乘以选择开关所指的倍数。‎ ‎<6>更换欧姆挡的量程时，一定要重新进行电阻调零，然后再测量。‎ ‎<7>测量完毕，拔出表笔，开关置于交流电压最高挡或OFF挡，若长期不用，取出电池。‎ 三、伏安法测电源的电动势和内阻 ‎①基本原理：原理如图甲所示。‎ ‎②由U＝E-Ir可知，测出几组U、I值，作出如图乙所示的U—I图象，图线在U轴上的截距为E。图线的斜率的绝对值为电阻r＝。‎ 甲 乙 ‎③用伏安法测电池的电动势和内阻的两种变形方法 Ⅰ、用电阻箱、电流表测定 ‎①实验电路如图所示 ‎②实验原理：‎ 改变电阻箱的阻值，记录R与I，应用，求出E、r。为了准确，可多测几组数据，求E与r各自的平均值。‎ Ⅱ、用电阻箱、电压表测定 ‎①实验电路如图所示 ‎②实验原理：‎ 改变电阻箱的阻值，记录R与U，应用 ‎，求出E、r。多测几组数据分别求出几组E、r的值，再利用平均法求出E、r，即为测量值。‎ 四、实物图连线方法 ‎⑴无论是分压接法还是限流接法，都应该先把测量电路（伏安法部分）接好；‎ ‎⑵对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱并选择正确的量程，滑动变阻器的滑动触头应调到阻值最大处）。‎ ‎⑶对分压电路，应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据伏安法部分电表正负接线柱的分布，将伏安法部分接入该两点间。‎ ‎⑷用画线代替导线完成电学实验中的实物连接，应该注意下列问题：‎ ‎①导线应该接在仪器的接线柱上。一些同学将一条线画在另一条线的中间表示相接，是错误的。我们也常常看到一些同学将导线连接到滑线变阻器的滑动头的绝缘柄上，而不知道滑线变阻器的滑动头的接线柱在与滑动头接触的金属杆的两端。‎ ‎②将电表接入电路时，应保证电流从电表的正接线柱流入，从电表的负接线柱流出。同时要注意电压表、电流表的量程选择是正确的。‎ ‎③测量电路的电流和电压是通过滑线变阻器调节的，因此在闭合电键开始实验之前，滑线变阻器的滑动头所处的位置应该使测量电路中的电流、电压处在最小值。‎ ‎④用画线代替导线时，所画线条尽量不要交叉。‎ ‎⑤用画线代替导线完成电学实验中的实物连接时，为了减少连线差错，可以依据实验电路图，沿着电流的方向（或其反方向），一段一段地连线，即可顺利完成。‎ 例2. 对于以下问题中的测量实验，进行实物连线 解析：进行实物连线的工作顺序可以是：‎ ‎①画好如图所示的实验电路图。‎ ‎②在电路图上标出电学仪器各接线柱的符号，如电源的正、负极，电表的正负接线柱，滑线变阻器的四个接线柱 A、B、C、D等。‎ ‎③在电路图上沿着电流的方向（或其反方向）标注导线编号。‎ ‎④在实物图上按导线编号依次完成画线连接，最后完成的连接图如图所示。‎ 五、电学实验数据的处理方法 ‎1. 平均法：‎ 将待测物理量的若干测量值相加后除以测量次数，求算术平均值的方法称为平均法。‎ ‎（1）平均法的原理：在多次测量中，由偶然因素引起的，使测量值偏大、偏小程度机会均等，故将多次测量值相加，所有偏差的代数和为零。‎ ‎（2）为减小偶然误差，一般应多次测量直接测量值。若直接测量值并非待测物理量，则应根据原理多次计算待测物理量值，并求其算术平均值。需要特别注意的是：求平均值是针对最终待测量而言，而不一定是直接测量值或中间值。‎ ‎2. 图象法 用图象表达因变量与自变量之间的函数关系的方法。‎ ‎（1）应用图象时，应适当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点合理确定坐标起点，使所作出的图象大致布满整个坐标图纸。‎ ‎（2）在中学物理实验中，为能直观地确定因变量和自变量之间的关系，一般通过直线图象来确定，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在一条直线上的点也要可能使直线通过较多的坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧（若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应予以舍去），以减小测量的偶然误差。‎ 六、仪器的选择 ‎1、根据实验原理和实验室条件选择仪器是进行正确测量的前提，一般遵循以下三原则：‎ ‎⑴可行性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程，电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。‎ ‎⑵准确性原则：根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好，对各种电表，一般要求它的实际读数不小于量程的1/2。‎ ‎⑶操作性原则：实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。‎ ‎2、对器材的选择的一般步骤是：①找出唯一性的器材；②草画电路图（暂不把电表接入）；③估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）；④考虑能否都使电表半偏以上。‎ ‎（关于滑动变阻器的选择除了考虑安全因素以外，还应针对不同的连接方式和电路中其他电阻的大小而选择不同的滑动变阻器。在分压接法中，滑动变阻器应选择电阻较小而额定电流较大的，在限流接法中，滑动变阻器的阻值应与电路中其他电阻比较接近。）‎ ‎3、在“伏安法测电阻”和“伏安法测电池电动势和内电阻”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，后者可减少误差。‎ 分析可知：①在滑动变阻器作限流作用时，为使负载RX既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流变化均匀，选择变阻器时，应使其总电阻，R0大于RX，一般在2~5倍为好。‎ ‎②在滑动变阻器作为分压作用时，一般取滑动变阻器的总电阻R0在0.1RX~0.5RX之间为好。‎ 例3. 现有一个“2.5V，0.5W”的小灯泡，要测量其当电压从零到额定电压之间的不同电压下的电功率，除导线若干外还有下列器材供选择：‎ A. 电压表（量程 0—3 伏，内阻约为 10 千欧）‎ B. 电源（电动势为 6 伏）‎ C. 电键 D. 滑动变阻器（电阻值 0—20欧，允许通过的最大电流 1 安）‎ E. 滑动变阻器（电阻值0—500欧，允许通过的最大电流0.5 安）‎ F. 电流表（量程 0—300 毫安，内阻约为 0.3 欧）‎ G. 电流表（量程 0—5 安，内阻约为 0.2 欧）‎ ‎（1）应选用的器材是什么？（2）画出此实验的电路原理图 解析：测量不同电压下小灯泡的电功率的测量原理是：P＝UI，即加在灯泡上的电压取不同的值时，同时测量加在小灯泡上的电压和流过小灯泡的电流，即可测得在该电压下的电功率，因此应该选用“伏安法”测量电路。‎ 整个测量电路的设计都要围绕被测对象进行。对于这个小灯泡，由其标称值可知，加在灯泡上的电压的最大值为 2.5 伏特，流过灯泡的电流的最大值为 200 毫安，灯泡的电阻约为 15 欧姆。因此安电表选择的原则，电压表应选 A （量程 0—3 伏，内阻约为 10 千欧），安培表应选 F （量程 0—300 毫安，内阻约为 0.3 欧）。将灯泡的电阻与电压表、安培表的内阻相比较，电压表内阻大约是灯泡电阻的 670 倍，灯泡电阻大约是安培表内阻的 50 倍，故为了减少测量误差，应该选用安培表外接。‎ 电源只有一种，是必选的。由于电源的电动势是 6 伏，测量要求加在灯泡上的电压在一定范围内调节，故必须选用滑线变阻器，且应该连接成分压器电路，以使电路参量可以调节到零。由于灯泡的电阻较小，作为分压器的滑线变阻器的全电阻不应选得过大，应该选 D （电阻值 0—20欧，允许通过的最大电流 1 安），以保证实验的可操作性。 大家可以看到流过这个滑线变阻器的电流不会超过其 1 安培的额定电流。‎ 最后设计完成的测量电路如图所示。‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1、一量程为0.6安的电流表，其刻度盘如图所示。今在此电流表的两端间并联一电阻，其阻值等于该电流表内阻的1/2，使之成为一新的电流表，则图示的刻度盘上的每一小格表示______安培。‎ ‎2. 在如图所示的四个欧姆表的表盘示意图中，可能正确的是（ ）‎ ‎3. 一万用表的欧姆挡共有挡，当用挡测某一电阻时，指针指在如图所示的位置。此电阻的阻值是_______欧。若要测量左右的电阻，量程应选__________挡读数较准确。‎ ‎4. 用螺旋测微器测量一矩形小零件的长和宽，其示数如图甲、乙所示，则图甲所示读数为____________，图乙读数为_________。‎ 甲 乙 ‎5. 螺旋测微器可动部分的旋钮作转动时，测微螺杆作__________；旋钮每转动1周，螺杆就移动（进或退）_______毫米，一般可动刻度尺的圆锥面上共分为______个小格，旋钮每转过1小格测微螺杆就是________毫米，对于可动刻度尺不足1小格的部分，应估读到________毫米。‎ ‎6. 用电流表的0～‎0.6A的量程测量某一电路中的电流时，表的指针位置如图甲所示，则从电流表读出的电流是_________A。用电压表的0～‎3A的量程测量电路中某两点间的电压时，表的指针位置如图乙所示，则从电压表读出的电压是__________V。‎ 甲 乙 ‎7. ‎ 甲、乙两同学将标有数字的固定电阻接入电路进行测量，他们所选的器材一样，但是电路图不一样，请你按他们的电路图（甲）（乙）接线，通过测量与计算，发现图_____电路测量值与理论值更接近，_________电路耗电少。‎ ‎8. 在测定金属的电阻率的实验中，如提供的电源是一节内阻可不计的干电池，被测金属丝的直径小于‎1mm，长度约为‎80cm，阻值约为。使用的电压表有3V（内阻约为）和15V（内阻约）两个量程，电流表有‎0.6A（内阻约为）和‎3A（内阻约为）两个量程。供限流用的滑动变阻器有A：B：；C：三种。可供选择的实验电路有图所示的甲、乙两种。用螺旋测微器测金属丝的直径如图所示，则 ‎（1）螺旋测微器的示数是___________mm。‎ ‎（2）为减小电阻的测量误差，应选用_____________图所示的电路。‎ ‎（3）为了测量便于调节，应选用编号为__________的滑动变阻器。‎ ‎（4）电压表的量程应选用_________V。‎ ‎（5）电流表的量程应选用_________A。‎ ‎9. 某同学做测定电池的电动势和内电阻的实验中，记录了6组数据，如下表所示，试根据这些数据在如图所示的坐标纸上画出U—I图象。根据画出的U—I图线可知，电源电动势_________，内电阻__________。‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 电流（A）‎ ‎0.12‎ ‎0.20‎ ‎0.31‎ ‎0.32‎ ‎0.50‎ ‎0.57‎ 电压（V）‎ ‎1.37‎ ‎1.32‎ ‎1.24‎ ‎1.18‎ ‎1.10‎ ‎1.05‎ ‎10 一只多用电表的欧姆挡有，现用它来测量一未知电阻，当用挡测量时，发现指针偏转角度很小，为使测量结果更准确，测量前应进行如下两项操作，先___________，接着____________，然后再测量并读数。‎ ‎11. 在测定电流表的内阻的实验中备有的器材有 A. 电流表（量程0~10mA）‎ B. 标准电压表（量程0~5V）‎ C. 电阻箱（阻值范围0~9999Ω）‎ D. 电阻箱（阻值范围0~99999Ω）‎ E. 电源（电动势2V，有内阻）‎ F. 电源（电动势6V，有内阻）‎ G. 滑动变阻器（阻值范围0～50Ω，额定电流1. ‎5A）‎ 还有若干开关和导线 ‎（1）如果采用上图所示的电路测定电流表G的内阻，并且要想得到较高的精确度，那么从以上备用的器件中，可变电阻R1应选用 ，可变电阻R2应选用 ，电源E应选用 。（用字母代号填写）（2）如果实验要进行的步骤有 A. 合上S1‎ B. 合上S2‎ C. 观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大。‎ D. 调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度。‎ E. 调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度一半。‎ F. 记下R2的阻值。把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序写在下面横线上：‎ ‎（3）如果在步骤F中所得R2的阻值为6 ，则被测电流表rg的内阻的测量值为 ‎。‎ ‎（4）电流表内阻的测量值r测与其真实值r真的大小关系是r测 r真。（填“>” “<” “＝”）‎ 试题答案 ‎1. 0.18‎ ‎2. C ‎3. ‎ ‎4. ‎ ‎5. 平动，0.5，50，0.01，0.001‎ ‎6. 0.48‎‎，2.30‎ ‎7. 乙，乙 ‎8. （1）0.806 （2）乙 （3）A （4）3 （5）0.6‎ ‎9. 图略 ‎10. 选取×1K的挡位；将两表笔相接，调节调零电阻，使表指针指到电阻刻度的“‎0”‎上。‎ ‎11.（1）D，C，F （2）CADBEF （3）6 （4）<‎