高中物理电磁学疑难实验及探究性研究讲解学习

高中物理电磁学疑难实验及探究性研究（2012·23）（10分）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；A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）用测量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。演示做一做科学漫步（足迹）静电感应验电器静电复印探究影响电荷间相互作用力的因素用传感器观察电容器的放电过程法拉第和场的概念模拟电场线雷火炼殿研究空腔导体内表面的电荷密立根实验——电子电荷量的测定静电屏蔽范德格拉夫静电加速器研究影响平行板电容器电容大小的因素静电场演示实验做一做（说一说）科学漫步测量导体电流和电压测绘小灯泡的伏安特性曲线调查常用可充电电池生活中的电池研究路端电压探究导体电阻与其影响因素的定量关系电线电缆抽查中体现的物理原理“与”门电路的作用探究导体电阻与材料的关系解释：用电多时灯暗，用电少时灯亮“或”门电路的作用练习使用多用电表多量程多用电表测定电池的电动势和内阻恒定电流

演示做一做科学漫步探究影响通电导线受力的因素验证环形电流的磁场方向有趣的右螺旋平行通电直导线之间的相互作用用磁传感器研究磁场旋转的液体观察阴极射线在磁场中的偏转电子束的径迹磁场

演示实验做一做科学足迹探究感应电流的产生条件研究感应电流方向摇绳能发电吗法拉第介绍通电自感演示观察电动机启动过程中电流的变化断电自感演示用电流传感器演示自感对电路中电流的影响铝框在蹄形磁铁中的运动观察微安表表针相对表盘摆动情况电磁感应

演示实验做一做（说一说）科学漫步交变电压随时间变化的图象探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系手摇发电机产生交变电流交流发电机电感器对交变电流的阻碍作用如何利用电感器和电容器来减少输出电流的交流成分互感器电容器对交变电流的阻碍作用输电新技术交变电流

演示实验做一做（说一说）科学漫步盒子里的装置观察光敏电阻的特性电容式位移传感器的原理半导体的导电机理热敏电阻的特性日光灯启动器检测霍尔元件机器人感温铁氧体应用测量光照强度传感器的应用传感器

(一)内接外接问题1122外接法：内接法：考虑到<<，则：当时，内接法和外接法测电阻的相对误差相等；当时，采用内接法测电阻产生的误差较小；当时，采用外接法测电阻产生的误差较小；两种情况：得得所以在电压一定时，比较变化的绝对值与内接时测量值的比值的相对大小来加以确定是内接还是外接要准确些。

若则可准确判断电流表外接较好；则可准确判断电流表内接较好。若RLR0RXUE分压电路对分压控制电路，输出电压其中k=,x=，显然（二）分压与限流问题

可见，U随x的变化是一个复杂的函数，为直观地显示U随x变化的规律，用描点法作出不同的k值时U（x）的函数图像，如图1所示。Ux0k=10k=0.5k=0.1k=0.01E图11.输出电压的调节范围为0-E；2.输出电压随RX的增大而非线性单调增大；3.k值越大，即负载电阻RL比R0大得越多，则即在条件下，U与x近似为线性关系。RLR0RXUE限流电路对限流控制电路，输出电压其中k、x的意义同上。可见U随x的增大而增大，它所对应的函数图像是双曲线的一部分，输出电压U（x）随x的变化规律可用描点法作出，图示为x随不同的k值的函数图像，如图2所示：k=0.01Ux0EE/2k=10k=1k=0.5k=0.1图21．输出电压的调节范围2．输出电压随RX的增大而非线性单调减小；3．k值越大，即负载电阻RL比R0大得越多，输出电压的线性程度越好。但调节范围变小。输出电压的线性程度的好坏，影响到实验操作的方便性，输出电压的线性程度越好，实验中调节电压越方便。例１．为了测定一个“6.3V、1W”的小电珠在额定电压下较准确的电阻值，可供选择的器材有：A．电流表（0～3A，内阻约0.04Ω）B．毫安表（0～300mA，内阻约4Ω）C．电压表（0～10V，内阻10kΩ）D．电压表（0～3V，内阻10kΩ）E．电源（额定电压6V，最大允许电流2A）F．电源（额定电压9V，最大允许电流1A）G．可变电阻（阻值范围0～10Ω，额定电流1A）H．可变电阻（阻值范围0～50Ω，额定功率0.5W）I．导线若干根，电键一个。⑴为使测量安全和尽可能准确，应选用的器材是

。（用字母代号填写）⑵在右边虚线框内画出电路图，并把图6所示实物图用线连接起来。例2．在“测定金属导体电阻率”的实验中，测量金属丝直径时，螺旋测微器的示数如图所示，用米尺测量金属丝的长度，用欧姆表粗略测量金属丝的电阻约为5Ω．先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率．（1）从图中读出金属丝的直径为0.640mm；

（2）在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测的电阻丝外，还有如下供选择的实验器材；直流电源：电动势约4.5V，内阻很小；

电流表A1：量程0～0.6A，内阻约为0.1Ω；

电流表A2：量程0～3.0A，内阻约为0.05Ω；

电压表V1：量程0～3V，内阻约为3kΩ；

电压表V2：量程0～15V，内约为6kΩ；

滑线变阻器R1：最大阻值5Ω；

滑线变阻器R2：最大阻值100Ω；

开关、导线等．

在可选择的器材中，电流表应该选用A1；电压表应该选用V1；滑线变阻器应该选用R1．

（3）根据所选的器材，画出精确测量该电阻的实验电路图．图1ΔU＝IRA，在I很小时，ΔU趋于零，I增大，ΔU也增大

等效电源是电池与电流表串联：

（1）（三）测电源的系统误差问题图2U越大，IV越大，U趋于零时，IV也趋于零

等效电源是电池与电压表并联：

（2）（四）多用电表问题绝对误差：相对误差：例如对于2.5级的电表，示数的相对误差为则在中间刻度处，当或时，或当或时，或可见，当时，得例5．(2011年浙江理综）22.（10分）在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”试验中，为了探究3根材料未知，横截面积均为S=0.20mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图所示的实验电路，M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点。在实验过程中，电流表读数始终。电压表读数随OP间距离x的变化如下表：（1）绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线；（2）求出金属丝的电阻率，并进行比较。x/mm6007008009001