高考物理-高中物理电学实验精品知识点总结

1 高中物理电学实验 知识梳理 一 描绘小灯泡的伏安特性曲线 伏安法测电阻 测量电阻的电阻率 考虑 1 电压表 电流表的量程的选择 2 电流表的内外接 3 滑动变阻器的分压限 流接法 用分压接法时 滑动变阻器应该选用阻值 小的 用限流接法时 滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的 4 电流表的内外接产生误差的原因 5 游标卡尺与螺旋测微器读数 游标卡尺不估读 螺旋测微器估读 1 实验原理 在纯电阻电路中 电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系 但在实际电路中 由于各 种因素的影响 U I 图像不再是一条直线 读出若干组小灯泡的电压 U 和电流 I 然后在 坐标纸上以 U 为纵轴 以 I 为横轴画出 U I 曲线 2 实验步骤 1 适当选择电流表 电压表的量程 采用电流表的外接法 按图中所示的原理电路 图连接好实验电路图 2 滑动变阻器采用分压接法 把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的 A 端 电路 经检查无误后 闭合电键 S 3 改变滑动变阻器滑动片的位置 读出几组相应的电流表 电压表的示数 I 和 U 记 2 入记录表格内 断开电键 S 4 在坐标纸上建立一个直角坐标系 纵轴表示电流 I 横轴表示电压 U 用平滑曲线 将各点连接起来 便得到伏安特性曲线 5 拆去实验线路 整理好实验器材 3 注意事项 1 因本实验要作出 I U 图线 要求测出一组包括零在内的电压 电流值 因此 变阻器要采用分压接法 2 本实验中 因被测小灯泡电阻较小 因此实验电路必须采用电流表外接法 3 电键闭合后 调节变阻器滑片的位置 使小灯泡的电压逐渐增大 可在电压表读数 每增加一个定值 如 0 5V 时 读取一次电流值 调节滑片时应注意使电压表的示数不要 超过小灯泡的额定电压 4 电键闭合前变阻器滑片移到图中的 A 端 5 坐标纸上建立坐标系 横坐标所取的分度例应该适当 尽量使测量数据画出的图线 占满坐标纸 连线一定用平滑的曲线 不能画成折线 4 误差分析 1 测量电路存在系统误差 未考虑电压表的分流 造成测得的 I 值比真实值偏大 2 描绘 I U 线时作图不准确造成的偶然误差 5 知识延伸 5 1 电流表的解法 1 内接法 如图所示 待测电阻的测量值R测 ARAR Ax AR UUUUU RRR IIII 测 测 测测 显然 x RR 测 所以 xA RRR 测 A A 测 x V 3 当 xA RR时 x RR 测 系统的相对误差很小 可以忽略不计 所以内接 法适用于测量高阻值电阻 2 外接法 如图所示 待测电阻的测量值R测 Vx VRVx UUR R R IIIRR 测测 测 测 显然有 x RR 测 所以 1 V x V V R RR R R RR R 测测 测 测 当 xV RR时 0 x V R R x RR 测 系统 的相对误差忽略 所以外接法适用于测量低阻值电阻 3 试触法选择内 外接法 具体方法是 在如图所示的电路中 改变电表的连接方式 拿电压表的一个接线柱分别接触 M N 两点 观察电压表和电流表的示数变化 如果电流 表变化明显 说明电压表内阻对电路影响较大 应采用内接法 如果电压表变化明显 说明 电流表内阻对电路影响较大 应采用外接法 5 2 滑动变阻器的限流接法和分压接法 电路 负载 L R上电压调节 范围 负载 L R上电流调 节范围 闭合开 关前触 电所处 位置 相同条件 下消耗的 总功率 限 流 接 法 0 L L L R U RR 0 L LL I RRR b 端 L I RL R0 S a b r0 P 测 x 测 V V IV IR A 4 分 压 接 法 0 L U 0 L L I R a 端 Lap II 比 较 分压电路调节范围 大 分压电路调节范围 大 都为了 保护负 载电路 限流电路 能耗小 滑动变阻器的两种电路连接都能控制调节负载的电流和电压 但在相同条件下调节效果不 同 实际应用中要根据具体情况恰当的选择限流接法和分压接法 1 通常情况下 满足安全条件 由于限流电路能耗较小 电路结构简单 因此应优先 考虑 2 在下列情况下必须采用分压接法 要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节 只有分压接法才能满足 如果实验所提供的电表量程或其它元件允许通过的最大电流很小 若采用限流接法 无论 怎样调节 电路中实际电流 或电压 都会超过电表量程或元件允许的最大电流 或电压 为了保护电表或其它元件 必须采用分压接法 伏安法测电阻实验中 当滑动变阻器的阻值远小于待测电阻时 若采用限流接法 待测电 阻上的电流 或电压 变化很小 不利于多次测量求平均值或用图像处理数据 也起不到保 护用电器的作用 应选用分压接法 6 游标卡尺与螺旋测微器读数 6 1 游标卡尺 10 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 9mm 比主尺上相邻两个 RL R0 S a b r0 P 5 刻度间距离小 0 1mm 读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数 然后用游标读出 0 1 毫米 位的数值 游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐 0 1 毫米位就读几 不能读某 其读数准确到 0 1mm 20 分度的游标卡尺 游标上相邻两个刻度间的距离为 0 95mm 比主尺上相邻两个 刻度间距离小 0 05mm 读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数 然后用游标读出毫米以 下的数值 游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐 毫米以下的读数就是几乘 0 05 毫 米 其读数准确到 0 05mm 50 分度的游标卡尺 游标上相邻 两个刻度间的距离为 0 98mm 比主尺上 相邻两个刻度间距离小 0 02mm 这种卡 尺的刻度是特殊的 游标上的刻度值 就 是毫米以下的读数 这种卡尺的读数可以准确到 0 02mm 如右图中被测圆柱体的直径为 2 250cm 要注意 游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的 所以都不再往下一位估读 6 2 螺旋测微器 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 6 5 0 20 25 15 固定刻度上的最小刻度为 0 5mm 在中线的上侧 可动刻度每旋转一圈前进 或后 退 0 5mm 在可动刻度的一周上平均刻有 50 条刻线 所以相邻两条刻线间代表 0 01mm 读数时 从固定刻度上读取整 半毫米数 然后从可动刻度上读取剩余部分 因为是 10 分 度 所以在最小刻度后应再估读一位 再把两部分读数相加 得测量值 上图中的读数应 该是 6 702mm 7 二 电压表和电流表改装 考虑 1 电流表改装并联小电阻 2 电压表改装串联大电阻 1 电流表原理和主要参数 电流表 G 是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的 且指什偏角 与电 流强度I成正比 即 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 IgRg 2 半偏法测电流表内阻 Rg 方法 合上 S1 调整 R 的阻值 使电转到满流表指针刻度 再合上开关 S2 调整 R 的阻 值 不可再改变 R 使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半 可以认为 Rg R 条 件 当 R 比 R 大很多 2 1 电流表半偏法测内阻的误差分析 用如图 1 所示的电路测电流表的内阻时 设电流表的满偏电流为 则开关 2 S 断开时 1 RR I A g 开关 2 S 闭合时 有 A A Rg RR RR R II 1 2 1 RIRI RAg 2 1 得 8 1 1 RR RR R A A 显然 A RR 即 A R 的测量值小于真实值 相对误差为 100 100 1 RR R R RR A A A A 2 1 减小误差 为使实验误差较小 必须使 A RR 1 3 电压表的改装 1 原理 ggg UI R 很小 不能直接换刻度测电压 需要串联一个如图所示的 分压电阻 2 分压电阻的计算 由串联电路的特点知 ggg UI RI R 则 11 ggg gggg UUU RRRR II RU 因为电压扩大表头量程的倍数 g U n U 所以 1 g RnR 注 相同的表头改装成的不量程的电压表串联 指针偏转角度相同 4 电流表的改装 1 原理 g I很小 不能直接换刻度测电流 需要并联一个如图所示的分流电阻 2 分流电阻的计算 由并联电路的特点知 ggg I RIIR 则 1 ggg g g I RR R I II I 因为电流扩大表头量程的倍数 g I n I 所以 1 g R R n 注 相同表头改装成量程不同的电流表并联 指针偏转角度相同 9 三 测量电源电动势和电阻 考虑 1 电压表 电流表的量程的选择 2 电流表的内接 即电压表直接测量电源的路端电压 3 滑动变阻器 电压表的选择 1 实验原理 根据闭合电路的欧姆定律 其方法有 1 如图甲所示 改变变阻器的阻值 从电流表 电压表中 读出几组 U 和 I 的值 由可得 2 为减小误差 至少测出六组 U 和 I 值 且变化范围要大些 然后在 U I 图中描点作 图 由图线纵截距和斜率找出 E 如图乙所示 2 实验步骤 1 恰当选择实验器材 照图连好实验仪器 使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触 头滑到使接入电阻值最大的一端 2 闭合开关 S 接通电路 记下此时电压表和电流表的示数 3 将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置 记下此时电压表和电流表的 示数 4 继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置 记下各位置对应的电压表和电 流表的示数 5 断开开关 S 拆除电路 6 在坐标纸上以 U 为纵轴 以 I 为横轴 作出 U I 图象 利用图象求出 E r 3 实验误差分析 10 1 偶然误差 主要来源于电压表和电流表的读数以及作 U I 图象时描点不很 准确 2 系统误差 系统误差来源于未计电压表分流 近似地将电流表的示数看作干 路电流 实际上电流表的示数比干路电流略小 如果由实验得到的数据作出图中 实线 a 所示的图象 那么考虑到电压表的分流后 得到的 U I 图象应是图中 的虚线 b 由此可见 按图所示的实验电路测出的电源电动势 电 源内电阻 说明 外电路短路时 电流表的示数 即干路电流的测量值 等于干路电流的真实值 所以图中 a b 两图线交于短路电流处 当路端电压 即电压表示数 为时 由于电流表示数小于干路电流 所以 a b 两图线出现了图中所示的差异 4 注意事项 1 电流表要与变阻器靠近 即电压表直接测量电源的路端电压 2 选用内阻适当大一些的电压表 3 两表应选择合适的量程 使测量时偏转角大些 以减小读数时的相对误差 4 尽量多测几组 U I 数据 一般不少于 6 组 且数据变化范围要大些 5 作 U I 图象时 让尽可能多的点落在直线上 不落在直线上的点均匀分布在直线两 侧 5 数据处理的方法 1 本实验中 为了减小实验误差 一般用图象法处理实验数据 即根据各次测出的 U I 值 作 U I 图象 所得图线延长线与 U 轴的交点即为电动势 E 图线斜率的值即为电源 的内阻 r 即 2 应注意当电池内阻较小时 U 的变化较小 图象中描出的点呈现如图 甲 所示状态 下面大面积空间得不到利用 所描得的点及作出的图线误差较大 为此 可使纵轴不从零开 始 如图 乙 所示 把纵坐标比例放大 可使结果误差小些 此时 图线与纵轴的交点仍 代表电源的电动势 但图线与横轴的交点不再代表短路状态 计算内阻要在直线上选取两个 相距较远的点 由它们的坐标值计算出斜率的绝对值 即为内阻 r 11 6 实验仪器的选择 本实验的系统误差来源于未计电压表的分流 为减小该误差 需要减小电压表的分流 减小 电压表分流的方法有二方面 一是选取阻值范围小的滑动变阻器 二是在满足量程要求的前 提下选取内阻较大的电压表 由于选用了阻值范围小的滑动变阻器 所以电路中电流较大 因而 还需要滑动变阻器的额定电流较大 综上所述 本实验中滑动变阻器的选择原则是 阻值范围较小而额定电流较大 电压表的选择原则是 在满足量程要求的前提下选取内阻较 大的 电流表的选择需根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定 12 四 多用表的使用 考虑 1 电路电流红表笔流入 黑表笔流出 2 机械调零 欧姆调零操作 3 刻度盘读数 4 每换一次档位 需重新调零 5 使用结束后将开关旋转至 OFF 或交流高压挡 欧姆表的改装 1 主要部件 表头 可调电阻 电源 红黑表笔等 电路如图 2 原理 由闭合电路欧姆定律得 0 g g I RRr 0 x gx I RRrR x R与I不成正比 g II 时 0 x R 3 刻度盘的特点 零刻度线在最右端 从右向左读数 刻度不均匀 前疏后密 中值电阻附近误差小 当红 黑表笔不