高考物理重点专题课件之电学实验

1、电学实验,1.电阻的测量 2. 测定金属的电阻率 3. 描绘小电珠的伏安特性曲 线 4. 把电流表改装成电压表 5. 测电池的电动势和内电阻 6. 多用电表的使用,用电压表测电压,用电流表测电流,外接法？ 内接法？,限流式？ 分压式？,1.原理,一伏安法测电阻,“同一性”,2.电路,限流器电路，安培表内接法,限流器电路，安培表外接法,分压器电路，安培表内接法,分压器电路，安培表外接法,1.在限流式电路和分压式电路中待测电阻的电压的变化范围如何？,2.在限流式电路和分压式电路中，滑动变阻器的阻值与待测电阻相比大一些调节方便还是小一些调节方便？,4.什么情况下滑动变阻器采用限流式电路？什么情况下采

2、用分压式电路？,3.在限流式电路和分压式电路中，在合上开关以前，滑动变阻器的触头应处于什么位置？,滑动变阻器之限流式和分压式,负载RX的电压调节范围,可见滑动变阻器的总阻值R越大，电阻RX两端电压的变化范围越大。变阻器总阻值R 是Rx 的2-5倍时，限流接法对电流、电压控制作用显著，这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.,(1) 限流电路,在合上开关以前，一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大,如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调，也没有要求多测几组数据，而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大，并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作，这时应从节省电能（）

3、和电路简单考虑，选用限流电路。,(2) 分压电路,负载RX的电压调节范围0-E,在合上开关以前，一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端以使负载上的电压和电流最小（均为零）,滑动变阻器的总阻值R越小，越便于调节用电器两端电压 一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻, 在0.10.5倍之间为好。,要求测量结果尽量准确，需要多测几组数据；要求待测电阻两端电压变化范围较大；或要求从零开始连读可调，应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多，为了能使待测电阻两端电压有较大变化，应选分压电路。如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程，应选分压电路

4、,1.什么是测量值和真实值？,2.测量值比真实值偏大还是偏小？,4.误差产生的原因如何？,5.如何减少误差？,3.测量值本质上测得是什么量？ 根据测量值如何求真实值？,6.什么情况下用外（内）接法？,伏安法测电阻之内接外接,测量电路的选择,由于电流表分压引起的。,误差产生的原因:,若 时，采用电流表内接法,由于电压表分流引起的。,误差产生的原因：,若 时，采用电流表外接法。, 比值法,b.选择方法：,内接法与外接法的选择,a.条件：已给出R的估计阻值,若 时，采用电流表内接法。,若 时，采用电流表外接法。, 试触法,b.选择方法：将电压表分别接a、b两点,结论：两次接触，那个表示数变化明显,R

5、x就与那个表“近接”,a.条件：未给出RX的估计阻值,如果电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，不满足RXRV,不适应用电流表的外接法应用电流表的内接法。反之，用外接法,从另一个角度来看，电压表的示数有显著变化，说明电流表的分压作用较大，不满足RXRA,应选用外接法P 应接在a 处。,例1.一个未知电阻Rx无法估计其电阻值，某同学用伏安法测电阻的两种电路各测量一次，如图所示，按甲图测得数据是3.0V、3.0mA,按乙图测得数据是2.9V、4.0mA,由此可知按图所示的电路测量的误差较小， Rx的真实值更接近于 。,甲,1000,思考1：Rx 的真实值大于还是小于1000？,小于,思考

6、2：若已知电流表内阻为0.1,那么Rx的真实值是多大？,999. 9,1.在限流式电路和分压式电路中待测电阻的电压的变化范围如何？,2.在限流式电路和分压式电路中，滑动变阻器的阻值与待测电阻相比大一些调节方便还是小一些调节方便？,4.什么情况下滑动变阻器采用限流式电路？什么情况下采用分压式电路？,3.在限流式电路和分压式电路中，在合上开关以前，滑动变阻器的触头应处于什么位置？,滑动变阻器之限流式和分压式,负载RX的电压调节范围,可见滑动变阻器的总阻值R越大，电阻RX两端电压的变化范围越大。变阻器总阻值R 是Rx 的2-5倍时，限流接法对电流、电压控制作用显著，这样既便于调节,用电器两端电压变化

7、范围又比较大.,(1) 限流电路,在合上开关以前，一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大,如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调，也没有要求多测几组数据，而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大，并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作，这时应从节省电能（）和电路简单考虑，选用限流电路。,(2) 分压电路,负载RX的电压调节范围0-E,在合上开关以前，一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端以使负载上的电压和电流最小（均为零）,滑动变阻器的总阻值R越小，越便于调节用电器两端电压 一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻, 在0.10.5倍之间为好。,要求测量结果尽量

8、准确，需要多测几组数据；要求待测电阻两端电压变化范围较大；或要求从零开始连读可调，应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多，为了能使待测电阻两端电压有较大变化，应选分压电路。如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程，应选分压电路,4.仪器的选择,安全性原则,要保证所用仪器的安全，电源最大允许通过的电流、电压表和电流表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电源、电表和用电器时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。,精确性原则,尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必

9、使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），电表达不到满偏的1/3是不允许的。,操作性原则：,如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压(电流)比较方便；当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压(电流)比较方便,选择的一般步骤,根据实验要求设计合理的实验电路； 找出唯一性的器材； 根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器. 估算电路中电压和电流的最大值或最小值，结合已知器材的规格选定电源、选定电压表和电流表以及所用的量程；,例1.用伏安法测量金属导线的电阻R，试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培

10、表的量程为0.6A，内阻接近1，伏特表的量程为3V，内阻为5K;电源的电动势为6V，变阻器的阻值为020 。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。,解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：,例2：有一个电阻Rx，其阻值大约是25k ，可供选择的器材是：电流表A1 (0-100A, 2k)电流表A2 (0-500A, 300)电压表V1 (0-10V, 100k）电压表V2 (0-50V, 500K）直流稳压电源 E（15V，1A） 滑动变阻器 R (1k, 1W) 电键K和若干根导线 试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出

11、电路图，再将如图示的实物连线。,解：（1）电压表、电流表的选择,由于滑动变阻器的电阻明显小于待测电阻，因此滑动变阻器必须用分压器接法。,若电压表选V2（50V），因为电源电压15V不足其量程的1/3，所以电压表应选V1（10V）。,（2）电流表内接法和外接法的选择,实验电路图,因为RX=25KRA=300，所以采用电流表内接法,由于用分压器接法时，电阻RX 中的最大电流为,Imax= 10V /25K = 0.4mA = 400A,所以电流表选A2（500 A ）,例3. 如图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下： (1)待测电阻Rx（约100） (2)直流毫安表

12、（量程010mA，内阻50） (3)直流电压表（量程03V，内阻5k） (4)直流电源（输出电压4V，内阻可不计） (5)滑动变阻器（阻值范围015，允许最大电流1A） (6)电键一个，导线若干条 根据器材的规格和实验要求， 在本题的实物图上连线,答：,因毫安表内阻与待测电阻相近，必须“外接”,因为变阻器电阻很小，电源和滑动变阻器连接 成分压电路，,（全题6分电源、滑动变阻器连接成分压电路，占3分除电键接错扣1分外，其它任何错都不给这3分伏安法测电阻的电路占3分，其中电流表应外接，即电压表应直接与待测电阻并联这部分接线中有任何错误都不给这3分）,伏安法测电阻之发散思维,2“安安法”,电流表的创

13、新使用测电压,条件：已知电流表A2的内阻,将A2看成一个电压表使用,1“伏安法”测电压表的电阻,电压表（电流表）是一个能读出其两端电压（通过其电流）的电阻,没有系统误差,没有系统误差,此电路能否测量出电流表的内阻？,根据并联分流进行测量,没有系统误差,3“伏伏法”,电压表的创新使用测电流,条件：已知电压表V2的内阻,将V2看成一个电流表使用,没有系统误差,存在系统误差,能否消除？,根据串联分压进行测量,没有系统误差,没有系统误差,A1,例4某电压表的内阻在2050k之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:,待测电压表V(量程3V) 电流表A1(量程200A ) 电流表A2(量程5mA

14、) 电流表A3(量程0.6A) 滑动变阻器R(最大阻1K) 电源(电动势4V) 电键K. (1)所提供的电流表中,应选用_(填写字母代号).,(2)为了尽量减小误差,要求测多组数据.试在方框中画出符合要求的实验电路图,解析：由于滑动变阻器用分压接法时，伏特表两端电压变化范围较大，可以多测几组数据，故滑动变阻器用分压接法由于电压表中通过的最大电流为Imax= 3V/20K = 150A，因此电流表应选用A1,二替代法测量电阻,利用伏安法测电阻，无论电流表内接还是电流表外接都会对测量造成误差，而利用比较法测电阻可避免这些误差实验时先连入某待测电阻，记下电路中电表的读数，然后把待测电阻换成电阻箱，调

15、整电阻箱，使电路中电表的读数与原来一样，这样的电阻箱便是待测电阻的阻值,1.原理,2.电路,用电阻箱和电流表测量,用电阻箱和电压表测量,例1为了测量电流表A1的内阻，采用图示的电路，其中电流表A1的量程是0300A、内阻约为100（待测）；A2是标准电流表，量程0-200A；R1为电阻箱，阻值范围0999.9；为电池，电动势3V、内阻不计；S1为开关，S2为单刀双掷开关。按电路图接好电路后，将可变电阻器R2和电阻箱R1适当调节后，将单刀双掷开关S2扳到接点1处，接通开关S1，调节可变电阻R2，使两电表的读数都是150A；然后将开关S2扳到接点2，调节电阻箱R1使标准电流表的读数仍是150A，若

16、此时电阻箱各旋钮位置如图，则： （1）电流表A1的内阻Rg=_ .（2）为了保证两电流表的安全使用，限流电阻R3 的阻值应选A.100B.150C.10KD.15K（ ）,解替代法测电阻, 当R2=0时,要保证两个电流表都不超过量程,R3=E/Imin =3 / 0.2mA = 15k 选D,Rg=92.8 ,三半偏法测量电流表的内阻,1.原理,半偏法测电流表内阻的原理是欧姆定律和并联电路的电流分配关系，因电流表可以读出自身的电流，故在其电流减半时，必有另一支路分掉另一半的电流，在总电流近似不变的条件下，该支路的电阻（电阻箱读出）等于电流表的电阻,2.电路,3.步骤,1.先闭合S1,调节R1使

17、电流表指针满偏.,2.再闭合S2，保持电阻R1不变，调节R2使电流表指针半偏，记下R2的值.,3.若R1100R2 ，有Rg=R2,4.误差分析,在用半偏法测电流表的内阻的实验中，当闭合开关S2时，调节R2使电流表半偏，即通过电流表的电流为Ig/2，此时干路总电流因回路中总电阻变小而变大，即比Ig稍大，这样通过R2的电流将大于Ig/2，因此电流表内阻的测量值小于真实值,5.半偏法测电压表的内阻,R测R真,1.把电阻箱R0的阻值调到0，把滑动变阻器的触头P滑到a端,3.保持滑动变阻器触头位置不变，调节R0使电压表指针半偏，记下R0的值.,4.若RRV ，有Rg=R0,2.闭合开关S，调节R使电压

18、表指针满偏.,半偏法测电压表的内阻,半偏法测电流表的内阻,电路,实验条件,实验步骤,1.把滑动变阻器的触头P滑到a端把电阻箱R0的阻值调到0,1.把滑动变阻器R1的电阻调到最大，把电阻箱R2的阻值调到0,2.闭合开关S，调节R使电压表指针满偏.,2.先闭合S1 ，调节R1使电流表指针满偏.,3.再闭合S2，保持电阻R1不变，调节R2使电流表指针半偏，记下R2的值,则Rg=R2.,3.保持滑动变阻器触头位置不变，调节R0使电压表指针半偏，记下R0的值,则RV=R0.,上述操作步骤中，必要的操作步骤按合理顺序排列应为 。若在步骤 中，读出R0的值为2400 ，则电压表的内阻RV = 。用这种方法测

19、出的内阻RV与其真实值相比偏。,E. 调节滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为3.0V,例1为了测量一个量程为3.0V的电压表的内阻，可以采用图所示的电路，在测量时，可供选择的步骤如下：,A.闭合开关S,B.将电阻箱R0的阻值调到最大,F.断开开关S,C.将电阻箱R0的阻值调到零,H.将滑动变阻器的滑动触头调到a端,G.将滑动变阻器的滑动触头调到b端,D.调节电阻箱R0的阻值，使电压表示数为1.5V，读出此时电阻箱R0的阻值，,2400,大,I2R =I1 Rx Rx = I2R /I1,四.比较法测量电阻,甲图中的电压表的电压U1、 乙图中的电压表的电压U2,描绘小灯泡的伏安特性曲线,1.画出

20、实验电路图如图示,2.什么电流表采用外接法？,3.滑动变阻器为什么要用分压器接法？,高考题 描绘出一个“220V 60W”灯泡的UI 图象，肯定不符合实际的是下图中的 （ ）,A C D,上图中，若将 I、U对调，则选 （ ）,A B D,4.若测出一个热敏电阻的U-I图线，正确的应是上图中的（ ）,C,5.画出的UI图象的斜率的物理意义是什么？,6.为什么小灯泡的电阻随两端电压的增大而增大？,4.某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下一组U和I 的数据: 在右图上画出I-U 图线. 从图线上可以看出,当功率逐渐增大时,灯丝电阻的变化情况是: . 这表明导体的电阻随 温度升高而 .,高考题,

21、开始不变,后来逐渐增大,增大,例1. 为了研究一个“2.5V，0.1W”的小灯泡的伏安特性，现有蓄电池一组，电键一个，导线若干，其他可供选择的器材如下： A量程为 03A，内阻为 0.025 的电流表； B量程为 00.6A，内阻为 0.2的电流表； C量程为 0l00mA，内阻为 5 的电流表； D量程为 03V，内阻为 10K 的电压表； E量程为 015V，内阻为 50k 的电压表； F05 的滑动变阻器，额定电流为1A。 （1）要正确地完成这个实验， 电流表应选 ， 电压表应选 (填代号)。 （2）画出电路原理图：,解：I灯=0.1/2.5=0.04A=40mA R灯=62.5 ,C,

22、D,滑动变阻器阻值太小，用分压器接法,安培表用外接法。,例2为了测定一个“6.3V，1W”的小电珠正常发光时的电阻，,A电流表0.6A，0.2 B毫安表200mA，0.5 C电压表10V，1k D电压表15V，1.5k E电源6V，2A F电源9V，1A G电源15V，0.1A H可变电阻10，1W I可变电阻20，0.8W J可变电阻50， 0.5W K导线若干，电键一个,实验室提供了下列实验器材： 实验时应选用的器材是 ,求出可变电阻及电灯的额定值 I1 0.32A I 灯0.16A I20.2A R 灯=40 I30.1A,B C F I K,1由电阻定律公式 R=L /S 知，电阻率=

23、RS/L 。因此，要测定金属的电阻率，只须选择这种金属材料制成的导线，用“伏安法”测出金属导线的电阻R，用刻度尺测出金属导线连入电路部分的长度 L，用螺旋测微器测出金属导线的直径d，然后由S=d2/4 算出金属导线的横截面积S，即可求得金属的电阻率。,2. 在用“伏安法” 测量金属导线的电阻R 时， 由于通常选择待测金属导线的电阻约为数欧姆，实验室常用的安培表（量程取0.6A）的内阻RA为 0.125，伏特表（量程取3V）的内阻RV为3KV，比较后，有RVR。因此必须采用安培表外接法，才能使由于电表的接入引起的系统误差较小。,3由电阻率的计算式还可看出，金属导线d 的测量值的准确程度对实验误差

24、的影响较大。因此，本实验选用螺旋测微器来测量金属导线的d。,伏安法测电阻率的原理说明,千分卡,（螺旋测微器）,9.694mm,10.190mm,思考1只用毫米刻度尺，请设法粗略地测出实验中所用滑动变阻器（总电阻已知）电阻丝的电阻率（不允许把电阻丝拆下来），实际做一做，把测量的方法和实验数据写出来。,提示：导线长度可根据电阻丝的圈数和圆筒直径算出，导线直径可用刻度尺量出几十匝电阻丝的长度后算出。,思考2. 本实验中正确选用电路后，所测得的金属的电阻率比真实值 .,小,思考3有一合金丝，横截面积为5.1107米2，长L10米，要测其电阻率。现备有量程3伏，内阻3千欧的电压表，量程 0.6安，内阻0

25、.1 欧的电流表，两节干电池，0100欧滑动变阻器，开关、导线等。用伏安法测其电阻时，如电路选取正确，电压表示数为2.4伏，电流表示数为0.12安，所选取的是内接法还是外接法电路？被测合金丝的阻值是多少欧？合金丝的电阻率是多少？,（参考答案：内接法，19.9欧 ， 1.010-6 欧米）,误差分析拓展,V,A,Rg测量值小于真实值,R串大于标准值,R并小于标准值,改装成电压表读数小于真实值,改装成电流表读数小于真实值,改进：在R串上并联一个大电阻,改进：在R并上串联一个小电阻,RV大于标准值,RA小于标准值,通过表头的电流偏小,把电流表改装成伏特表,把电流表改装成安培表,a.电流表量程的扩大,

26、并联一个小电阻,由 (I-Ig) R= Ig Rg,R= Ig Rg(I-Ig),若I =n Ig,则 R= Ig Rg(I-Ig) = Rg (n-1),例. 若电流表的内阻Rg=1000 满偏电流Ig=100A 怎样把它改装成量程为10mA的电流表？,解：R= Ig Rg(I-Ig) =0.11000 9.9=10.1,或 R= Rg (n-1)=1000 99=10.1,例3. 如图示是一个双量程电流表，Ig=0.5mA，Rg=200 ，计算R1和R2的阻值。,解： （R1+R2） (I1-Ig) = Ig Rg ,R1+R2= Ig Rg(I1-Ig) = 1000.5=200 ,Ig

27、 （Rg+ R2 ）=(I2-Ig) R1 ,（Rg+ R2 ）=(I2-Ig) R1 Ig = 19R1, R1=20 R2=180,b. 电压表量程的扩大,串联一个大电阻,若U=nUg 则有,例. 若电流表的内阻Rg=1000 满偏电流Ig=100A 怎样把它改装成量程为U=3V的电压表？,解：Ug=IgRg=0.1V n=U/Ug=30,R=(n-1)Rg=29000 =29 k,例4. 如甲、乙图示是一个双量程电压表， Ig=1mA，Rg=100 ，计算R1和R2的阻值。,解：甲图 Ug= IgRg =0.1V， n1=30 n2=150,R1=（ n1 -1）Rg=2900 ,R2=

28、（ n2 -1）Rg=14900 ,乙图 同样求出R1 R1=（ n1 -1）Rg=2900 ,Rg +R1+R2=151=15 K,R2= 12 K,改装电压表的校对,电路图如图示,V为标准电压表， R为滑动变阻器（分压器接法）， 虚线框中为改装电压表。,改变变阻器R的滑片位置，使V 的示数分别为0.5V、 1.0V、 1.5V、 2.0V核对改装电压表的示数是否正确，并算出改装的电压表满刻度时的百分误差。,例如：改装的电压表满刻度3V时，标准电压表V的读数为3.1V，则百分误差,c. 多用表的电原理图,Ig =0.5mA，Rg=200 R1=20 R2=180 R3=2.9 K R4=14.9 K R5 +R6 =1.4K,mA表头 Ig= 1mA， Rg =100 ,跟欧姆表内的电池正极相接的是多用表的黑表笔,例5. 如图是一个万用表的刻度盘，当万用表选择开关置于“30mA”档时，测出的电流强度为 ；当选择开关置于“12V”档时，测出的电压为 ;当选择开关置