高三物理 电学电路实验内容归纳

用心 爱心 专心1 电学电路实验内容归纳 高三 电学电路实验内容归纳 高三 电学实验包括范围很广 包括测电阻 测功率 测电阻率 描绘伏安特性曲线 测电动 势和内电阻 万用表的使用等等 一直是高考的重点内容 近年来的高考实验部分更是基本 实验变化考 基本方法变化考 充分体现了新课改高考是考查学生能力 但是 万变不离其 中 最基本的还是电路的伏安法测电阻 这里就伏安法的问题 进行归纳 一 电流表内 外接法的选择一 电流表内 外接法的选择 由于电流表和电压表内阻的影响 不管采用电流表 内接法还是外接法都将引起误差 在安培内接法中 电 流表测量值 I 是 Rx的电流 而电压表测量值 U 是 Rx和 电流表串联后的电压 根据 R U I 可知 测量值比真实 值偏大 安培外接法中 电压表测量值 U 是 Rx的电压 电流表测量值 I 是 Rx和电压表并联后的电流 而根据 R U I 可知 测量值比真实值偏小 比如教材中常提到的几个实验 测定金属丝的电阻 率实验应该用外接法 因为电阻丝的电阻一般都比较小 描绘小灯泡的伏安特性曲线实验也应该用外接法 因为 小灯泡的电阻一般也都比较小 而测定电源电动势和内 电阻的实验应该选择内接法 因为变阻器本身就是变化 的 并不要求又准确数值 表面上看是测变阻器的电阻 实际上是测电源 可谓 醉翁之意不在酒 假如采用了外界 则测出的 r 是电源内电阻和电 流表内阻之和 为了减小误差 实验中应根据不同的实验选取不同的接法 具体分两种选择方法 选择方法 1 当 Rx的内阻比较小时 一般采用外接法 而 Rx的内阻比较大时 应采用 内接法 如遇到待测电阻值既不是很大又不是很小时 可用临界电阻方法粗略判定 先算出 临界电阻 VAR RR 0 推导略 仅使用于 RA R0可采用内接法 若 Rx R0可采用外接法 选择方法 2 当 RA RV均不知的情况时 可用试触法判定 通过改变电表的连接方式 看电流表 电压表的变化大小 确定正确的接法 若电流 表示数变化大 说明电压表的分流作用较大 为了减小误 差 应采用电流表内接法 若电压表示数变化大 说明电 流表的分压作用较大 为了减小误差 应采用电流表外接 法 例例 1 1 如右图所示 某同学用伏安法测一个未知电阻 的阻值 他先将电压表接在 a 点 读得两表示数分别为 U1 3 0V I1 3 0mA 然后将电压表改接在 b 点 读得两 表示数分别为 U2 2 9V I2 4 0mA 由此可知电压表应接到 点误差较小 测得 Rx值 应为 解析 两种接法中两表示数变化分别为 VUUU1 09 20 3 21 用心 爱心 专心2 mAIII0 10 40 3 21 此时有人得出错误结论 电流变化大 正确方法应该 是看 30 1 3 1 0 U U 3 1 3 0 1 I I 可见电流表示数的变化与电压表接 a 时电流之比为 30 1 而电压表示数变化与电压表接 a 时电流之比为 3 1 电流表示数变化较电压表示数变化 明显 说明电压表的分流作用较大 为了减小误差 应采用电流表内接法 即电压表接 a 点 此时 1000 100 3 0 3 3 1 1 0 I U R 二 滑动变阻器分压 限流法的选择二 滑动变阻器分压 限流法的选择 1 1 限流接法 限流接法 右图电路中变阻器起限流作用 负载 Rx的电压调节 范围为 RR ER x x E 在合上电键前一定要使变阻器所使用 的阻值最大 因此在闭合电键前一定要检查滑动触头 P 是 否在正确的一端 图中应为 b 端 2 2 分压接法 分压接法 右图电路中变阻器起分压作用 滑片自 a 端向 b 端滑动时 负载 Rx上电压的调节范围为 0 E 显然 滑动变阻器在分压使 用时 调节负载上的电压范围比限流法使用时调节范围大 在 合上电键前一定要使变阻器的滑动触头 P 滑到 a 端 以使负载 的电压和电流最小 均为零 3 3 选择方法 选择方法 通常情况下 变阻器尽可能选用限流式接法 因为这种接法消耗的电能较小 但在一下三种情况下 必须选择分压器连接方式 1 量程不够 若采用限流电路时 电表的量程不够或电路中的最小电流仍超过用电 器的额定电流时 必须选用分压电路 2 变阻器阻值太小 当用电器电阻远大于滑动变阻器全值电阻 且实验要求的电压 变化范围较大 或要求测量多组实验数据 时 必须选用分压电路 3 要求从零开始变化 实验要求回路中某部分电路的电压从零开始可连续变化 必 须选用分压电路 比如教材中常提到的几个实验 测定金属丝的电阻率实验和测定电源电动势和内电阻的 实验 在没有特殊要求的情况下 而选用限流式接法就可以满足正常的实验要求 描绘小灯 泡的伏安特性曲线实验 一般都要求从零开始变化或相对连续的电压和电流值 所以通常选 用分压器接法 例例 2 2 08 年高考山东卷理综 12 分 2007 年诺贝 尔物理学奖授予了两位发现 巨磁电阻 效应的物理 学家 材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁 阻效应 利用这种效应可以测量磁感应强度 若图 l 为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强 度特性曲线 其中 RB R0分别表示有 无磁场时磁敏电 用心 爱心 专心3 阻的阻值 为了测量磁感应强度 B 需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值 RB 请按要求完 成下列实验 1 设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路 在图 2 的虚线框内画出实验电路 原理图 磁敏电阻及所处磁场已给出 待测磁场磁感应强度大小约为 0 6 1 0T 不考虑磁场 对电路其它部分的影响 要求误差较小 提供的器材如下 A 磁敏电阻 无磁场时阻值 Ro 150 B 滑动变阻器 R 全电阻约 20 C 电流表 量程 2 5mA 内阻约 30 D 电压表 量程 3V 内阻约 3k E 直流电源 E 电动势 3V 内阻不计 F 开关 S 导线若干 2 正确接线后 将磁敏电阻置入待测磁场中 测量数据如下表 根据上表可求出磁敏电阻的测量值 RB 结合图 1 可知待测磁场的磁感应强度 B T 3 试结合图 1 简要回答 磁感应强度 B 在 0 0 2T 和 0 4 1 0T 范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同 4 某同学查阅相关资料时看到了图 3 所示的磁敏电阻 在一定温度下的电阻一磁感应强度特性曲线 关于纵轴对称 由图线可以得到什么结论 答案 1 如右图所示 2 1500 0 90 3 在 0 0 2T 范围内 磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化 或不均匀变化 在 0 4 1 0T 范围内 磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化 或均匀变化 4 磁场反向 磁敏电阻的阻值不变 三 实验器材的选择三 实验器材的选择 仪器的选择首先应考虑安全因素 其次是误差因素 各电表 安全因素应考虑读数不能超过量程 误差因素一般应要求各电表的实际读数不 小于量程的 3 1 滑动变阻器 除了应考虑其电流不能超过其最大允许电流 其它电阻类元件相同 的外 在分压接法中 一般选择阻值较小而额定电流较大的变阻器 在限流接法中 变阻器的阻值 应与电路中其它电阻的阻值比较接近 例例 3 3 07 年高考山东卷理综 11 分 检测一个标称 值为 5 的滑动变阻器 可供使用的器材如下 A 待测滑动变阻器 x R 全电阻约 5 电阻丝绕制 紧密 匝数清晰可数 用心 爱心 专心4 B 电流表 1 A 量程 0 6 A 内阻约 0 6 C 电流表 2 A 量程 3 A 内阻约 0 12 D 电流表 1 V 量程 15 V 内阻约 15 k E 电压表 2 V 量程 3 V 内阻约 3 k F 滑动变阻器 R 全电阻约 20 G 直流电源 E 电动势 3 V 内阻不计 H 游标卡尺 I 毫米刻度尺 J 电键 S 导线若干 1 用伏安法测定 x R的全电阻值 所选电流表为 填 1 A 或 2 A 所 选电压表为 填 1 V 或 2 V 2 画出测量电路的原理图 并根据所画原理图将图中实物连接成测量电路 3 为了进一步测量待测滑动变 阻器电阻丝的电阻率 需要测量电阻丝 的直径和总长度 在不破坏变阻器的前 提下 请设计一个实验方案 写出所需 器材及操作步骤 并给出直径和总长度 的表达式 解析解析 实验时尽可能使测量数 据准确 所以尽可能使指针偏转在三分 之一以上 所以电压表选择 2 V 电流 表选择 1 A 答案 答案 1 A 2 V 例例 4 4 07 年高考江苏物理卷 9 分 要描绘某电 学元件 最大电流不超过 6 mA 最大电压不超过 7 V 的伏安特性曲线 设计电路如图 图中定值电阻 R 为 1 k 用于限流 电流表量程为 10 m 内阻 约为 5 电压表 未画出 量程为 10 内阻约 为 10 k 电源电动势 E 为 12 内阻不计 实验时有两个滑动变阻器可供选择 a 阻值 0 到 200 额定电流 0 3 A b 阻值 到 20 额定电流 0 5 A 本实验应选的滑动变阻器是 填 a 或 b 正确接线后 测得数据如下表 12345678910 U V 003 006 006 166 286 326 366 386 396 40 MA待测元件 OP N R E 用心 爱心 专心5 I mA 0 000 000 000 060 501 002 003 004 005 50 a 根据以上数据 电压表是并联在 M 与 之间的 填 O 或 P b 根据以上数据 画出该元件的伏安特性 曲线为 画出待测元件两端电压 UMO随 MN 间电压 UMN 变化的示意图为 无需数值 答案 a a P b 如图 四 实物连接 四 实物连接 实物连接图中 只要有一处错误就不得分 因为一处错误便不能使电路正常工作 需要 注意 滑动变阻器接法 不能接到滑片上或腿上 电表的量程和正负接线柱 单刀双掷开 关 分压器电路等 详细内容略 例例 5 5 08 年高考各天津卷理综 2 用下列器材组装成描绘电阻 R0伏安特性曲 线的电路 请将实物图连线成为实验电路 微安表 A 量程 200 A 内阻约 200 电压表 V 量程 3V 内阻约 10k 电阻 R0 阻值约 20k 滑动变阻器 R 最大阻值 50 额定电流 1A 电池组 E 电动势 3V 内阻不计 开关 S 及导线若干 答案 见右图 五 伏安法测电阻的变化五 伏安法测电阻的变化 1 1 只有一个表测电源电动势和内电阻只有一个表测电源电动势和内电阻 其实 这不是一个实验而是 一道电路习题 如教材选修 3 1P62 例题 但完全可能变成一 个实验习题考查 一般分只有电 压表和只有电流表两种情况 见 右图 当然 若电动势和 R1以及 UMO UMN 用心 爱心 专心6 接通 R1时表的示数已知 还可以变成判断 S 接 R2时表的示数范围 具体略 2 2 电表的改装 电表的改装 有的实验所给的仪器中 虽然给了电流表和电压表 但是 其中一个表 电压表或电流 表 明显量程不够 即使采用分压器接法 也不能满足实验要求 这种情况下 一般在所给 的实验器材中 还格外给出一个定值电阻或电阻箱 这时就需要将量程不够的电表和定值电 阻或电阻箱 改装成另外一个量程足够的电表 当然 也有的实验是给出两块电流表和一个定值电阻或电阻箱 其中一个电流表的内阻 给出具体数值而不是大约数值 这时也需要将这块内阻固定的电流表和定值电阻或电阻箱 改装成电压表来使用 例例 6 6 07 年高考宁夏理综 利用伏安法测量干电池的电动势和内阻 现有的器材为 干电池 电动势约 1 5 V 符号 电压表 量程 1 V 内阻 998 3 符号 电流表 量程 1 A 符号 滑动变阻器 最大阻值 10 符号 电阻箱 最大阻值 99 999 9 符号 单刀单掷开关 1 个 符号 导线若干 设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内 要求在图中标出电压表 电流表的接线柱的正负 为了满足本实验要求并保证实验的精确度 电压表量程应扩大为原量程的 倍 电阻箱的阻值应为 解析解析 这是圆柱形电容器 但可以定性地根据平行板电容器的公式判断 由平行板 电容器的公式 kd S C 4 可推测影响圆柱形电容器电容的因素有 正对面积 板间距离 极板间的介质即 H R1 R2 考虑到电源的内阻比较小 则电流表接法是确定的 所以必须连接成答案所示 因为干电池的电动势约为 1 5 V 电压表的量程 1 V 为了 满足本实验要求并保证实验的精确度 电压表量程应扩大为原 量程的 2 倍 又因电压表的内阻为 998 3 所以电阻箱的阻 值也应为 998 3 答案 答案 H R1 R2 正对面积 板间距离 极板间介质 如右图 2 998 3 例例 7 7 08 年高考全国 II 理综 13 分 右图为一电学实验的实物连线图 该实验可用来 测量特测电阻 Rx的阻值 约 500 图中两个电压表量程相同 内阻都很大 实验步骤如 下 调节电阻箱 使它的阻值 R0与待测电阻的阻值接近 将滑动变阻器的滑动头调到最右端 V A E r S 用心 爱心 专心7 合上开关 S 将滑动变阻器的滑动头向左端滑动 使两个电压表指针都具有明显偏转 记下两个电压表和的读数 U1和 U2 多次改变滑动变阻器滑动头的位置 记下和的多组读数 U1和 U2 求 Rx的平均值 回答下列问题 根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图 其中 电阻箱的符号为 滑动变阻器的符号为 其余器材用通用的符号表示 不计电压表内阻的影响 用 U1 U2和 R0表示 Rx的公式 为 Rx 考虑电压表内阻的影响 且 U1 U2 R0 的内阻 r1 的内阻 r2表示 Rx的公式为 Rx 解析 电路原理图如图所示 6 分 其中 分压电 路 3 分 除分压电路外的测量部分 3 分 2 0 1 x U RR U 3 分 20 1 2 1 20120 1 4 x U R rr R U r RrU R r 分 3 3 表的改装与校对 表的改装与校对 例例 8 8 08 年高考全国 I 理综 12 分 一 直流电压表 量程为 1 V 内阻为 1 000 现将 一阻值为 5000 7000 之间的固定电阻 R1与此 电压表串联 以扩大电压表的量程 为求得扩大 后量程的准确值 再给定一直流电源 电动势 E 为 6 7 V 内阻可忽略不计 一阻值 R2 2000 的固定电阻 两个单刀开关 S1 S2 及若干线 1 为达到上述目的 将答题卡上对应的 图连成一个完整的实验电路图 2 连线完成以后 当 S1与 S2均闭合时 电压表的示 数为 0 90 V 当 S1闭合 S2断开时 电压表的示数为 0 70 V 由此可以计算出改装后电压表的量程 为 V 电源电动势为 V 答案 用心 爱心 专心8 例例 9 9 08 年高考海南卷物理 一毫安表头 满偏电流为 9 90 mA 内阻约为 300 要求将此毫安表头改装成量程为 1 A 的电流表 其电路原理如图所示 图中 是量程为 2 A 的标准 电流表 R0为电阻箱 R 为滑动变阻器 S 为开关 E 为电源 完善下列实验步骤 将虚线框内的实物图按电路原理图连线 将滑动变阻器的滑动头调至 端 填 a 或 b 电阻箱 R0的阻值调至零 合上开关 调节滑动变阻器的滑动头 增大回路中的电流 使 标准电流表读数为 1 A 调节电阻箱 R0的阻值 使毫安表指针接近满偏 此 时标准电流表的读数会 填 增大 减小 或 不变 多次重复步骤 直至标准电流表的读数为 同时毫安表指针满偏 回答下列问题 在完成全部实验步骤后 电阻箱使用阻值的读数为 3 1 由此可知毫安表头的内阻为 用改装成的电流表测量某一电路中的电流 电流表指针半偏 此时流过电阻箱的电 流为 A 对于按照以上步骤改装后的电流表 写出一个可能影响它 的准确程度的因素 解析 连线如图 b 减小 1 A 310 0 495 0 494 0 496 均可 例如 电阻箱和滑动变阻器的阻值不能连续变化 标准表 和毫安表的读数误差 电表指针偏转和实际电流的大小不 成正比 等等 4 4 电流表和电压表之间的替代 电流表和电压表之间的替代 有的实验所给的仪器中 没有电压表而有两个电流表 其中至少一个电流表的内阻给出 具体数值而不是大约数值 这时就可以用这块内阻确定的电流表代替电压表 读数时 将这 块表的示数 电流 乘以其内阻 就等于跟这块表并联的那部分电路的电压 若没有电流表而有两个电压表 其中至少一个电压表的内阻给出具体数值而不是大约数 值 这时就可以用这块内阻确定的电压表代替电流表 读数时 将这块表的示数 电流 除 以其内阻 就等于跟这块表串联的那部分电路的电流 例例 1010 04 年高考 用以下器材测量一待测电阻 Rx的阻值 900 1000 电源 E 具有一定内阻 电动势约为 9 0V 电压表 V1 量程为 1 5V 内阻 r1 750 电压表 V2 量程为 5V 内阻 r2 2500 A mA R R0 a b E S mA A A mA R0 SE 用心 爱心 专心9 滑线变阻器 R 最大阻值约为 100 单刀单掷开关 K 导线若干 1 测量中要求电压表的读数不小于其量程的 3 1 试画出测量电阻 Rx的一种实验电路原理图 原 理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注 2 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画 出连线 3 若电压表 V1的读数用 U1表示 电压 V2的读数 用 U2表示 则由已知量和测得量表示 Rx的公式为 Rx 解析 本题提供了两只电压表 在没有电阻箱和定值电阻的情况下 不能用替代法和等 效测量法 只能用伏安法测量 提供的电压表中必定有一只电压表要做电流表使用 由于待测电阻的阻值范围在 900 1000 之间 而电压表V1的内阻 r1 750 电压表 V2的内阻 r2 2500 待测电阻阻值与电压表V1的内阻阻值比较接近 不存在明显关系 所 以 电流表 内接和 电流表 外接应该都是可行的 由于两个电压表的读数均不低于量程的 3 1 要想满足上述条件 电路也要接成分压电路 Rx 2112 211 r UrU rrU 或 Rx 1 112 U rUU 5 5 半偏法测电表的内阻 半偏法测电表的内阻 半偏法 是一种科学巧妙的测定电表内阻的方法 常见的有 半偏电流法 和 半偏电 压法 下面对这两种方法作一比较 1 半偏电流法 在用 半偏电流法 测定电流表的内电阻的实验中 如图 1 R1和 R2是电阻箱 先 闭合 S1 调节 R1 使电流表指针 V1 V2 用心 爱心 专心10 偏转到满刻度 再闭合 S 2 调节 R2使电流表指针指 在刻度盘的中央 则近似有 rg R2 2 半偏电压法 在用 半偏电压法 测定电压表的内电阻的实验中 如图2 R11 为滑动变阻器 R2 为电阻箱 闭合开关 S 前 将滑动变阻器滑片 P 移到最右端 并将电阻箱的电阻调至 零 闭合 S 调节滑动变阻器 R1的阻 值 使电压表的指针指到 满刻度 保持 P 不动 调节电阻箱 R2阻值 使电压表指针指 到刻度盘的中央 记下此时 R2的值 则近似有 Rv R2 3 误差分析 半偏电流法 根据闭合电路欧姆定律和串并联的特点 当闭合开关S2 调整电流 表半偏时 回路中的总电流增大 故流过R2的实际电流比流过电流表的电流大 因此 R2 rg 即测量值小于真实值 半偏电压法 根据闭合电路欧姆定律和串并联电路的特点 当调整电压表半偏时 R2和电压表上的电压之和增大 故R2上的实际电压大于电压表上的电压 因此 R2 Rv 即测量值大于真实值 4 其它的半偏法 按图 3 接好电路 G 为待测电表 mV 为毫伏表 R0为 电阻箱 R 为保护电阻 实验时 R 调至最大阻值 R0调 到较小的阻值 R1 先调节 R 再调节 R 使 G 的指针满偏 通过它的电流为 Ig 记下毫伏表的读数 U 则 U Ig R1 Rg 调节 R0及 R 使检流计的指针达到半偏 而毫伏表读数不变 这时电阻箱示数为 R2 则 U 1 2 Ig R2 Rg 由上面两式可得 Rg R2 2R1 如果实验时能够做到 R0 0 时 使 G 表指针指向满刻度 则 Rg R2 也可以用图 4 所示电路测量检流计内阻 G 为待 测电阻的检流计 A为微安表 R0为电电阻箱 R 为保护电阻 实验时 先断开 S2 闭合 S1 调节 R 和 R 使 G 表电流达到满偏 记下微安表的读数 I 闭 合 S2 调节 R0及 R 使检流计的指针达到半偏 而微 安表读数仍保持 I 不变 这时 G 与电阻箱 R0中的电流 相等 均为 1 2 I 由欧姆定律 有 即这时电阻箱的阻值等于检流计的内阻 用图 5 也可测出检流计的内阻 开始时使滑动变阻器 R 上的分压值最小 电阻箱 R 的阻值较大 闭合开关 调 节 R 及 R 的阻值使 G 的指针满偏 保持 R 的分压值不变 调节 R 使 G 的指针半偏 如前后两次 R 的阻值分别为 R1和 R2 则 用心 爱