2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 電學(xué)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。EU1I1rEU2I2r第二、作UI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(biāo)中描點，連成直線用圖象處理問題，須注意以下幾點：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(yuǎn)的點舍去?？v軸截距的含義：電動勢E橫軸截距的含義：短路電流I0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(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中，如兩個物理量不成線性關(guān)系，必須化解成線性關(guān)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S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。改裝電路RxU/Igrg 其中U為改裝后的滿偏電壓核對電路調(diào)節(jié)R，改變電壓，比較改裝表和標(biāo)準(zhǔn)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)，U是標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù) 注：改裝電壓表和標(biāo)準(zhǔn)電壓表并聯(lián)進(jìn)行核對表流表內(nèi)阻誤差分析在半偏法測內(nèi)阻電路中，當(dāng)閉合S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(dāng)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S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。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_核對電路要求標(biāo)準(zhǔn)表A和改裝表串聯(lián)才能進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)電流表串聯(lián)進(jìn)行核對電壓表內(nèi)阻誤差分析在半偏法測電壓表內(nèi)阻電路中，在斷開S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(zhǔn)確性原則：選用電表量程應(yīng)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(zhuǎn)不到滿偏角度的/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?。ǎ┗倦娐罚ǎ╇娐返膶Ρ冗B接方式誤差來源測量值與真實值關(guān)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<R真測小電阻內(nèi)接法電流表分壓電壓表讀數(shù)大于待測電阻兩端的電壓，故：R測<R真測大電阻（）判斷方法直接比較法：當(dāng)待測電阻Rx較小且遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻Rv時，應(yīng)選用外接法；當(dāng)待測電阻Rx較大且遠(yuǎn)大于電流表內(nèi)阻RA時，應(yīng)選用內(nèi)接法。臨界值法：當(dāng)待測電阻Rx<時，視Rx為小電阻，應(yīng)選用外接法；當(dāng)Rx>時，視Rx為大電阻，應(yīng)選用內(nèi)接法；當(dāng)Rx時，兩種接法均可。2滑動變阻器分壓式、限流于接法選?。ǎ┗倦娐罚ǎ╇娐返膶Ρ日{(diào)節(jié)范圍限流式電路分壓式電路電壓調(diào)節(jié)范圍U電流調(diào)節(jié)范圍說明：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。（）判斷方法負(fù)載電阻Rx遠(yuǎn)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。要求負(fù)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。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(yīng)采用變阻器的分壓式接法。負(fù)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。兩種電路均可使用時應(yīng)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(biāo)有“v，.6W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法測量這個燈泡的IU圖像，已知所用器材有：A電流表：00.3A，內(nèi)阻1 B電壓表：015V，內(nèi)阻20kC滑動變阻器：030，額定電流2A D學(xué)生電源（直流9V）E開關(guān)一只，導(dǎo)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3，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：A6V的電池組 B、電流表（00.6A，內(nèi)阻0.5）C電流表（03A，內(nèi)阻0.01） D、電壓表（03V，內(nèi)阻1k）E電壓表（015V，內(nèi)阻5k） F、滑動變阻器（0100，額定電流1A）G滑動變阻器（020，額定電流1A）（1）上述器材應(yīng)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10kW20kW.為了較為準(zhǔn)確的測定其電阻值，實驗室中有如下器材：電壓表V（量程3V、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V 滑動變阻器R的最大阻值為200W 開關(guān)Sa.在實驗中電壓表量程應(yīng)選， 電流表應(yīng)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(dǎo)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(shè)計1、伏安法 如： 例22、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(zhuǎn)格數(shù)用比例法完成測量。例4：現(xiàn)有一阻值為10.0的定值電阻，一個開關(guān)、若干根導(dǎo)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(shè)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(dá)式r=_。解析：（1）電路圖如右圖所示。（2）斷開開關(guān)，記下電壓表偏轉(zhuǎn)格數(shù)N1；合上開關(guān)，記下電壓表格數(shù)N2。（3）設(shè)電壓表每偏轉(zhuǎn)1格表示U0，當(dāng)K斷開時，由閉合電路歐姆定律得：EU1N1U0當(dāng)K閉合后，有：EU2，即EN2U0，聯(lián)立兩式解得：rR。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(zhǔn)，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(zhǔn)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(zhǔn)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(guān)S1、單刀雙擲開關(guān)S2、電源和導(dǎo)線。（1）畫出實驗電路圖，并在圖上標(biāo)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）將S2與Rx相接，記下電流表指針?biāo)肝恢脤2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RxR1。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(shè)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20k50k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1k、電源E（電動勢4V），開關(guān)S。（1）所提供的電流表中，應(yīng)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(yīng)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 k50k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(yuǎn)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(yīng)接成分壓式，這樣電壓表的電流在80uA200uA之間，故電流表應(yīng)選A1。根據(jù)電流表、電壓表示數(shù)，可求得電壓表內(nèi)阻Rv5、比較法某些問題中，因?qū)嶒炂鞑牟痪邆洌ㄈ彪娏鞅砘螂妷罕恚?，或因?qū)嶒灄l件限制，或因?qū)嶒灳炔辉试S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(shè)計實驗方案。例7從下表中選出適當(dāng)?shù)膶嶒炂鞑模O(shè)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(biāo)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(dá)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(yīng)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(yuǎn)小于10V量程。這恰恰就是本題設(shè)計考核學(xué)生應(yīng)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I2r2I1r1得r1= 此題也可理解為“將已知內(nèi)阻的電流表A2當(dāng)成電壓表使用”。這實際也是伏安法的一種推廣形式。練習(xí)1有一根細(xì)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(zhì)量約為0.10.2kg，長約30cm，電阻約為10。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(shè)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，10） D電流表（3A，0.1） E電壓表（3V，6k） F滑動變阻器（2 k，0.5A）G滑動變阻器（10，2A）H直流穩(wěn)壓電源（6V，0.05） I開關(guān)一個，帶夾子的導(dǎo)線若干 （1）除待測金屬材料外，應(yīng)選用的實驗器材有 。（只填代號字母） （2）畫出你設(shè)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(dǎo)出計算金屬管線內(nèi)徑的表達(dá)式。2 （1）有一游標(biāo)卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標(biāo)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(xué)設(shè)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(guān)；導(dǎo)線若干。 請根據(jù)電路圖3，在圖4中連線，將器材連成實驗電路。 實驗中需要測量的物理量是 。用測出的物理量作為已知量，導(dǎo)出計算串聯(lián)電池電動勢的表達(dá)式。（寫出推導(dǎo)過程） 。3用一主尺最小分度為1mm，游標(biāo)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 11 120 1 2 3 4 5 6 7 8 910 0 10 11 120 10 20 有一塊小量程的電流表G，滿偏電流為100A，內(nèi)阻為500。若把它改裝成3V和15V兩量程的電壓表，電流表G應(yīng)與適當(dāng)?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=_k，15 V擋時R2=_k。 把改裝的電壓表和標(biāo)準(zhǔn)表校核，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電壓表V、R1、R2、滑動變阻器R（最大阻值為20）、電動勢為20V的電源E、單刀單擲和單刀雙擲開關(guān)S1、S2。請你在方框圖中畫出改裝后的電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行核對的實驗電路圖（在圖中標(biāo)出3V、15V的接線柱）。四、電流表、電壓表特殊使用1電流表當(dāng)電壓表使用2電壓表當(dāng)電流表使用五、單刀雙擲開關(guān)在電路中的使用為了測定電流表A1的內(nèi)阻，某同學(xué)采用如下圖所示的實驗電路。其中：A1是待測電流表，量程為300A，內(nèi)阻約為100；A2是標(biāo)準(zhǔn)電流表，量程是200A；R1是電阻箱，阻值范圍是09999；R2是滑動變阻器；R3是保護(hù)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(guān)，S2是單刀雙擲開關(guān)。（1）根據(jù)上圖所示電路的實物圖，請在右側(cè)的的方框中畫出實驗電路圖。（2）請將該同學(xué)的操作補(bǔ)充完整：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(guān)S2扳到接點a處，接通開關(guān)S1；調(diào)整滑動變阻器R2，使電流表A2的讀數(shù)是150A；將開關(guān)S2扳到接點b處， ，使電流表A2的讀數(shù)仍是150A。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= 。（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(hù)電阻R3應(yīng)選用 。（填寫阻值前相應(yīng)的字 母）A200 k B20 k C15 k D150 k