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2019-2020年高考物理二輪復習 電學實驗 精練教案 一、常見電路 1．測電阻電路（或描繪伏安特性曲線電路，或測量功率電路，或測量電阻率電路） （1）圖1為分壓式，外接法 （2）圖2為限流式，外接法 （3）將圖1改為分壓式，內(nèi)接法 （4）將圖2改為限流式，內(nèi)接法 測電阻電路，共有四種電路 2．測電動勢和內(nèi)阻電路 （1）測量電路如圖 （2）測量方法 第一、計算方法 測兩組端電壓U和電流I值，然后通過以下式子求解。 E＝U1＋I1r E＝U2＋I2r 第二、作U——I圖象方法 通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，取得多組（U，I）值，然后在坐標中描點，連成直線 用圖象處理問題，須注意以下幾點： ①連直線的方法：讓盡可能多的點在直線上，直線兩則分布的點的個數(shù)大致均勻偏離直線較遠的點舍去。 ②縱軸截距的含義：電動勢E ③橫軸截距的含義：短路電流I0 ④斜率的含義：電阻。求解方法：r=或用直線上任意兩點求解斜率的絕對值。 注意：在利用圖象法進行數(shù)據(jù)處理的過程中，如兩個物理量不成線性關系，必須化解成線性關系后再作圖。 3．電流表、電壓表改裝電路 （1）把電流表改裝電壓表電路 ①用半偏法測電流表的內(nèi)阻rg。 先將R調(diào)到最左端，閉合S1，斷開S2，調(diào)節(jié)R使電流表滿偏，然后使R不變，閉合S２調(diào)節(jié)R’使電流表指到滿刻度的一半，此時電阻箱R’的讀數(shù)即為電流表的內(nèi)阻rg。 注：此處R’只能用電阻箱，而不能用滑動變阻器，其阻值只需比靈敏電流表的電阻大一點就可以了，R一般使用滑動變阻器，其阻值要求較大，以減小因閉合S2而引起總電流的變化，從而減小誤差。 ②改裝電路 Rx＝U/Ig－rg 其中U為改裝后的滿偏電壓 ③核對電路 調(diào)節(jié)R，改變電壓，比較改裝表和標準表V的讀數(shù)，并計算百分誤差 100% 其中U是改裝表的讀數(shù)，U０是標準表的讀數(shù) 注：改裝電壓表和標準電壓表并聯(lián)進行核對 ④表流表內(nèi)阻誤差分析 在半偏法測內(nèi)阻電路中，當閉合S２時，引起總電阻減小，總電流增大，大于原電流表的滿偏電流，而此時電流表半偏，所以流經(jīng)R’的電流比電流表電流多，R’的電阻比電流表的電阻小，但我們就把R’的讀數(shù)當成電流表的內(nèi)阻，故測得的電流表的內(nèi)阻偏小。 （2）電壓表改裝電流表電路 ①用半偏法測電壓表的內(nèi)阻 先將R調(diào)到最左端，閉合S1和 S2，調(diào)節(jié)R使電壓表滿偏，然后使R不變，斷開S２調(diào)節(jié)R’使電壓表指到滿刻度的一半，此時電阻箱R’的讀數(shù)即為電流表的內(nèi)阻rg。 注：此處R’只能用電阻箱，而不能用滑動變阻器，其阻值只需比電壓表的電阻大一點就可以了，R一般使用滑動變阻器，其阻值要求較小，以減小因閉合S2而引起總電壓的變化，從而減小誤差。 ②改裝電路 若改裝電壓表量程為U，內(nèi)阻為Rv，改裝后的電流表的量程為I，則并聯(lián)電阻Rx＝____________ ③核對電路 　要求標準表A和改裝表串聯(lián)才能進行核對，其百分誤差的計算方法為100% 　　注意：將改裝電流表和標準電流表串聯(lián)進行核對 ④電壓表內(nèi)阻誤差分析 　　在半偏法測電壓表內(nèi)阻電路中，在斷開S２時，引起總電阻增大，滑動變阻器兩端分得電壓將超過原電壓表的滿偏電壓，調(diào)節(jié)R’使電壓表半偏時，R’上的電壓將比電壓表半偏電壓大，故R’的電阻比電壓表的內(nèi)阻大，所以測得電壓表內(nèi)阻偏大。 二、器材選取原則 1．準確性原則：選用電表量程應可能減小測量值的相對誤差，電壓表、電流表在使用時盡可能使指針接近滿量程，若指針偏轉不到滿偏角度的１/3，讀數(shù)誤差較大。 2．安全性原則：通過電源，電表，滑動變阻器，用電器的電流不能超過其允許的最大電流。 3．便于操作原則：選擇控制電路時，既要考慮供電電壓的變化范圍是否滿足實驗要求，又要注意便于操作。 三、電路選取 1．電流表內(nèi)外接法選取 （１）基本電路 （２）電路的對比 連接方式 誤差來源 測量值與真實值關系 適用范圍 外接法 電壓表分流 電流表的讀數(shù)大于流過待測的電流，故：R測時，視Rx為大電阻，應選用內(nèi)接法；當Rx＝時，兩種接法均可。 2．滑動變阻器分壓式、限流于接法選取 （１）基本電路 （２）電路的對比 調(diào)節(jié)范圍 限流式電路 分壓式電路 電壓調(diào)節(jié)范圍 ０→U 電流調(diào)節(jié)范圍 ０→ 　說明：U為電源端電壓，R為滑動變阻器最大電阻，Rx為待測電阻阻值。 （３）判斷方法 ①負載電阻Rx遠大于滑動變阻器總電阻R，須用分壓式接法，此時若采用限流式接法對電路基本起不到調(diào)節(jié)作用。 ②要求負載上電壓或電流變化范圍大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法。 ③采用限流電路時，電路中的最小電流（電壓）仍超過電流表的量程或超過用電器的額定電流（電壓）時，應采用變阻器的分壓式接法。 ④負載電阻的阻值Rx小于滑動變阻器的總電阻R或相差不大，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零開始起調(diào)，可用限流式接法。 ⑤兩種電路均可使用時應優(yōu)先用限流式接法，因為限流式接法總功率較小。 例1．有一小燈泡上標有“６v，０.6W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法測量這個燈泡的I—U圖像，已知所用器材有： A．電流表：0—0.3A，內(nèi)阻1Ω B．電壓表：0—15V，內(nèi)阻20kΩ C．滑動變阻器：0—30Ω，額定電流2A D．學生電源（直流9V） E．開關一只，導線若干 為使實驗誤差盡量減小，試畫出合理的實驗電路圖 例2．在“測定金屬的電阻率”實驗中，若粗估金屬絲的電阻Rx約為3Ω，為減小誤差，要求金屬絲發(fā)熱功率P<0.75W，備有的部分器材有： A．6V的電池組 B、電流表（0—0.6A，內(nèi)阻0.5Ω） C．電流表（0—3A，內(nèi)阻0.01Ω） D、電壓表（0—3V，內(nèi)阻1kΩ） E．電壓表（0—15V，內(nèi)阻5kΩ） F、滑動變阻器（0—100Ω，額定電流1A） G．滑動變阻器（0—20Ω，額定電流1A） （1）上述器材應選用的是________________________。（用字母代替） （2）畫出實驗電路圖 例3．一個未知電阻Rx，阻值大約為10kW—20kW.為了較為準確的測定其電阻值，實驗室中有如下器材： 　　電壓表V?。砍?V、內(nèi)阻約為3kW) (量程15V、內(nèi)阻約為15 kW) 電流表A1 (量程200mA、內(nèi)阻約為100W) 電流表A2 (量程5mA、內(nèi)阻約為10W) 電流表A3 (量程0.6A、內(nèi)阻約為1W) 電源 電動勢為３V 滑動變阻器R的最大阻值為200W 開關S a.在實驗中電壓表量程應選　　　　， 電流表應選　　　　　。 b.為了盡可能減少誤差，請你在虛線框中畫出本實驗的電路圖。 c、根據(jù)實驗的需要用筆滑線代替導線，將圖7所需的實物連接起來。 四、伏安法測電阻及電路的延伸設計 1、伏安法 如： 例2 2、比例法 受一些特殊的實驗條件限制，比如：電流（或電壓表）表面上雖有刻度，但無刻度值（或刻度值模糊），這時我們不能直接讀出電流或電壓，但可根據(jù)電流或電壓表刻度均勻的特點，通過測量其指針偏轉格數(shù)用比例法完成測量。 例4：現(xiàn)有一阻值為10.0Ω的定值電阻，一個開關、若干根導線和一個電壓表，該電壓表表面上有刻度但無刻度值。要求設計一個能測定某電源內(nèi)阻的實驗方案，（已知電壓表內(nèi)阻很大，電壓表量程大于電源電動勢，電源內(nèi)阻約為幾歐），要求： （1）畫出實驗電路圖 （2）簡要寫出完成接線后的實驗步驟 （3）寫出用測得的量計算電源內(nèi)阻的表達式r=_____________。 解析：（1）電路圖如右圖所示。 （2）①斷開開關，記下電壓表偏轉格數(shù)N1；②合上開關，記下電壓表格數(shù)N2。 （3）設電壓表每偏轉1格表示U0，當K斷開時，由閉合電路歐姆定律得： E＝U1＝N1U0 當K閉合后，有：E＝U2＋，即E＝N2U0＋，聯(lián)立兩式解得：r＝R。 3、替換法 用“伏安法”測電阻一般有電流表外接與電流表內(nèi)接兩種線路，因為電流表及電壓表本身并非理想電表，這兩種線路都存在誤差；另一種情況是實驗只提供一只電流表或電流表本身讀數(shù)不準，這時我們可以考慮在保證電表讀數(shù)不變的前提下，用一定值電阻（電阻箱）替換待測電阻，完成實驗并提高測量準確性： 例5：在某校開展的科技活動中，為了要測出一個未知電阻的阻值R，現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)不準的電流表A、定值電R0、電阻箱R1、滑動變阻器R2、單刀單擲開關S1、單刀雙擲開關S2、電源和導線。 （1）畫出實驗電路圖，并在圖上標出你所選用器材的代碼。 （2）寫出主要的實驗操作步驟 解析：（1）實驗電路如右圖所示。 （2）①將S2與Rx相接，記下電流表指針所指位置 ②將S2與R1相接，保持R2不變，調(diào)節(jié)R1的阻值，使電流表的指針在原位置上，記下R1的值，則Rx＝R1。 4、伏安法的推廣 對一些特殊電阻，如電流表或電壓表內(nèi)阻的測量，電路設計也有其特殊性：一是要注意到其自身量程對電路的影響，二是要充分利用其“自報電流或自報電壓”的功能。 例6：某電壓表的內(nèi)阻在20kΩ~50kΩ之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實驗室提供下列可供選用的器材：待測電壓表V（量程3V）、電流表A1（量程200uA）、電流表A2（量程5mA）、電流表A3（量程0.6A）、滑動變阻器R（最大值1kΩ、電源E（電動勢4V），開關S。 （1）所提供的電流表中，應選用________________。 （2）為了減少誤差，要求測量多組數(shù)據(jù)，試畫出符合要求的電路圖。 解析：因為通過電壓表的電流必須由電流表測定，所以電流表與電壓表應串聯(lián)，這實際上就是一種特殊的伏安法，電壓表成了一個“可自報電壓的大電阻”，由于電壓表內(nèi)阻在20 kΩ~50kΩ之間，電流表內(nèi)阻與電壓表內(nèi)阻相比可忽略不計，而滑動變阻器R的阻值遠小于電壓表內(nèi)阻，且實驗要求測多組數(shù)據(jù)，因此實驗電路中變阻器應接成分壓式，這樣電壓表的電流在80uA～200uA之間，故電流表應選A1。根據(jù)電流表、電壓表示數(shù)，可求得電壓表內(nèi)阻Rv＝ 5、比較法 某些問題中，因實驗器材不具備（缺電流表或電壓表），或因實驗條件限制，或因實驗精度不允許而不能用“伏安法”。這時我們就得依據(jù)問題的具體條件和要求重新選擇實驗原理，用“伏安法”的替代形式——“比較法”來設計實驗方案。 例7．從下表中選出適當?shù)膶嶒炂鞑模O計一電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1。要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。 （1）畫出電路圖，標明利用器材的代號。 （2）若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算r1，則所用的表達式r1＝________________，式中各符號的意義是____________________________________。 解析：分析題意知道需測量電流表A1的內(nèi)阻，按常規(guī)思想應用伏安法，將電壓表并聯(lián)在待測電流表兩端，但經(jīng)分析即使該電流表滿偏時兩端電壓僅為0.4V，遠小于10V量程。這恰恰就是本題設計考核學生應變能力的“陷阱” 根據(jù)所列儀器的特點，電流表A2內(nèi)阻已知，由此可采用兩電流表并聯(lián)，因為兩電流表兩端電壓相等即可省去電壓的測量，從而減小實驗誤差，由I2r2＝I1r1得r1= 此題也可理解為“將已知內(nèi)阻的電流表A2當成電壓表使用”。這實際也是伏安法的一種推廣形式。 練習 1．有一根細長而均勻的金屬材料樣品，截面為外方（正方形）內(nèi)圓，如圖所示。此金屬材料質量約為0.1～0.2kg，長約30cm，電阻約為10Ω。已知這種金屬的電阻率為，密度為。因管線內(nèi)徑太小，無法直接測量，請根據(jù)以下器材，設計一個實驗方案測量其內(nèi)徑。 A．毫米刻度尺 B．螺旋測微器 C．電流表（600mA，10Ω） D．電流表（3A，0.1Ω） E．電壓表（3V，6kΩ） F．滑動變阻器（2 kΩ，0.5A） G．滑動變阻器（10Ω，2A）H．直流穩(wěn)壓電源（6V，0.05Ω） I．開關一個，帶夾子的導線若干 （1）除待測金屬材料外，應選用的實驗器材有 。（只填代號字母） （2）畫出你設計方案的實驗電路圖，并把所選儀器連成實際測量電路。 （3）用已知的物理常量和所測得的物理量，推導出計算金屬管線內(nèi)徑的表達式。 2． （1）有一游標卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標上有20個小的等分刻度。用它測量一小球的直徑，如圖1所示的讀數(shù)是 mm。 如圖2，用螺旋測微器測量一根金屬絲的直徑，如圖所示的讀數(shù)是 mm。 （2）為了測量兩節(jié)串聯(lián)干電池的電動勢，某同學設計了如圖3所示的實驗電路。其中：E是待測電池組，內(nèi)阻不能忽略；V1、V2是兩只量程都合適的電壓表，內(nèi)阻不是很大，且未知；S1、S2是單刀單擲開關；導線若干。 ①請根據(jù)電路圖3，在圖4中連線，將器材連成實驗電路。 ②實驗中需要測量的物理量是 。 ③用測出的物理量作為已知量，導出計算串聯(lián)電池電動勢的表達式。（寫出推導過程） 。 3．⑴用一主尺最小分度為1mm，游標上有20個分度的卡尺測量一個工件的長度，如圖所示。由此讀出工件的長度為__________mm。 10 11 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 10 11 12 0 10 20 ⑵有一塊小量程的電流表G，滿偏電流為100μA，內(nèi)阻為500Ω。若把它改裝成3V和15V兩量程的電壓表，電流表G應與適當?shù)碾娮柚颠B接。經(jīng)計算，改裝后與電流表連接的電阻值在3V擋時R1=_____kΩ，15 V擋時R2=____kΩ。 把改裝的電壓表和標準表校核，發(fā)現(xiàn)標準表的滿刻度讀數(shù)為15V時，改裝表的讀數(shù)為14.7V。則改裝成的電壓表相對于滿刻度的百分誤差為______。 現(xiàn)有標準電壓表V、R1、R2、滑動變阻器R（最大阻值為20Ω）、電動勢為20V的電源E、單刀單擲和單刀雙擲開關S1、S2。請你在方框圖中畫出改裝后的電壓表與標準電壓表進行核對的實驗電路圖（在圖中標出3V、15V的接線柱）。 四、電流表、電壓表特殊使用 1．電流表當電壓表使用 2．電壓表當電流表使用 五、單刀雙擲開關在電路中的使用 為了測定電流表A1的內(nèi)阻，某同學采用如下圖所示的實驗電路。其中： A1是待測電流表，量程為300μA，內(nèi)阻約為100； A2是標準電流表，量程是200μA； R1是電阻箱，阻值范圍是0～999．9； R2是滑動變阻器； R3是保護電阻； E是電池組，電動勢為4 V，內(nèi)阻不計； S1是單刀單擲開關，S2是單刀雙擲開關。 （1）根據(jù)上圖所示電路的實物圖，請在右側的的方框中畫出實驗電路圖。 （2）請將該同學的操作補充完整： ①連接好電路，將滑動變阻器R2的滑片移到最 ；（填“左端”或“右端”）將開關S2扳到接點a處，接通開關S1；調(diào)整滑動變阻器R2，使電流表A2的讀數(shù)是150μA； ②將開關S2扳到接點b處， ，使電流表A2的讀數(shù)仍是150μA。 ③若此時電阻箱各旋鈕的位置如右圖所示，則待測電流表A1的內(nèi)阻Rg= Ω。 （3）上述實驗中，無論怎樣調(diào)整滑動變阻器R2的滑動位置，都要保證兩只電流表的安全。在下面提供的四個電阻中，保護電阻R3應選用 。（填寫阻值前相應的字 母） A．200 kΩ B．20 kΩ C．15 kΩ D．150 kΩ