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第13讲电学实验一、电学测量仪器的使用与读数1.电流表、电压表、欧姆表的比较2.多用电表使用“四注意”(1)极性:从电表外部看,电流应从红表笔(“+”极)流入电表,从黑表笔(“-”极)流出电表.(2)功能:利用多用电表测电压和电流时,选择开关对应的是电表的量程;而测电阻时,选择开关对应的是倍率.(3)调零:测量电阻时,要进行两次调零:机械调零和欧姆调零.“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置,调整的是表盘下边中间的定位螺丝;“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整的是欧姆调零旋钮.(4)保护:测电阻时,应把被测电阻从电路中拆下测量;多用电表长期不用时,必须取出表内的电池.二、电流表内外接法的比较与选择三、滑动变阻器接法的选择四、实物连线注意事项1.画线连接各元件,一般先从电源正极开始,按照电路原理图依次到开关,再到滑动变阻器,按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来;其次将要并联的元件再并联到电路中去.2.连线时要使导线接在接线柱上,两条导线不能交叉.3.要注意电表的量程和正负接线柱,要使电流从电表的正接线柱流入,从负接线柱流出.[例1]如图甲为多用电表的示意图,现用它测量一个阻值约为20Ω的电阻,测量步骤如下:热点1多用电表的使用及读数(1)调节________,使电表指针对准________的“0”刻线(选填“电阻”或“电流”).(2)将选择开关旋转到“Ω”挡的________位置(选填“×1”“×10”“×100”或“×1k”).(3)将红、黑表笔分别插入“+”“-”插孔,并将两表笔短接,调节________,使电表指针对准________(选填“电阻”或“电流”)的“0”刻线.(4)将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接触,若电表读数如图乙所示,该电阻的阻值为________Ω.(5)测量完毕,将选择开关旋转到“OFF”位置.[解析](1)将选择开关拨到欧姆挡前,先进行机械调零.方法是调节定位螺丝,使电表指针指在电流为零的刻线位置.(2)用多用电表测20Ω的电阻时,要把选择开关旋转到“Ω”挡“×1”的位置.(3)将红、黑表笔短接,进行欧姆调零.调节欧姆调零旋钮,使指针指在“Ω”挡的零刻线上.(4)由乙图读出该电阻的阻值为19Ω.[答案](1)定位螺丝电流(2)×1(3)调零旋钮电阻(4)19【借题发挥】多用电表使用“五步”法(1)选倍率,一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率,如估计值为200Ω就应该选×10的倍率.(2)进行欧姆调零.(3)将红、黑表笔接在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)测量结束后,将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡.特别注意:用欧姆挡测电阻时,如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大),应该适当增大倍率重新调零后再测量;如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小),应该适当减小倍率重新调零后再测量.[例2](2014年西安高三联考)牛小曼同学对纽扣锂电池的特性进行了实验探究,该电池的内阻约为1kΩ,电动势标称值为3V.为了测定其电动势和内阻,除待测电池外,还备有如下器材:A.电压表V1:量程为3V、内阻约为100kΩB.电压表V2:量程为4V、内阻约为10MΩC.电流表A1:量程为3A、内阻约为8ΩD.电流表A2:量程为0.6A、内阻约为50ΩE.定值电阻R1:1kΩF.定值电阻R2:30kΩG.滑动变阻器:0~5kΩH.开关、导线若干热点2实验器材的选取和电路的设计(1)为了较准确测量,电表应选用________、________;定值电阻选用________;(填器材前的编号)(2)请在虚线框内画出实验电路.[解析](1)因为纽扣锂电池短路电流I0=3mA,两个电流表量程太大,电压表V1测R1的最大电流恰好为3mA.所以电表采用电压表A和B;定值电阻R2的阻值太大,与两电表不匹配,所以定值电阻采用E;(2)量程大的电压表V2测路端电压,电压表V1接在滑动变阻器两端(电压表V1接在定值电阻两端也可),电路如图所示.[答案](1)ABE(2)图见解析(其他实验电路合理也可)【借题发挥】选择实验仪器的三大原则(1)安全性原则: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允许通过的最大电流等.(2)精确性原则: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,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好.(3)方便性原则:在不违反前两个原则的前提下,尽量使测量电路简单好接,测量中的调节控制操作方便.①用分压式接法时,滑动变阻器应该选用阻值较小的,而额定电流较大的.②用限流式接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的,额定电流应大于被测电阻的额定电流.[例3]在“测定金属的电阻率”实验中,所用测量仪器均已校准.待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,其中某一次测量结果如图所示,其读数应为________mm(该值接近多次测量的平均值).热点3实物连接、数据处理及误差分析(2)用伏安法测金属丝的电阻Rx.实验所用器材为:电池组(电动势3V,内阻约1Ω)、电流表(内阻约0.1Ω)、电压表(内阻约3kΩ)、滑动变阻器R(0~20Ω,额定电流2A)、开关、导线若干.某小组同学利用以上器材正确连接好电路,进行实验测量,记录数据如下:由以上实验数据可知,他们测量Rx采用的是______(选填“甲”或“乙”)图.(3)图丙是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线,滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端.请根据(2)所选的电路图,补充完成图丙中实物间的连线,并使闭合开关的瞬间,电压表或电流表不至于被烧坏.(4)这个小组的同学在坐标纸上建立了U、I坐标系,如图丁所示,图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点.请在图丁中标出第2、4、6次测量数据的坐标点,并描绘出UI图线.由图线得到金属丝的阻值Rx=________Ω(保留两位有效数字).(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号).A.1×10-2Ω·mB.1×10-3Ω·mC.1×10-6Ω·mD.1×10-8Ω·m(6)任何实验测量都存在误差.本实验所用测量仪器均已校准,下列关于误差的说法中正确的选项是______(有多个正确选项).A.用螺旋测微器测量金属丝的直径时,由于读数引起的误差属于系统误差B.由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C.若将电流表和电压表的内阻计算在内,可以消除由测量仪表引起的系统误差D.用UI图象处理数据求金属丝的电阻可以减小偶然误差[解析](1)螺旋测微器读数为39.6×0.01mm=0.396mm.(2)从表格数据可以估计出被测金属丝阻值大约是5Ω.因为滑动变阻器最大电阻为20Ω,电源电动势为3V,若采用限流式接法,被测金属丝获得的最小电压为320+5×5V=0.6V,但表格第一组数据电压只有0.10V.可见,在实验中,滑动变阻器不是限流式接法,所以选甲.(3)分压式接法中滑动变阻器的三个接线端都要接入电路,其中两个固定端与电源相连.(4)求出UI图线的斜率,即表示Rx的电阻值.(5)根据公式R=ρLS,电阻率ρ=RSL,代入数据即可求出电阻率ρ.(6)偶然误差是随机产生的,是不可预计的;系统误差是由一些固有的因素(如测量方法的缺陷)产生的,理论上说系统误差总是可以通过一定的手段来消除.因此,读数造成的误差属于偶然误差,A错误;电表的内阻造成的误差属于系统误差,是可以消除的,所以B错误,C正确.用UI图象处理数据,所作的图线对测量数据起到取平均值的作用,从而减小偶然误差的影响,D正确.[答案](1)0.395~0.399均可(2)甲(3)如图(4)如图4.3~4.7均可(5)C(6)CD【借题发挥】1.测定金属的电阻率的数据处理(1)测量多组电流、电压值,求出对应的电阻后取平均值,不能对电流、电压取平均值.(2)用图象法求电阻,即作出UI图象,由图线的斜率求出电阻值.在设定标度时要尽量使各点间的距离拉大一些,连线时要让各点均匀分布在直线的两侧,个别明显偏离较远的点可以不予考虑.2.测定金属的电阻率的误差分析(1)金属丝的直径测量是产生误差的主要来源之一.(2)采用伏安法测电阻时,电表的内阻会带来系统误差.(3)在测量长度、电流、电压过程中,测量工具读数时会带来偶然误差.(4)金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差.热点4创新设计实验探究[例4]图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小,并判定其方向.所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E为直流电源;R为电阻箱;为电流表;S为开关.此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线.(1)在图中画线连接成实验电路图.(2)完成下列主要实验步骤中的填空:①按图接线.②保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态;然后用天平称出细沙质量m1.③闭合开关S,调节R的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D________________;然后读出________,并用天平称出________.④用米尺测量____________________.(3)用测得的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B=________.(4)判定磁感应强度方向的方法是:若________,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面向里.[解析](1)根据实验目的和电磁天平的原理,将电源、开关、电阻箱、电流表及U形金属框串联起来,连接成电路图,如图所示.(2)设金属框质量为M,托盘质量为m0,第一次操作中未接通电源时由平衡条件得Mg=(m0+m1)g,第二次接通电源后,加入适量细沙(质量为m2)使D重新处于平衡状态,然后读出电流表的示数I,并测量出金属框底部的长度l.(3)若金属框受到的安培力竖直向下,由平衡条件有BIl+Mg=(m0+m2)g,两式联立解得B=m2-m1gIl;若金属框受到的安培力竖直向上,则B=m1-m2gIl,综上可知B=|m2-m1|Ilg.(4)若m2m1,则由左手定则可知磁感应强度方向垂直纸面向外,反之,磁感应强度方向垂直纸面向里.[答案](1)图见解析(2)③重新处于平衡状态电流表的示数I此时细沙的质量m2④D的底边长度l(3)|m2-m1|gIl(4)m2m1【借题发挥】(1)解决设计型实验问题的关键是确定实验原理,然后确定应当测量哪些物理量,如何安排实验步骤,如何处理数据等.电学设计型实验常用的方法有:①转换法:将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再反求待测物理量的量值,这种方法叫转换测量法(简称转换法).如在测量金属电阻率的实验中,虽然无法直接测量电阻率,但通过测金属丝的长度和直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,然后再计算出它的电阻率.②替代法:用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到替代前的状态,则被测量等于标准量.③控制变量法:研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中一个或几个物理量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结.如探究电阻的决定因素实验.(2)在解决设计型实验时,要注意条件的充分利用,如对于给定确切阻值的电压表和电流表,电压表可当作电流表使用,电流表也可当作电压表使用,利用这一特点,可以拓展伏安法测电阻的方法,如伏伏法,安安法等.
本文标题:高考物理二轮专题复习第部分专题知识攻略电学实验课件新人教
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