北京高三物理二轮复习电学试验教学案

要点精析电学基本仪器一、灵敏电流表灵敏电流表又叫灵敏电流计，在电路中的符号为◎，用来测量微弱电流、电压的有无和方向。使用时要注意以下几点：①电流表的指针指在刻度盘的中部电流为零，如图10-1所示，用电流表检测微弱电流时，把它串联在被测电路中，对于大多数电流表，若指针向右摆动，说明电流由正接线柱流入，从负接线柱流出；若指针向左摆动，说明电流由负接线柱流入，从正接线柱流出。②电流表的刻度是均匀的，如指针偏转1格表示通过10uA电流，指针偏转2格就表示通过20uA电流。③电流表允许通过的电流是很小的，一般不超过几百uA,实验时若指针超过满度，应立即切断电源，以防损坏电流表。④电流表不要长期接在电路上，防止偶然出现的大电流烧坏电流表。图10-1二、电流表和电压表电流表用来测量电路中的电流强度，电压表用来测量电路中两点之间的电压，使用时注意：①机械零点的调整，在不通电时，指针应指在零刻度的位置。②选择适当量程，估算电路中的电流和电压，指针应们转到满度的1/3以上，若无法估算电路中的电流和电压，则应先选用较大的量程，再逐步减小量程。③正确接入电路，电流表应串联在电路中，电压表应并联在电路中，两种表都应使电流从正接线柱流入，负接线柱流出。④正确读数，读数时视线要通过指针并跟刻度盘垂直。根据所选量程的准确度，正确读出有效数字和单位。⑤注意内阻，电流表和电压表一方面作为仪器使用，同时又是被测电路中的一个电阻，实验中没有特别要求时，一般不考虑它们的内阻对电路的影响，但在有些测量中，不能忽视它们的内阻对被测电路的影响，如伏安法测电阻等。三、滑动变阻器滑动变阻器是一个可以连续改变电阻值的可变电阻，用它可以调节电路中电流的大小及两点间的电压。1.结构滑动变阻器的结构如图11—3所示，表面涂有氧化绝缘层的电阻丝AB密绕在瓷管上，滑动触片P与电阻丝紧密接触(接触部分的氧化层已刮掉)，且能在滑杆60上左右滑动。根据R=pL/S,粗细均匀的电阻丝，电阻的大小与长度成正比，随着滑动触片位置的变化，变阻器连入电路的电阻值也相应发生变化。设某滑动变阻器的阻值范围是0—50Q,当滑动片P移到左端时，AC(AD)间电阻值为零，BC(BD)间电阻值为50Q；当滑动片P移到右端时，AC(AD)间电阻值为50Q,BC(BD)间电阻值为零。如AP与PB的长度比为3：2,则AC(AD)间电阻值为30Q,BC(BD)间电阻值为20Q。围11-S2.限流接法(见图11-4和图11-5)和分压接法(见图11-6)ffiU-4图ffiU-4图116①限流电路特点A.用电器R0与滑动变阻器部分电阻串联，另一部分不起作用 口R0上电压调节范围为**段E_Er0上电流调节范围为衣+扁4②分压电路特点A.用电器Ro与滑动变阻器的部分电阻并联后再与另一部分电阻串联Ro上电压调节范围为0—EC.凡上电流调节范围为0——E/Ro以上均假设电源内阻忽略不计。由以上比较可知，用分压电路时，负载电压变化范围大，可从零开始；而限流电路中电流的大小只需等于工作电路的电流，更节能，并且接线简单，操作方便。故在限流电路能满足要求时就优先采用限流电路，在用限流电路不能满足要求时再用分压电路。弄清两种接法改变负载电压的原理才能理解以下实验中常考的问题。.两种接法中滑动变阻器阻值的选择①限流接法中为使负载的电压能平稳地由电压表半偏到满偏，选择的滑动变阻器的阻值大约为被测电阻的几倍或十几倍。实际测量时，要求工作电路上的测量值（电压、电流）范围广一些，以减小误差。限流接法中，滑动变阻器若比负载电阻的阻值小得多，则负载电压变化范围太小，不利于取得多组数据，甚至在某些题目中不满足保护负载的安全要求。但若滑动变阻器的阻值比负载电阻大得太多，又不方便调节到有效的多组电压，表现为接入电路的阻值较大时，负载上分得的电压几乎为零，指针偏角不明显，读数的误差大；当接入电路的阻值与负载相当时，又已经没有几根电阻丝可调节，稍一滑则电阻为零，操作不方便。②分压接法中要滑动变阻器阻值远小于工作电路阻值，才能有稳定的输出特性，有利于调节。因为这种情况下，负载与滑动变阻器并联的总阻值约等于与之并联的那部分阻值。这样负载两端的电压（即并联部分的电压）与干路中那部分电阻的电压比就约等于滑片左右两边的长度比，故随着滑片的移动，负载两端的电压能稳定均匀地增加。思考：分压电路为什么也不选择阻值远大于负载电阻的滑动变阻器？（提示：也是操作不方便。）.分压、限流电路的选择若限流接法能满足要求，一般用限流接法，所以一般先用限流电路估算。若能满足条件就不用分压。采用分压接法时一般是以下原因：①题目要求加在工作电路上的电压（或电流）从零开始变化（或要求变化范围尽可能大），应采用分压接法。②滑动变阻器阻值限制。如滑动变阻器总阻值小于被测电阻阻值，采用限流接法时工作电路的电压、电流值变化范围不大，则采用分压接法，这时滑动变阻器阻值小一些比较好，一般小于负载电阻的一半，即滑动变阻器阻值远小于负载电阻时用分压接法。如滑动变阻器总阻值大于被测电阻阻值（一到几倍），且不要求工作电路上电压从零开始调节，可采用限流接法。③限流电路中滑动变阻器打到最大也不能满足安全要求的应用分压接法。.注意事项①使用滑动变阻器时，不仅要注意它的阻值，还要注意它的额定电流，通过滑动变阻器的电流不能超过它的额定电流。②分压电路中，起始位置应在负载电压最小处，即与负载并联的那部分电阻最小。③限流电路中，起始位置应在连入电路中的电阻最大处，使通过负载的电流最小，这些都是为保证负载的安全。四、电阻箱.结构电阻箱有插孔式和转柄式两种（见下图（甲）和（乙））.^ 3 ^ 3 2 3 450■ r r c an・c g w n _nDjIhjjJiJU.iruLtnrUli■/UiuJnHFfl"IranIfirrHWrTTTTTH?口31?*15口(甲)(Z.).原理电阻箱是由多个电阻串联而成，它的原理是通过改变串联电阻的个数，从而达到改变电阻的目的。用途是为实验提供一个可变的、读数精确的电阻。插孔式电阻箱的盖上有一排铜块，铜块间有插孔，当铜塞插在孔里时，就把相邻的两个铜块连在一起，铜块间电阻被短路；当铜塞拔出时，就把相邻的两个铜块通过电阻丝连在一起，拔出的铜塞越多，接入电路的电阻值就越大。每个插孔下电阻的电阻值都标在插孔旁，以供选用。转柄式电阻箱由多个定值电阻串联而成，通过转柄来控制接入电路的电阻数值。使用时，把两个接线柱接入电路，调节盘面上几个旋钮，把各旋钮对应示数乘倍率再相加，就能得到接入电路的电阻的电阻值。读数时按从高倍到低倍的顺序读出。例如，根据上图(乙)中各旋钮指示数值，可知接线柱间电阻R=100X1+10X7+1X5+0.1X0=175.0Q,注意末位零表示测量准确度，不能省略。该电阻箱调节范围为0——999.9Q。.电阻箱和滑动变阻器的区别①电阻箱的阻值可以直接读出，滑动变阻器的阻值不能直接读出。②电阻箱的电阻值变化是不连续的，滑动变阻器的电阻值可以连续变化。③滑动变阻器有滑动片(可动轴头)，电阻箱没有。.注意事项①不得过载使用，注意额定电流和电阻额定功率。②电阻接入电路时，阻值要大一些，以免电路电流太大烧坏电表。③若需要将电阻箱阻值调小时，应先调大再调小，如要将210Q调到209Q,应将210Q先调为219Q,再调为209Q,不能先调为200Q,再调为209Q；同样要将9Q调到10Q,应先调为19Q,不能先调为0Q,再调为10Q。④电阻箱不能代替变阻器长时间通电使用。五、多用电表多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程。上半部为表头，表盘上有电流、电压、电阻等各种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻着各种测量项目和量程。另外，还有欧姆表的调零旋钮，机械调零旋钮和测试表的插孔。测电阻是依据全电路欧姆定律；测电流和电压是依据串联和并联电路特点及部分电路欧姆定律。欧姆表内部电路如图13—2示，R为调零电阻，红黑表笔接触，进行欧姆表调零时，表头指针满偏，根据全电路欧姆定律有Ig=e/(Rg+R+r)；当红、黑表笔间接有未知电阻小时，有I=e/(Rg+R+r+Rx),故每一个未知电阻都对应一个电流值I,我们在刻度盘上直接算出与I对应的Rx的值，所测电阻的值即可从表盘刻度直接读出；当Rx=Rg+R+r时，I=Ig/2,指针半偏，所以欧姆表内阻等于R中。图启-2典型实验.用描迹法画出电场中平面上等势线实验所用的电流表是零刻度在中央的电流表，在实验前应先测定电流方向与指针偏转方向的关系：将电流表、电池、电阻、导线按图1或图2连接，其中R是阻值大的电阻，r是阻值小的电阻，用导线的a端试触电流表另一端，就可判定电流方向和指针偏转方向的关系。该实验是用恒定电流形成的电场模拟静电场。与电池正极相连的A相当于正点电荷，与电池负极相连的B相当于负点电荷。白纸应放在最下面，导电纸应放在最上面（涂有导电物质的一面必须向上），复写纸则放在中间。.伏安法测电阻伏安法测电阻有a、b两种接法，a叫（安培计）外接法，b叫（安培计）内接法。外接法的系统误差是由电压表的分流引起的，测量值总小于真实值，小电阻应采用外接法；内接法的系统误差是由电流表的分压引起的，测量值总大于真实值，大电阻应采用内接法。如果无法估计被测电阻的阻值大小，可以利用试触法：如图将电压表的左端接a点，而将右端第一次接b点，第二次接c点，观察电流表和电压表的变化，若电流表读数变化大，说明被测电阻是大电阻，应该用内接法测量；若电压表读数变化大，说明被测电阻是小电阻，应该用外接法测量。（这里所说的变化大，是指相对变化，即AI/I和AU/U）O（1）滑动变阻器的连接滑动变阻器在电路中也有a、b两种常用的接法：a叫限流接法，b叫分压接法。分压接法被测电阻上电压的调节范围大。当要求电压从零开始调节，或要求电压调节范围尽量大时应该用分压接法。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。（2）实物图连线技术无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好；对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）。对分压电路，应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据伏安法部分电表正负接线柱的情况，将伏安法部分接入该两点间。（3）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（10Q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