高中物理专题复习电学实验杨洋

1、电学实验 专题(学案)开篇引入：电学实验年年考，年年有变化从这么多年来的实验题来看，特地是很明显的：(1)从简单的背诵实验转向分析、理解实验实验原理是物理实验的灵魂近年来，高考物理实验题既不是简单地回答“是什么”，也不是背诵“该怎样”，而是从物理实验情境中理解“为什么”，通过分析推理判断“确实是什么”，进而了解物理实验的每一个环节(2)从既定的课本学生实验转向变化的创新实验只有创新，试题才有魅力；也只有变化，才能永葆实验考核的活力近年来，既定刻板的学生实验已经从高考物理实验题中淡出，取而代之的是学生尚未接触过的要通过解读物理原理的新颖实验(如应用性、设计性、专题性实验等)创新的实验题可以使能力

2、考核真正落到实处导入考纲：那么来看我们2012年的物理考纲37 决定导线电阻的因素（实验、 探究）38 描绘小灯泡的福安特性曲线（实验、探究）40 测量电源的电动势和内阻（实验 探究）.较高要求：对所列知识要理解其确切定义及其他知识的联系，能够进行叙述和解释，并能在实际问题的分析、综合、推理和判断过程中运用那么，我们做电学实验电路的基本结构及构思的一般程序是什么？1电学实验电路的基本结构一个完整的电学实验电路往往包括测量电路与控制电路两部分测量电路：指体现实验原理和测量方法的那部分电路，通常由电表、被测元件、电阻箱等构成控制电路：指提供电能、控制和调节电流(电压)大小的那部分电路，通常由电源、

3、开关、滑动变阻器等构成有些实验电路的测量电路与控制电路浑然一体，不存在明显的分界如“测定电源的电动势和内阻”的实验电路2实验电路构思的一般程序(1)审题实验目的；给定器材的性能参数(2)电表的选择根据被测电阻及给定电源的相关信息，如电源的电动势、被测电阻的阻值范围和额定电流等，估算出被测电阻的端电压及通过它的电流的最大值，以此为依据，选定量程适当的电表(3)控制电路的选择一般情况或没有特别说明的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，应优先考虑限流连接方式（如图）限流接法适合测量小电阻和与变阻器总电阻相比差不多或还小的电阻但在下列三种情形下，应选择分压式电路：当采用限流电路“限不住”电流时

4、，即给定的滑动变阻器阻值偏小，即使把阻值调至最大，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用滑动变阻器的分压连接方式；给定的滑动变阻器的阻值R太小，即电器的电阻远大于滑动变阻器的总电阻值，RRx，调节滑动变阻器时，对电流、电压的调节范围太小；实验要求电压的调节范围尽可能大，甚至表明要求使电压从零开始变化(或要求测量多组实验数据)，必须选用滑动变阻器的分压连接方式如描绘小电珠的伏安特性曲线、电压表的校对等实验，通常情况下都采用分压式电路(4)测量电路的选择根据所选定的电表以及被测电阻的情况，选择测量电路(估算法、试触法)在测量电路中，我们的电流表有两种接法：电流表的外接法和内接法（测量电

5、路的系统误差注1）：(1)采用电流表内接时，由于电流表的分压，电压表测出的电压比Rx两端的实际电压要大一些，即系统误差使得电阻的测量值大于真实值，即R测>R真(2)采用电流表外接时，由于电压表的分流，电流表测出的电流比Rx中的实际电流要大一些，即系统误差使得电阻的测量值小于真实值，即R测<R真如何选择内接法还是外接法？(1)采用内接法时，测量电阻的真实值，可以看出RA比R小的越多时，RA的分压越小，测量的误差就越小，因此，内接法适合大电阻。(2) 采用外接法时，测量电阻的真实值 ，可以看出RV比R大的越多时，RV的分流就越小，测量的误差就越小，因此，外接法适合小电阻。如何判断待测电

6、阻是大电阻还是小电阻？(1)如果我们的待测电阻的大约值已知，那么当Rx远大于RA或临界阻值<Rx时，我们认为是大电阻，采用电流表内接法；当Rx远小于RV或临界阻值>Rx时，我们认为是小电阻，采用电流表外接。(2)如果我们不知道待测电阻的大约值，那我们根据实验中两电表的读数变化来判断。我们用下图，把电压表的一段分别接在a、b两点，若电压表示数变化较大，说明待测电阻可以与RA相比拟，是小电阻；若电流表示数变化较大，说明待测电阻可以与RV相比拟，是大电阻。(5)滑动变阻器的选择根据所确定的控制电路可选定滑动变阻器限流式电路对滑动变阻器的要求：a能“限住”电流，且保证不被烧坏；b阻值不宜太

7、大或太小，有一定的调节空间，一般选择阻值与负载阻值相近的变阻器分压式电路对滑动变阻器的要求：电阻较小而额定电流较大，I额(R为变阻器的总电阻)3电表的反常规用法其实，电流表、电压表如果知道其内阻，它们的功能就不仅仅是测电流或电压因此，如果知道电表的内阻，电流表、电压表就既可以测电流，也可以测电压，还可以作为定值电阻来用，即“一表三用”三、常见的测量电阻的方法注2例题训练：例1：从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻r1要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据(1)画出电路图，标明所用器材的代号(2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1_，式中各符号的

8、意义是：_【解析】根据所列仪器的特点，电流表的内阻已知，由此可采用两电流表并联因为两电流表两端的电压相等，即可省去电压的测量，从而减小实验误差，由I2r2I1r1，得r1答案(1)电路图如图所示(2)I1、I2分别为、的示数【点评】分析题意可知需测量电流表的内阻，按常规方法应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但经分析可知即使该电流表满偏，其两端的电压也仅为0.4 V，远小于量程10 V这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”此题也可理解为“将已知内阻的电流表当成电压表使用”，这实际也是伏安法的一种推广形式例2：有一根圆台状匀质合金棒如图79甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的电

9、阻率、长度L和两底面直径d、D有关他进行了如下实验：图79(1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径d、D和长度L图68乙中的游标卡尺(游标尺上有20个等分刻度)的读数L_cm (2)测量该合金棒电阻的实物电路如图68丙所示(相关器材的参数已在图中标出)该合金棒的电阻约为几个欧姆图中有一处连接不当的导线是_(用标注在导线旁的数字表示)图79丙 (3)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻R6.72 根据电阻定律计算电阻率为、长为L、直径分别为d和D的圆台状合金棒的电阻分别为Rd13.3 、RD3.38 他发现：在误差允许范围内，电阻R满足R2Rd·RD，由此推断该圆台状合金棒的电阻R_(用

10、、L、d、D表述)2009年高考·江苏物理卷【解析】(1)游标卡尺的读数，按步骤进行则不会出错首先，确定游标卡尺的精度为20分度，即为0.05 mm；然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数99.00 mm，注意小数点后的有效数字要与精度一样；再从游标尺上找出对的最齐一根刻线，精度×格数0.05×8 mm0.40 mm；最后两者相加，根据题目单位要求换算为需要的数据，99.00 mm0.40 mm99.40 mm9.940 cm(2)本实验为测定一个几欧姆的电阻，在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流时，因为安培表的内阻较小，为了减小误差，应用安培表外接法，线的连

11、接使用的是安培表内接法(3)审题是关键，弄清题意也就能够找到解题的方法根据电阻定律计算电阻率为、长为L、直径分别为d和D的圆柱状合金棒的电阻分别为：Rd13.3 ，RD3.38 即Rd，RD而电阻R满足R2Rd·RD将Rd、RD代入得：R答案(1)9.940(2)(3)例3：用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(9001000)：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；滑动变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关S；导线若干(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试在下面的方框中画

12、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的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，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为或【解析】(1)本题中测量电阻的原理是并联分流或串联分压由于滑动变阻器的最大阻值远小于测量电阻的阻值，且电源电动势大于两电压表的量程，在调节滑动变阻器的过程中，为保证电压表的安全，且其读数有明显的改变，滑动变阻器应采用分压式控制电路，电路原理图如图甲或乙所示(2)实物连接图如图所示：(3)若用甲电路，根据并联电路的电流分配关系， 解得，；若采用乙电路，根据串联电

13、路的电压分配关系，解得，。备注：已知内阻的电表可以当作另一种电表使用，而且测量没有系统误差对于电表的选择，必须先根据已知条件估算电路中的最大电压或电流值，以此确定选用略大于且量程最小的电表，另外还必须满足题目的其他条件例4：如图，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9；S为开关已知RT在95时的阻值为150，在20时的阻值约为550.现要求在降温过程中测量在9520之间的多个温度下RT的阻值 (1)在图中画出连线，完成实验原理电路图(2)完成下列步骤中的填空：依照实验原理在电路图上连线调节控

14、温容器M内的温度，使得RT温度为95.将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全闭合开关调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录_.将RT的温度降为T1(20T195)；调节电阻箱，使得电流表的读数仍为I0,记录电阻箱的读数R1.温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1=_.逐步降低T1的数值，直至20为止；在每一温度下重复步骤. 2010·全国卷【解析】 (1)由于实验只有一个可以用来观察的电表，所以应该用“替代法”，用电流表观察保证电路的电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路而且热敏电阻的95的阻值是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95，则电流表示数不变时，电阻箱与热敏电

15、阻的串联电路电阻保持150加电阻箱的初值之和不变，则可以测量任意温度下的电阻(2) 电阻箱的读数R0 RT1=150+R0-R1四、描绘小电珠的伏安特性曲线因为小电珠(即小灯泡)的电阻较小(10左右)，所以应该选用安培表外接法小灯泡的电阻会随着电压的升高，灯丝温度的升高而增大，所以U-I曲线不是直线为了反映这一变化过程，灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压所以滑动变阻器必须选用分压接法若选用的是标有“3.8V,0.3A”的小灯泡，电流表应选用00.6A量程；电压表开始时应选用03V量程，当电压调到接近3V时，再改用015V量程例5:某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件图为

16、该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，现需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：为提高实验结果的准确程度，电流表应选用_；电压表应选用_；滑动变阻器应选用_(以上均填器材代号)为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？相同点：_，不同点：_.【解析】从该元件的伏安特性曲线中获取有效信息：电流00.14A、电压03V，从而明确器材的选择，和供电电路采用分压接法解：图象中电流00.14A，电流表选A2；电源电压6V，但图象只要求电压在03V之间调整，

17、为测量准确电压表选V1；由于绘制图象的需要，要求电压从03V之间调整，所以滑动变阻器只能采用分压式接法，为了能很好调节电压，滑动变阻器应选阻值较小的R1.该元件约几十欧， 电压表的分流作用可以忽略，所以采用电流表外接法；实验数据的采集要求从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法，电路设计如图所示：从图象的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点，特点都是“非线性”，图象上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数，相同点：通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小电珠的电流与电压的变化关系都是非线性关系；不同点：该元件的电阻随电压的增大而减小，而小电珠的电阻值随电压的增大而增大备注：设计电路时可将一个完整的电

18、路分为两部分来完成，即测量电路(一般是伏安法测电阻)和供电电路(滑动变阻器的限流接法或分压接法)必须根据电器元件的特性选择电表五、测电源的电动势和内阻：根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir，本实验电路(如图)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为了减小这个系统误差，所选用的电压表的内阻应该大一些为了减小偶然误差，要多做几次实验，多取几组数据，然后利用U-I图象处理实验数据：将点描好后，用直尺画一条直线，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(对应的I

19、=0)，它的斜率的绝对值就是内阻r，(特别要注意：有时纵坐标的起始点不是零，求内阻的一般式应该是r=|U/I|)例6：某同学利用DIS、定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图 (甲)所示实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得端电压U，并在计算机上显示出如图 (乙)所示的1/U-1/R关系图线a.重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图 (乙)中的图线b.(1)由图线a可知电池a的电动势Ea=_V，内阻ra=_ .(2)若用同一个电阻R先后与电池a及电池b连接，则两电池的输出功率Pa_Pb(填“大于”、“等于”或“小于”)，两电池的效率a_b(填“大于”“等于”或“小于”)【解析】(1)根据闭合电路欧姆定律E=U+Ur/R，得1/U=1/E+r/ER，所以1/U-1/R关系图线的截距表示1/E，斜率表示r/E，从图线a可知，1/E=0.5，r/E=0.5/2，故Ea=2V，内阻ra=0.5.(2)从图线b可知，其横轴与纵轴截距的绝对值都比a小，其倒数分别代表Eb和rb，故可知EaEb，内阻rarb.电池的输出功率P=E/(R+r)2·R=1/(R/E+r/E)2·R，所以Pa小于Pb.=UI/EI=R/(R+r)，所以a大于b.注1：实验误差的分析及减小误差的方法中学