18号高速道岔应力放散作业指导书

测定电源电动势和内阻要点·疑点·考点能力·思维·方法延伸·拓展要点·疑点·考点一、把电流表改装为电压表.1.原理：将小量程的电流表(表头)，串联上很大的分压电阻，将表头上电流刻度改为表头和分压电阻串联部分两端对应总电压的刻度，就改成为电压表；将很小电阻与表头并联，将表头电流刻度改为并联部分的对应总电流，就改成为大量程的电流表.要点·疑点·考点2.用图10-5-1(a)测定电流表内阻rg方法是：先断开S2，闭合S1，调节R，使电流表满偏；然后闭合S2，调节R′，使电流表达到半满偏.图10-5-1要点·疑点·考点当R比R′大很多时，可以认为rg=R′.(当R比R′大很多时，调节R′基本上不改变电路的总电阻，可认为总电流不变，因此当电流表半偏时，通过R′的电流是满偏电流的一半，两条分路的电阻相等).实际上，S2闭合后，总电阻略有减小，总电流略有增大，当电流表半满偏时，通过R′的电流比通过电流表的电流稍大，即R′比rg稍小，因此这种测量存在系统误差，rg的测量值偏小.其中R不必读数，可以用电位器，R′需要读数，所以必须用电阻箱.要点·疑点·考点3.表头的满偏电流Ig直接从刻度盘上读出.满偏电压：Ug=Igrg再根据rg、Ug和扩大后的量程，计算出需要给电流表串联的电阻R１的值.要点·疑点·考点用图10-5-1(b)图把改装的电压表和标准电压表进行校对.校对要每0.5V校对一次，所以电压要从0开始逐渐增大，因此必须选用分压电路.图10-5-1要点·疑点·考点百分误差的计算：如果当改装电压表示数为U时，标准电压表示数为U′，则这时的百分误差为｜U-U′｜/U′.如果校对时发现改装电压表的示数总是偏大，则应该适当增大R1的阻值，然后重新校对.要点·疑点·考点二、研究闭合电路的欧姆定律1.实验目的：用可调内阻电源来验证闭合电路中内电压和外电压之和等于电源电动势，即验证闭合电路欧姆定律.要点·疑点·考点2.实验原理：利用电压表分别测出可调内阻电源的电动势，内电压及外电压，比较电动势与内外电压之间的关系，其电路如图10-5-2.图10-5-2要点·疑点·考点3.重要注意事项：(1)为了尽量准确地测量内电压U′，探针a、b应插在紧靠电极板的沟槽中，使之尽量与极板接近，但不能接触.(2)实验中用电阻箱作为电源负载，是因为可调内阻电源电动势小、内阻大，故通过电阻箱的电流不会超过额定值，而一般实验中不允许把电阻箱作为负载.要点·疑点·考点4.实验误差的来源与分析：(1)电表线性不良和读数时有视差.(2)探针C、D间距离小于极板A、B间距离，使测出的内电压小于真实值.要点·疑点·考点三、测定电源的电动势和内电阻.(1)根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir，本实验电路有两种如图甲、乙所示，图甲图乙要点·疑点·考点甲图中电压表的示数是准确的，电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的.E测＜E真，r测＜r真，为了减小这个误差，电阻R的取值应小一些，所用电压表的内阻应大一些.乙图中测量的结果是E测=E真，r测＞r真，误差来自电流表，应选用内阻较小的电流表.要点·疑点·考点为了减小偶然误差，要多做几次实验，多取几组数据，然后利用U-I图像处理实验数据：将点描好后，用直尺画一条线，使尽量多的点在这条直线上，而且在直线两侧的点数大致相等，如图10-5-4所示.这条直线代表的U?I关系的误差是很小的.它在U轴上的截距就是电动势E，它的斜率的绝对值就是内阻r.(注意有时纵坐标的起始点不是0，求斜率的一般式应该是r=｜△U/△I｜).要点·疑点·考点四、练习使用示波器1.实验目的：练习使用示波器，掌握其使用方法.2.实验原理：示波器是一种用途广泛的电子仪器，它能将不可见的电讯号变为看得见的光讯号在荧光屏上显示出来，以便观察分析，用它可以直接观察交流电压波形并测量其大小，凡是可以转化为电压的物理量(如电流、电阻、功率、温度、位移、速度、压强、加速度、光强、磁场、频率等)都可以用示波器进行直接或间接测量.要点·疑点·考点3.注意事项：(1)开、关机前亮度都要调到最小状态.(2)静止的亮斑时间不宜过长.(3)输入电压不宜过大，最大衰减状态下也不能大于400V.(4)尽量闭免频繁的开、关机.(5)机壳接地.要点·疑点·考点五、传感器的简单应用1.实验目的：了解传感器的简单应用及其原理.2.实验原理：传感器是通过对某一物理量敏感的元件(如光敏电阻、热敏电阻等)将感受到的信号(如力、热、光、声信号)转换成便于测量的量(一般是电学量)，从而直接反应出变化.要点·疑点·考点3.重要注意事项：(1)在做热敏实验时，加开水后要等一会再测其阻值，以使电阻温度与水温相同，并同时读出水温.(2)可用图像描出电阻随温度的变化图线来分析其规律.(3)光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少.(4)光电计数器是比较精密的仪器，使用过程中应轻拿轻放，严格按操作要求进行.能力·思维·方法【例1】如图10-5-5是将改装成的电压表和标准表校核的电路图，则：能力·思维·方法(1)电路中滑动变阻器R起什么作用?(2)在校核中，测得标准表的读数为6V，而改装表的读数却为5.9V，那么改装的电压表相对于满刻度的百分误差为多少?能力·思维·方法【解析】(1)变阻器R起分压作用，能达到在对不同的电压进行校准的目的.(2)改装表相对于满刻度的百分误差为:｜U标-U｜/U标×100%=｜6-5.9｜/6×100%=1.67%能力·思维·方法【例3】如图10-5-8为示波器面板，图10-5-9为一信号源.图10-5-8图10-5-9能力·思维·方法(1)若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形，应将信号源的a端与示波器面板上的y输入接线柱相连，b端与地接线柱相连.(2)若示波器所显示的输入波形如图10-5-10所示，要将波形上移，应调节面板上的)↑↓(或旋钮6)旋钮；要使此波形横向展宽，应调节x增益旋钮；要使屏上能够显示三个完整的波形，应调节扫描范围和微调旋钮.能力·思维·方法图10-5-10能力·思维·方法【解析】(1)示波器内部配有x扫描信号，其扫描频率的高低由扫描范围旋钮和微调旋钮共同调节，要测试其他信号，只要将其加在y输入即可，同时信号的接地端和示波器的“地”相接，故应依次填：y输入，地.(2)波形的上下移动靠调节“↑↓”旋钮来实现，左右移动靠调节“”来完成；横向展宽要靠x增益来完成；屏上显示完整波形数的多少要用扫描范围和微调完成，所以依次应填：↑↓(或旋钮6)，x增益，扫描范围和微调.能力·思维·方法【解题回顾】示波器是一种常用的观察和测量仪器，其板面各旋钮的作用和使用方法必须熟记.在旧教材中，示波器的使用要求不高，而新教材和考纲中对其要求较高，将其使用专门作为一个学生实验，2003江苏高考卷中就有这一实验。所以必须对其各旋钮的作用熟练掌握.能力·思维·方法【例4】某同学为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图10-5-11所示.能力·思维·方法测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；然后在其受压面上放一物体.即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，开关及导线若干，待测物体(可置于力电转换器的受压面上).能力·思维·方法请完成对该物体质量的测量.(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图.(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.(3)请设想实验中可能会出现的一个问题.能力·思维·方法【解析】与其他测量仪器一样，力电转换器在使用前要“调0”，这个“调0”工作就是当受压面上不放物体时，通过对输入电路的输入电压的调节，从而使输出电压为“0”.为了使输入电路的电压调节范围尽可能大些，所以必须用滑动变阻器组成分压电路.然后根据题目所提供的“被测物体质量与输出电压成正比”的信息，先在受压面上放一质量已知为m0的砝码，测出输出电压U0，再将被测物体放在受压面上，测出输出电压，可建立方程组求解待测物体的质量.能力·思维·方法(1)设计的电路如图10-5-12.能力·思维·方法(2)测量步骤与结果：①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为0；②将砝码放在转换器上，记下输出电压U0；③将待测物放在转换器上，记下输出电压U１.由U0=km0g，得k=U0/(m0g),测得U=kmg,所以m=(U/U0)m0(3)①因电源电压不够而使输出电压调不到0位置.②待测物体质量超出转换器量程.能力·思维·方法【解题回顾】在信息技术、计算机广泛发展的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥越来越重要的作用.传感器是将所感受的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电字量)的一类元件，其中的关键部分是对某一物理量敏感的元件，它将感受到的信号转换成便于利用的信号.例如用光敏电阻制成光电传感器；用热敏光阻制成热电传感器；本题就是力电传感器.延伸·拓展【例5】测电压表内阻.提供的器材有：A.待测电压表(量程3V，内阻约3k)，B.电阻箱Ra(0.1A，0～9999.9)，C.变阻器Rb(0.2A，0～1000)，D.电源(电动势E约5V，内阻不计)E.开关F.导线若干.(1)选用这些器材设计一个易于操作的测量电路，要求画出电路图并标明所用器材的代号.(2)列出实验步骤，并写出计算电压表内阻的最后公式.延伸·拓展【解析】测量电路如图10-5-13时，调节电阻箱阻值为R1，记下电压表示数U1；调节电阻箱阻值为R2，记下电压表示数U2，延伸·拓展则有:E=，①E=,②由①、②解得:.若采用先满偏、后半偏，即U1=3V,U2=U1/2=1.5V,则有:RV=R2-2R1.111RRUUV222RRUUV122211UURURURV延伸·拓展电路还可以是图10-5-14和图10-5-15.图10-5-14图10-5-15延伸·拓展图10-5-14中当分压器输出电压控制在E/5以下时，可以认为变阻器PA部分电阻远小于RV+Ra，这时视分压器输出电压一定.图10-5-15中，将变阻器Rb作为阻值为1000Ω固定电阻使用，这样图10-5-14和图10-5-15的实验原理与图10-5-10完全相同.如果令电压表与电阻箱并联接入电路，如图10-5-16，不难分析，此时无法测量RV.【答案】(1)测量电路如图10-5-13.延伸·拓展(2)步骤：①调节电阻箱阻值，使电压表满偏，记下此时电阻箱的阻值R1;②调节电阻箱阻值，使电压表半偏，记下此时电阻箱的阻值R2，则电压表内阻为:RV=R2-2R1.延伸·拓展【解题回顾】高考实验命题已突破教材分组实验的框框，命题向探索性、设计性实验方向改革，对考生提出了新的更高的要求，因此，必须加强实验设计能力的培养.当然，设计性实验，考查的基本实验技能与课本分组实验要求应该说是一致的，所以要注意课本实验方法、能力的积累、迁移和应用.