第三课时-电学实验的基础理论A4

高三一轮复习学案编号：66日期：2017.12.9电学实验的基础理论cmcmcm1．毫米刻度尺的读数：2．游标卡尺：(1)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成。不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm。(2)精度：对应关系为10分度0.1mm,20分度0.05mm,50分度0.02mm。(3)读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精度)mm。(4)游标卡尺不需要估读，读数结果10分度为××.×mm一位小数，20分度和50分度为××.××mm两位小数，换算单位时只需要移动小数点，最后一位数字即使是0也不能抹掉。（5）游标卡尺的读数方法：“三看”eq\o\ac(○,1)第一看→精确度：例如(如图1所示)，易错读成11mm＋4×0.1mm＝11.40mm。正确的应为11.4mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零，也不能随意去零。例如(如图2所示)：易错读成10mm＋12×0.05mm＝10.6mm，正确的应为10.60mm。eq\o\ac(○,2)第二看→游标尺上的0刻度线位置，区分零刻度与标尺最前端。例如(如图3所示)：易错读成11mm＋10×0.05mm＝11.50mm，正确读数为14mm＋10×0.05mm＝14.50mmeq\o\ac(○,3)第三看→游标尺的哪条(第N条)刻度线与主尺上的刻度线对齐.【练习2】读出三种情况下游标卡尺的读数。mmmmmm3．螺旋测微器(1)原理：测微螺杆与固定刻度之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮每旋转一周，测微螺杆前进或后退0.5mm，而可动刻度上的刻度为50等份，每转动一小格，测微螺杆前进或后退0.01mm，即螺旋测微器的精确度为0.01mm。读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。(2)读数：测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)。(3)螺旋测微器需要估读，读数结果为×.×××mm三位小数，需要特别注意半毫米刻度线是否露出。【练习3】读出几种种情况下螺旋测微器的读数。4．电流表、电压表的读数：两种电表的读数方法电流表电压表参数量程：0～0.6A，0～3A内阻：小于1Ω量程：0～3V，0～15V内阻：3kΩ，15kΩ读数方法视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3A量程估读到最小分度的eq\f(1,10)，0.6A量程的估读到最小分度的eq\f(1,2)视线垂直于刻度盘表面，一般都需估读，3V量程估读到最小分度的eq\f(1,10)，15V量程的估读到最小分度的eq\f(1,5)【练习4】读出下列个电表的读数。0.6A量0.6A量A3A量程A3V量程V15V量程V0.6A量程A3A量程A3V量程A15V量程A二、电流表的连接：内接法外接法电路结构误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV测量数值R测＝eq\f(U测,I真)>RxR测＝eq\f(U真,I测)<Rx误差分析测量值大于真实值测量值小于真实值适用条件Rx≫RARV≫Rx适用测量大电阻小电阻电路选择计算法eq\f(Rx,RA)>eq\f(RV,Rx)或Req\o\al(2,x)>RARVeq\f(Rx,RA)<eq\f(RV,Rx)或Req\o\al(2,x)<RARV试触法若不知Rx的大概阻值，可采用“试触法”，将电路如图所示连接，空出电压表的一个接头S，然后将S分别与a、b接触一下若电流表“相对变化”明显，说明电压表分流作用较大，应采用电流表内接法若电压表“相对变化”明显，说明电流表分压作用较大，应采用电流表外接法【问题情景1】一个未知电阻，无法估计其电阻值，某同学用伏安法测量此电阻，用如图所示甲、乙两种电路各测一次，用图甲测得的数据是3.0V，3.0mA。用图乙测得的数据是2.9V，4.0mA。由此可知，用图________测得Rx的误差较小，测量值Rx＝________。【小结】两种接法的选择方法：①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大、小外偏小”。②临界值计算法：Rx＜eq\r(RVRA)时，用电流表外接法；Rx＞eq\r(RVRA)时，用电流表内接法。③实验试探法。【训练题组1】1．(2014·全国卷Ⅱ)在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200Ω，电压表eq\o\ac(○,V)的内阻约为2kΩ，电流表eq\o\ac(○,A)的内阻约为10Ω，测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示，结果由公式Rx＝eq\f(U,I)计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。2．（2015广东-34）某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性，使用的器材包括电压表（内阻约为3kΩ）、电流表（内阻约为1Ω）、定值电阻等。使用多用电表粗测元件X的电阻约为10Ω。据此应选择图中的（填“b”或“c”）电路进行实验。限流接法分压接法两种接法电路图负载R上电压调节范围eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E负载R上电流调节范围eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)闭合S前触头位置b端a端三、控制电路：【问题情景2】有一个电阻Rx，其阻值大约是10Ω，请选择适当的器材，以便测量其阻值。可供选择的电路如图。可供选择的器材是：A．电动势4.5V、内阻不计的电源EB．量程为15V、内阻10kΩ的电压表V1C．量程为3V、内阻6kΩ的电压表V2D．量程为300mA、内阻4Ω的电流表A1E．量程为5A、内阻2Ω的电流表A2F．最大阻值20Ω、额定电流1.5A的滑动变阻器R1G．最大阻值500Ω、额定电流0.5A的滑动变阻器R2H．开关和若干根导线。则选用的电路是____________(填甲或乙)，选用的器材是__________(填器材的字母代号)。【小结】1．必须选用分压式的“3种情况”①若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，既若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法。②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化不明显，此时，应改用分压式接法。③若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法。2．滑动变阻器是串联限流使用还是并联分压使用首先要看实验要求，有没有明显的语言暗示，若存在以下语言暗示，滑动变阻器要并联分压使用：①要求电压或电流从零开始变化；②要求多测量几组数据；③要求电压或电流变化范围足够大；④虽没有文字暗示，但在表格中给出了一系列的数据，应依据数据中电压(或电流)的变化范围特点来判断，如果电压变化范围大，则滑动变阻器应并联分压使用。【训练题组2】1．下图为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5V。(1)完成下列实验步骤：①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，____________；②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，__________________；③断开开关，根据实验数据在方格纸上绘出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。(2)在虚线框中画出与实物电路相应的电路图。2．为了测量某待测电阻Rx的阻值(约为30Ω)，有以下一些器材可供选择。电流表A1(量程0～50mA，内阻约10Ω)；电流表A2(量程0～3A，内阻约0.12Ω)；电压表V1(量程0～3V，内阻很大)；电压表V2(量程0～15V，内阻很大)；电源E(电动势约为3V，内阻约为0.2Ω)；定值电阻R(20Ω，允许最大电流1.0A)；滑动变阻器R1(0～10Ω，允许最大电流2.0A)；滑动变阻器R2(0～1kΩ，允许最大电流0.5A)；单刀单掷开关S一个，导线若干。(1)电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应选________。(填字母代号)(2)请在下面的虚线框内画出测量电阻Rx的实验电路图。(要求所测量范围尽可能大)(3)某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻阻值的表达式为Rx＝_____。四、仪器选择的基本思路1．优先考虑安全因素：电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流(或电压)不能超过其允许的最大电流(或电压)．实际处理过程中，需要估算回路中的最大电流(一般应假设变阻器采用限流接法时进行估算)．如用伏安法作出标有“6V，0.6W”字样的小灯泡的U－I图线，则实际加在灯泡两端的电压的最大值不能超过6V。2．考虑读数误差因素：一般要求各电表的实际读数不小于其量程的eq\f(1,3)，以减小读数误差．3．仪器选择的一般步骤：①选择应注意从唯一性器材或被测量部分的唯一性器材入手；②粗画电路图(暂不接电流表和电压表)；③估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材．【问题情景3】（2015·天津理综）用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组（电动势约4.5V，内电阻约1Ω）的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：A．电流表：量程0.6A，内电阻约1ΩB．电流表：量程3A，内电阻约0.2ΩC．电压表：量程3V，内电阻约30kΩD．电压表：量程6V，内电阻约60kΩE．滑动变阻器：0～1000Ω，额定电流0.5AF．滑动变阻器：0～20Ω，额定电流2A（1）为了使测量结果尽量准确，电流表应选用，电压表应选用，滑动变阻器应选用（均填仪器的字母代号）。（2）补全电路图。【训练题组3】1．某电阻的阻值约为220Ω，为更精确地测量其电阻，除待测电阻外还有的器材及其代号规格如下：电流表A1(量程0～3mA，内阻约50Ω)电流表A2(量程0～15mA，内阻约30Ω)电压表V1(量程0～3V，内阻约10kΩ)电压表V2(量程0～15V，内阻约25kΩ)滑动变阻器R1(阻值范围0～15Ω)滑动变阻器R2(阻值范围0～2kΩ)直流电源E(电动势4V，内阻不计)开关S，导线若干为使实验误差较小，请在虚线框中画出正确电路图，并标明所用器材的代号。五、设计性实验高考可以考查其中的几个方面1．实验原理的选择和确定：根据实验的目的，明确要做什么；根据问题的依据：用何规律。一旦实验原理确定下来，就可根据实验目的及问题的依据，选择实验方法，拟定实验方案。2．选择实验器材和实验装置遵循的几个原则：（1）安全性原则，（2）可行性原则，（3）准确性原则，（4）方便性原则。3．设计实验操作程序－－实验步骤：正确的实验程序设计必须注意确保实验顺利完成与成功，保证实验器材的安全，注意实验原理中的关键点。4．实验数据的分析、处理方法：(1)图象法：作图法可以减小实验中的偶然误差。根据实验数据在坐标纸上作图的要求是：准确、清楚、布局合理、便于应用。图象应尽可能穿过较多的点或尽可能多的描点分布在图线的两侧。(2）逐差法：一般用于等间隔线性变化的测量中。即纵轴的物理量随横轴的物理量均匀变化的情形.纸带的处理。【问题情景4】1．某同学为了描绘一个标有“12V,6W”的小灯泡的伏安特性曲线，他到实验室寻找到了一些仪器，但没找到电压表，找到的器材规格如下：A．电流表A1(0～0.5A，内阻为0.5Ω)B．电流表A2(0～0.6A，C．电阻箱R1(0～9999.9Ω，最小调节量0.1Ω)D．电阻箱R2(0～99.9Ω)，最小调节量0.1Ω)E．滑动变阻器R3(0～50Ω，额定电流为1.5A)F．滑动变阻器R4(0～5Ω，额定电流为G．16V直流电源H．开关、导线若干，待测灯泡利用现有器材，结合所学知识，请你替这位同学设计本实验．(1)画出实验原理图；(2)以上器材中电阻箱应选用________，滑动变阻器应选用________(填代号)．(3)写出小灯泡两端电压的表达式，并说明式中符号的意义：_______【训练题组4】1．某同学通过实验描绘一个标有“3V，0.6W”小灯泡的伏安特性曲线，现有电源(电动势6V，内阻不计)、电流表A0(0～500μA，内阻1000Ω)、定值电阻R、开关和导线若干，其他可供选用的器材如下：A．电流表(0～250mA，内阻约为5Ω)B．电流表(0～0.6A，内阻约为0.2Ω)C．滑动变阻器(0～10Ω，额定电流1.0A)D．滑动变阻器(0～50Ω，额定电流0.2A)(1)为了测定小灯泡上的电压，可以将电流表A0串联定值电阻的阻值R＝________Ω，将其改装成一个量程为3.0V的电压表。(2)为减小测量误差并便于操作，实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。(选填器材前的字母)(3)如图甲是实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，请补充完成图甲中实物间的连线。(4)某同学在实验中测出9组对应的数据，已在图乙坐标中描出相应的点，请在图中作出小灯泡的伏安特性曲线，如果将这个小灯泡接到电动势为3.0V、内阻为5.0Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是______W(结果保留两位有效数字)。1．毫米刻度尺的读数：30.5060.10【练习2】1.141.4500.420【练习3】0.3984.7000.6180.6800.260【练习4】0.6A量程0.6A量程0.46A3A量程2.30A3V量程2.4015V量程12.0V0.6A量程0.16A3A量程0.80A3V量程2.1615V量程10.8【问题情景1】答案：甲1000Ω解析：对比两次测量中电压和电流的变化量，电压的变化量为原电压的eq\f(1,30)，电流的变化量为原电流的eq\f(1,3)，说明电压的变化量远小于电流的变化量．因此，电流表分压不明显，即电流表内阻RA≪Rx，所以采用图甲测量时误差较小，且Rx＝eq\f(U,I)＝eq\f(3.0,3.0×10－3)Ω＝1000Ω.【训练题组1】1．[答案]Rx1大于小于[解析]根据题意知eq\f(Rx,RA)>eq\f(RV,Rx)，电压表的分流作用较显著，故采用电流表内接法得到的Rx1更接近待测电阻的真实值。题图甲的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1>Rx真；题图乙的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2<Rx真。2．b【问题情景2】答案甲A、C、D、F、H解析:Rx的阻值大约为10Ω，与电流表内阻接近，因此用电流表外接法，同时Rx的大约值小于滑动变阻器的总阻值，因而采用限流接法，故选用甲电路；电源电动势E＝4.5V，E＝Im(Rx＋RA)，Im＝eq\f(4.5,14)A＝0.321A＝321mA或Im＝eq\f(4.5,12)A＝0.375A＝375mA，电流表选D。U＝ImRx＝0.321×10V＝3.21V，因而电压表选C，变阻器R2最大值为500Ω，与Rx偏差太大，因此变阻器选F。【训练题组2】1．[答案](1)①使它靠近滑动变阻器左端的接线柱②增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到其额定电压(2)见解析图[解析](1)滑动变阻器为分压式接法，故闭合开关前，灯泡两端的电压为零，调节滑动变阻器的滑片，使它靠近滑动变阻器左端的接线柱。闭合开关后，逐渐移动滑动变阻器的滑片，增加小灯泡两端的电压，记录电流表和电压表的多组读数，直至电压达到额定电压。(2)与实物电路相应的电路图如图所示。2．答案(1)A1V1R1(2)见解析图(3)eq\f(U,I)－R解析:(1)首先选取唯一性器材：电源E(电动势约为3V，内阻约为0.2Ω)，定值电阻R(20Ω允许最大电流1.0A)，单刀单掷开关S，导线。电源电动势约为3V，所以电压表选择V1(量程0～3V，内阻很大)；待测电阻Rx的阻值约为30Ω，流过Rx的最大电流为eq\f(3V,30Ω)＝0.