高中物理电学实验专题

1/10日照实验高中2014级高二物理导学案电学实验专题编写：张念民一、电学实验中所用到的基本知识在电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）、测电源的电动势与内电阻是考查频率最高的实验。它们用到的基本原理公式为：和。对于电路中电压U及电流I的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。1．电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路有一定的灵活性，但解决时应掌握和遵循最基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。⑴正确性：实验所依据的原理应当符合物理学的基本规律。⑵安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。⑶方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。⑷精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。2．电学实验仪器的选择：⑴根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测、读误差。⑵根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压可能有很大变化的，一般不宜采用。⑶应根据实验的基本要求来选择仪器，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。3．电流表内外接法的选取—测量电路的选择（1）原理：（2）电流表外接法电路图：误差分析：产生误差的原因：适用于测量：（3）电流表内接法电路图：误差分析：产生误差的原因：适用于测量：（4）内、外接法的判断方法：①②在VR、AR均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将a端与b、c接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。4．滑动变阻器接法的选取—控制电路的选择为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：abc甲乙2/10如图（甲）为滑动变阻器的限流式接法，它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大调节范围是：（不计电源内阻）。如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：（不计电源内阻）。选取滑动变阻器接法的原则：①要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。②负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因限流电路结构简单，总功率较小。例1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻Rx（约100Ω）；直流电流表（量程0~10mA、内阻50Ω）；直流电压表（量程0~3V、内阻5kΩ）；直流电源（输出电压4V、内阻不计）；滑动变阻器（0~15Ω、允许最大电流1A）；开关1个，导线若干。根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【总结】5．电表的改装：①电流计G的原理和主要参数电流计G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用产生偏转的原理制成的，且指针偏角θ与电流强度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均匀的。电流表的主要参数有：表头内阻Rg：即电流表线圈的电阻满偏电流Ig：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压U：即指针满偏时，加在表头两端的电压，故Ug＝Ig•Rg②电流表改装成电压表改装的目的是：测量更大的电压方法：③电流表改装成电流表改装的目的是：测量更大的电流方法：说明：改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。3/10例2：一灵敏电流计，允许通过的最大电流（满刻度电流）为Ig=50μA，表头电阻Rg=1kΩ，1）若改装成量程为Im=1mA的电流表，应如何改装？2）若将改装后的电流表再改装成量程为Um=10V的电压表，应如何改装？例3：一伏特计由电流表G与电阻R串联而成，如图所示。若在使用中发现此伏特计的读数总比准确值稍小一些，采用下列哪种措施可能加以改进？（）A、在R上串联一比R小得多的电阻；B、在R上串联一比R大得多的电阻；C、在R上并联一比R小得多的电阻；D、在R上并联一比R大得多的电阻；例4：如图所示，四个相同的电流表分别改装成两个安培表和两个伏特表。安培表A1的量程大于A2的量程，伏特表V1的量程大于V2的量程，把它们按图接入电路，则安培表A1的读数安培表A2的读数；安培表A1的偏转角安培表A2的偏转角；伏特表V1的读数伏特表V2的读数；伏特表V1的偏转角伏特表V2的偏转角；（填“大于”，“小于”或“等于”）例5：一多量程电压表内部电路如图所示.其中电流计G的内阻Rg=15Ω，满偏电流Ig=1mA，则R1=，R2=.6．实物图的连接：⑴注意事项：①接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。②导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。⑵基本方法：①先画出电路图。②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。③画线连接各元件。单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。二、多用电表的原理和使用1．欧姆表原理与使用欧姆表是由改装而成，它内部主要有、、。欧姆表内部电路如图所示，G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的表头。①红黑表笔短接，即红黑表笔间电阻等于零时，调节R使电流表恰好指针满偏（指针指在右端），将此时指针所指的刻度线标为Ω，由闭合电路的欧姆定律知Ig=。②保持R不变，在红、黑表笔间接一电阻Ｒ时，使电流表指针恰好指到满偏的一半，即2Ig处，则此时Ｒ＝，此处电阻刻度为称为中值电阻。③当红、黑表笔间断开时，电路不闭合，电流表指针指在电流刻度上，表示此时红黑表笔间的电阻为。④由闭合电路欧姆定律__________________________知，每一个电流值都对应一电阻值R，将电流刻度换成电阻标度，即将电流表改装成表，就可直接测电阻了。4/10欧姆表测量电阻的使用方法：①选择适当挡位，使指针在中值电阻附近．②将两表笔短接，调节R，使指针满偏．③将待测电阻接在两表笔之间，读出示数并乘以倍率，即为被测电阻阻值．④若换挡要重新调零．⑤测完后将选择开关拨到交流电压最高挡或“OFF”挡上特别提醒：欧姆表的表盘刻度不均匀，而电压表和电流表表盘刻度是均匀的．使用多用电表前，应检查指针是否停在刻度线左端的“0”位置．如果没有停在“0”位置，要用螺丝刀轻轻转动机械调零旋钮，使指针指零，再将红、黑测试表笔分别插入“＋”“－”插孔．测量前务必保证待测电阻从原电路中断开。2．多用电表测量直流电压实验步骤：①功能选择开关旋转到直流电压挡．②根据待测电压的估计值选择量程．如果难以估测待测电压值，应按照由大到小的顺序，先将选择开关旋转到最大量程上试测，然后根据测量出的数值，重新确定适当的量程进行测量．③测量时，用红黑测试表笔使多用电表跟小灯泡L并联，注意使电流从“＋”插孔流入多用电表，从“－”插孔流出多用电表，检查无误后再闭合开关S.④根据挡位所指的量程以及指针所指的刻度值，读出电压表的示数．3．多用电表测量直流电流仿照电压的测量步骤进行测量．注意不同的是：4．判断二极管的正负极①二极管具有单向导电性，加正向电压时电阻很小，加反向电压时，电阻值很大．②将多用电表打到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红笔表接“负”极时，电阻示数较小，由此可以断出二极管的极性．特别注意：（1）用多用电表测量电压、电流、电阻前是否都要“调零”？方法是否相同？答案：都需要调零，方法不同，测量电压或电流时先把功能选择开关旋转到电压挡或电流挡，再调整表盘上的“指针定位螺丝”使指针指在零刻度；测量电阻时先机械调零再把选择开关旋转到电阻挡，把两表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指在零刻度，改变不同倍率的欧姆挡后必须重新调零．（2）用多用电表测黑箱时，一定要先用电压挡判断其内有无电源，确定无电源后才能使用欧姆挡测量．（3）用多用电表测电流和电压时，要先选择量程再进行测量，且不要把量程当成倍率．例6．如图所示为一可供使用的多用电表，S为选择开关，Q为电阻挡调零旋钮．现在要用它检测两个电阻的阻值(图中未画电阻)．已知阻值分别为R1＝60Ω，R2＝470kΩ，下面提出了在测量过程中一系列可能的操作，请你选出能尽可能准确地测定各阻值和符合多用电表安全使用规则的各项操作，并且将它们按合理顺序填写在后面的横线上．A．旋动S使其尖端对准电阻挡×1kB．旋动S使其尖端对准电阻挡×100C．旋动S使其尖端对准电阻挡×10D．旋动S使其尖端对准电阻挡×1E．旋动S使其尖端对准1000F．将两表笔分别接到R1的两端，读出R1的阻值，随后即断开G．将两表笔分别接到R2的两端，读出R2的阻值，随后即断开H．两表笔短接，调节Q使表针对准电阻挡刻度盘上的0，随后即断开所选操作及其顺序为(用字母代号填写)：________.(操作：步骤可以重复选用)5/10例7．(2009·黄冈模拟)实验室新进了一批电阻，课外活动小组的同学用多用电表粗测电阻的阻值，操作过程分以下几个步骤,请你完成操作步骤中第④⑤两步．①将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”“－”插孔；选择开关旋至电阻挡“×10”；②将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮使欧姆表指针指零；③把红、黑表笔分别与电阻的两端相接，此时多用电表的示数如图所示；④__________________________________________________________________________；⑤__________________________________________________________________________；⑥把红、黑表笔分别与电阻的两端相接，读出多用电表示数；⑦将选择开关旋至OFF挡，取出红、黑表笔．例8．在右图所示电路的三根导线中，有一根是断的，电源，电阻R1、R2及另外两根导线都是好的，为了查出断导线，某学生想先将多用电表的红表笔直接接在电源的正极a，再将黑表笔分别连接在电阻器R1的b端和R2的c端，并观察多用电表指针示数，在下列选挡中符合操作规程的是()A．直流10V挡B．直流0.5A挡C．直流2.5V挡D．欧姆挡三、电阻测量类实验1．欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的精确测量提供一个参考依据。2．伏安法