高中物理电学试验专题经典1

1、电学实验（经典）实验设计的基本思路明确目的选择方案选定器材拟定步骤误差分析数据处理）电学实验中所用到的基本知识、测电源的电动势与在近年的电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）内电出是考查频率较高I的实验它们所用到的原理公式为:U 匚，E U 1ro由此可I见，对于电路中电压及电流I的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样,在此往往也是高考试题的着力点之处。因此复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做至U以不变应万变1.电路设计原则:正确）也选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循些基本的原则即“皆全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼

2、顾“误差小”“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理O安全性： 实验方案的实施要安全可靠,实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率,电源也有最大允许电流,不能烧坏仪器。方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。2.电学实验仪器的选择:根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程， 然后合理选择量程， 务必使指针有较大偏转 （一般要大于满偏

3、度的 1/3）,以减少测读误差。根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况， 只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下, 适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。电路的选择3电流表外接法V4R

4、RARRv5VVA5XAR产生误差的原因电流表VRaRvR0ba6R方法c应米用内说明电压表分流作用大应采用外说明电流表分压作用大接法abc要有两种连接方式为滑为待测对待测电阻它的接线方式是电源供电电的最大A分压。Rx远大于1.伏安法测电阻 误差分析：产生误差的原因：电压表如图所示，分别将R RV分流。适用于现M、阻值电阻I AUAI AI Aa端与b接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显1）原理：部分电路的欧姆定律。若RxR 0,待测电阻为大电阻，用内接法滑动变阻器的分压、限流接法：为了改变测量电路（待测电阻） 两端的电压（或通过测量

5、电路的电 流），常使滑动变阻器与电源连接作 为控制电路，滑动变阻器在电路中主适用于测大阻值电阻，即（4）内、外接法的选用原则计算临界电阻：UV若Rx 10 mA,此时电流仍超过R Ra Rx电流表的量程， 故滑动变阻器必须采用分压接法.如图10-5所示.【总结】 任一种控制电路必须能保证电路的安全，这是电学实任的首要原则 然简洁方便， 但必须要能够控制电路不超过电流的额定值+ 同时,压、电流范围， 该题中，即便控制电流最小值不超过电流表的量程, 对电路其它电阻过小，电流、电压变化范围太小，仍不能用限流接法。图 10-5,限流接法虽能够保证可获取一定的电因滑动变阻器全阻值相4.实物图的连接：实物

6、图连线应掌握基本方法和注意事项。注意事项: 连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。基本方法：画出实验电路图。分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。画线连接各元件。 路，再画弁联电路。（用铅笔画线，以便改错）连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电般先从电源正极开始，到电键， 再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接万式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要弁联的元件再弁联到电路中去。连接完毕, 应进行检查，检查电路也应按照

7、连线的方法和顺序。（二）定值电阻的测量方法!i.欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为广的 测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。2.替代法:替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以洋和川屯里等 效。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻|（匚叫定 的仪器中要有电阻箱）。现有如器材数不准的电流表A、定值电阻R。、电阻箱 Ri、滑动变阻器R2、单刀用掷开关 卜单刀双掷开关S2、电源和导线。画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。写出主要的实验操作步骤。【解析】实验电路如右图所示。将 S2与Rx相接

8、，记下电流表指针所指位置。将S2与R1相接，保持Ri的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下Ri的值，则 R节不变,调x = Ri。3.伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表,当只有一个电表（或给定的电表不能满足平时）可以用标准电阻 （电阻箱或一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时,根据欧域定律，U /R例2、在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当电压表用。4.伏安法拓展： 某些问题中， 因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制,条件和要求重斫选或因

9、实验精度不允许而不能用“伏安法”o这时我们就得依据问题的具体择实验原理，用“伏安法”的替代形式一一“比较法”来设计实验方案。利用已知内阻的电压表：利用“伏伏”法测定值电阻的阻值Rx 的阻值(9001000 Q):例3、用以下器材测量一待测电阻电源E,具有一定内阻，电动势约为9.0V ;电压表 V 1,量程为1.5V ,内阻r1= 750 Q;电压表 V2,量程为 5V ,内阻r2= 2500 Q;滑动变阻器 R,最大阻值约为100 Q ;单刀单掷开关K ,导线若干。Rx的一种实验电路原理图。【解测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3 ,试画出测量电阻析】如图所示R利用已知内阻的电流表：利用

10、“安安”法测定值电阻的阻值 例4用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下: 电流表 A 1 （量程250mA ,内阻r1为5Q）;标准电流表 A 2 （量程300mA ,内阻r2约为5Q）; TOC o 1-5 h z 待测电阻 R1 （阻值约为 100 Q）;滑动变阻器R2 （最大阻值10。）；电源E （电动势约为 10V，内阻r约为1。）；单刀单掷开关S,导线若干。要求方法简捷，弁能测多组数据，画出实验电路原理图，弁标明每个器材的代号需要直接测量的物理量是 ,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1 =O【解析】实验电路图如图所示。两电流表 A 1、A 2的读数为11、I 2

11、和电流表A 1的内阻为1,待测电阻 R1的阻值的计算公式是：R11 1 r1I 2 I 1电压表、电流表混合用例5有一电阻 Rx,其阻值在100200 Q之间，额定功率为 0.25W 。要用伏安法较准确地测 量它的阻值，实验器材有：安培表 A 1，量程为 50mA , Ra 1=100 Q安培表 A 2,量程为 1A , Ra 2=20 QV2.替代法:画出所用实验电路图实验所用电路如图所示V2T的内阻，就可以测另一只的内阻:（2） 两只同种电表，若知道0- A 2两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻:2SRA12SRV1电压表V 1,量程为5V , RV i=10k Q

12、实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是:P I 2 R 得，I i 35mA I 2 50mA35mA ,应用电流表的示数来控制通过电阻的电流，因此，电流表应选A1。又因为PUi 5V U 2 7.1V。因为电阻可能为100。，所以允许加在电阻两端时画的最大而路。因为Rx Ra Rv ,所以应选用外接电路（三）电表内阻的测量方法1.互测法：CjHh电流表、电月:表只，可以测量它们的AV A电压表 V 2,量程为15V , Rv2=30k Q变阻器R1,变阻范围 020。，2A 变阻器R2,变阻范围 01000 Q, 1A 9V电源，电键，导线。【解析】允许通过电阻中电流可能的最大值由:因为

13、电阻可能为200。，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是U 2R能是5V ,应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应4V7/WrR135mA ,所以应选变阻器 R1。因为R1 1V ,电流表读数EI = R +r并 mA 0.6mA , R1符合要求， 同理可得R2、R3不符合要求,U，则通过电压表的电流为I = I I =I- U ，所以电21R1R1压表的内阻RV = RU1I 2R1I-U【备考提示 】本题涉及实验器材选取和电路设计等,对考生的分析综合能力提出了较高要求,解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材,由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点。【变式题】例8 （

14、 2006年全国）现要测定一个额定电压 示）的伏安特性曲线。要求所测电压范围为4V、额定功率 1.6W的小灯泡（图中用Ox 表0.1V 4V。现有器材：直流电源 E （电动势4.5V ,内阻不计），电压表 V （量程4.5V ,内阻约为4 X104Q ）,电流表 A 1 （量程250mA ,内阻约为2。），电流入 A2 （量程500mA ,内阻约 为1。），滑动变阻器/、R （最大阻值约为30。），电键S, 干。如果既要满足测量要求又要测量误差较小，应该选用的电流表是 0,下面两个电路应该选用的是。【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，由于题目要求电压范围为 0.1V4V ,因此滑动变阻器采用分压

15、式 接法。根据估算通过小灯泡的额定电流为I=0.4A此电流表应该选用 A2。在伏安法测量过程中，由于临界电阻 RRa Rv 200大于小灯泡电阻，因此应该选择电流表外接法即选择甲电路进行测量。0-J测电动势和内阻（i）测量电路如图（2）测量方法第一、计算方法测两组端电压 U和电流I值，然后通过以下式子求解。E= Ui+ IirE= U2+ 12r第二、作UI图象方法通过调节滑动变阻器，取得多组（ 用图象处理问题，须注意以下几点:U, I）值，然后在坐标中描点，连成直多连直线的方法：让尽可能多的点在直线上，直线两则 分布的点的个数大致均匀偏离直线较远的点舍去。纵轴截距的含义：电动势E横轴截距的含

16、义：短路电流I0斜率的含义：电阻。求解方法:Er=或用直线上任意两点求解斜率的绝对值。（3）实验误差分析（i）偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作 准确。U-I图象时描点不很（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E ri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U,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）多于干面电流的真实值,所以图中（.）.（b）两图线交于短路电流处。

17、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）特殊方法即计算法：画出各种电路图Ii(Ri r)I2(R2r)II(R-R)I 2 iI2-IiIIRI- I2 R 2 （ 一个电流表和两个定值电阻I2 -IiuiI irIiu2 - I 2uiIl2u 2 - uiIi -I2（一个电流表及一个电压表和一个滑动变阻器）uiMi ui r R ix u 2 r R 2ui u 2 (R 1 - R2 )u 2 Ri - ui R 2产（ui u2 ）RiR2 （一个电压表和两个定值电阻 u 2 R i - u i R 2”9、4右

18、图所的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在必滑斗变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻Ro起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：一 (a) 电流表(量程 0.6A、3A );o(b)电压表(量程 3V、15V )(c)定值电阻(阻值 1、额定功率5W)(d)定值电阻(阻值 10,额定功率10W)、额定电流2A )(e)滑动变阻器(阴值范围0-10、额定电流1A )(f )滑动变阻器(阻值范围0-100那么(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择V ,电流表的量程应选择A; R0应选择的定值电阻， R应选择阻值范围是的滑动变阻器。(2)引起该实验系统误差的主要原因是II .答案:3, 0.6 , 1, 010o ( 2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小。解析：由于电源是一节干电池(1.5V ),所选量程为3V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几Q左右，加上保护电阻，最大电流在 0.5A左右，所以选量程为0.6A的电流表； 由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取010。能很好地控制电路中的电流和电压，若取0100。会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。般具有倾向性,总是偏大或者E测E真,r测关于系统误差