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2019-2020年高考物理專題復(fù)習(xí) 電學(xué)實驗學(xué)案 【知識梳理】 一、描繪小燈泡的伏安特性曲線 1、實驗原理 在純電阻電路中，電阻兩端的電壓與通過電阻的電流是線性關(guān)系，但在實際電路中，由于各種因素的影響，U—I圖像不再是一條直線。讀出若干組小燈泡的電壓U和電流I，然后在坐標(biāo)紙上以U為縱軸，以I為橫軸畫出U—I曲線。 2、實驗步驟 （1）、適當(dāng)選擇電流表，電壓表的量程，采用電流表的外接法，按圖中所示的原理電路圖連接好實驗電路圖。 （2）、滑動變阻器采用分壓接法，把滑動變阻器的滑動片調(diào)至滑動變阻器的A端，電路經(jīng)檢查無誤后，閉合電鍵S。 （3）、改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U，記入記錄表格內(nèi)，斷開電鍵S； （4）、在坐標(biāo)紙上建立一個直角坐標(biāo)系，縱軸表示電流I，橫軸表示電壓U，用平滑曲線將各點連接起來，便得到伏安特性曲線。 （5）、拆去實驗線路，整理好實驗器材。 3、注意事項 （1）、因本實驗要作出I—U圖線，，要求測出一組包括零在內(nèi)的電壓、電流值，因此，變阻器要采用分壓接法； （2）、本實驗中，因被測小燈泡電阻較小，因此實驗電路必須采用電流表外接法； （3）、電鍵閉合后，調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置，使小燈泡的電壓逐漸增大，可在電壓表讀數(shù)每增加一個定值（如0.5V）時，讀取一次電流值；調(diào)節(jié)滑片時應(yīng)注意使電壓表的示數(shù)不要超過小燈泡的額定電壓； （4）、電鍵閉合前變阻器滑片移到圖中的A端； （5）、坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)所取的分度例應(yīng)該適當(dāng)，盡量使測量數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標(biāo)紙。連線一定用平滑的曲線，不能畫成折線。 4、誤差分析 （1）、測量電路存在系統(tǒng)誤差，未考慮電壓表的分流，造成測得的I值比真實值偏大； （2）、描繪I—U線時作圖不準(zhǔn)確造成的偶然誤差。 5、知識延伸 A ＵＲ ＵA Ｉ測 ＲA Ｒx Ｕ測 ＲV V 電流表的解法： （1）內(nèi)接法：如圖所示，待測電阻的測量值： 顯然所以 Ｉ測 Ｒx Ｕ測 ＲV V IV IR A 當(dāng)時，，系統(tǒng)的相對誤差很小，可以忽略不計，所以內(nèi)接法適用于測量高阻值電阻。 （2）外接法：如圖所示，待測電阻的測量值： 顯然有：所以當(dāng)時，，，系統(tǒng)的相對誤差忽略，所以外接法適用于測量低阻值電阻。 （3） 試觸法選擇內(nèi)、外接法：具體方法是，在如圖所示的電路中，改變電表的連接方式，拿電壓表的一個接線柱分別接觸M、N兩點，觀察電壓表和電流表的示數(shù)變化，如果電流表變化明顯，說明電壓表內(nèi)阻對電路影響較大，應(yīng)采用內(nèi)接法；如果電壓表變化明顯，說明電流表內(nèi)阻對電路影響較大，應(yīng)采用外接法。 滑動變阻器的限流接法和分壓接法： 電路 負(fù)載上電壓調(diào)節(jié)范圍 負(fù)載上電流調(diào)節(jié)范圍 閉合開關(guān)前觸電所處位置 相同條件下消耗的總功率 限流接法 RL R0 S a b ε r0 P b端 分壓接法 RL R0 S a b ε r0 P a端 比較 分壓電路調(diào)節(jié)范圍大 分壓電路調(diào)節(jié)范圍大 都為了保護(hù)負(fù)載電路 限流電路能耗小 滑動變阻器的兩種電路連接都能控制調(diào)節(jié)負(fù)載的電流和電壓，但在相同條件下調(diào)節(jié)效果不同，實際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇限流接法和分壓接法。 （1）通常情況下（滿足安全條件），由于限流電路能耗較小，電路結(jié)構(gòu)簡單，因此應(yīng)優(yōu)先考慮。 （2）在下列情況下必須采用分壓接法。 ①要使某部分電路的電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只有分壓接法才能滿足。 ②如果實驗所提供的電表量程或其它元件允許通過的最大電流很小，若采用限流接法，無論怎樣調(diào)節(jié)，電路中實際電流（或電壓）都會超過電表量程或元件允許的最大電流（或電壓），為了保護(hù)電表或其它元件，必須采用分壓接法。 ③伏安法測電阻實驗中，當(dāng)滑動變阻器的阻值遠(yuǎn)小于待測電阻時，若采用限流接法，待測電阻上的電流（或電壓）變化很小，不利于多次測量求平均值或用圖像處理數(shù)據(jù)，也起不到保護(hù)用電器的作用，應(yīng)選用分壓接法。 【例1】某研究性學(xué)習(xí)小組為了制作一種傳感器，需要選用一電器元件。圖為該電器元件的伏安特性曲線，有同學(xué)對其提出質(zhì)疑，先需進(jìn)一步驗證該伏安特性曲線，實驗室備有下列器材： 器材（代號） 規(guī)格 電流表（A1） 電流表（A2） 電壓表（V1） 電壓表（V2）滑動變阻器（R1） 滑動變阻器（R2） 直流電源（E） 開關(guān)（S） 導(dǎo)線若干 量程0~50mA，內(nèi)阻約為50 量程0~200mA，內(nèi)阻約為10 量程0~3V，內(nèi)阻約為10k 量程0~15V，內(nèi)阻約為25k 阻值范圍0~15，允許最大電流1A 阻值范圍0~1k，允許最大電流100mA 輸出電壓6V，內(nèi)阻不計 ①為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度，電流表應(yīng)選用 ；電壓表應(yīng)選用 ；滑動變阻器應(yīng)選用 。（以上均填器材代號） ②為達(dá)到上述目的，請在虛線框內(nèi)畫出正確的實驗電路原理圖，并標(biāo)明所用器材的代號。 ③若發(fā)現(xiàn)實驗測得的伏安特性曲線與圖中曲線基本吻合，請說明該伏安特性曲線與小電珠的伏安特性曲線有何異同點？ 相同點： ， 不同點： 。 二、電壓表和電流表 1、電流表原理和主要參數(shù) 電流表G是根據(jù)通電線圈在磁場中受磁力矩作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，且指什偏角θ與電流強度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均勻的。電流表的主要參數(shù)有，表頭內(nèi)阻Rg：即電流表線圈的電阻；滿偏電流Ig：即電流表允許通過的最大電流值，此時指針達(dá)到滿偏；滿偏電壓U：即指針滿偏時，加在表頭兩端的電壓，故Ug＝IgRg 2、半偏法測電流表內(nèi)阻Rg 方法：合上S1，調(diào)整R的阻值，使電轉(zhuǎn)到滿流表指針刻度，再合上開關(guān)S2，調(diào)整R′的阻值（不可再改變R），使電流表指針偏轉(zhuǎn)到正好是滿刻度的一半，可以認(rèn)為Rg = R′。 條件: 當(dāng) R比R′大很多 3、電壓表的改裝 （1）原理：很小，不能直接換刻度測電壓，需要串聯(lián)一個如圖所示的分壓電阻。 （2）分壓電阻的計算：由串聯(lián)電路的特點知： 則： 因為電壓擴大表頭量程的倍數(shù)：所以 注：相同的表頭改裝成的不量程的電壓表串聯(lián)，指針偏轉(zhuǎn)角度相同。 4、電流表的改裝 （1）原理：很小，不能直接換刻度測電流，需要并聯(lián)一個如圖所示的分流電阻。 （2）分流電阻的計算：由并聯(lián)電路的特點知則：因為電流擴大表頭量程的倍數(shù)：所以 注：相同表頭改裝成量程不同的電流表并聯(lián)，指針偏轉(zhuǎn)角度相同。 三、測量電源電動勢和電阻 1. 實驗原理 根據(jù)閉合電路的歐姆定律，其方法有： （1）如圖甲所示，改變變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組U和I的值，由可得，。 （2）為減小誤差，至少測出六組U和I值，且變化范圍要大些，然后在U—I圖中描點作圖，由圖線縱截距和斜率找出E，，如圖乙所示。 2. 實驗步驟 （1）恰當(dāng)選擇實驗器材，照圖連好實驗儀器，使開關(guān)處于斷開狀態(tài)且滑動變阻器的滑動觸頭滑到使接入電阻值最大的一端。 （2）閉合開關(guān)S，接通電路，記下此時電壓表和電流表的示數(shù)。 （3）將滑動變阻器的滑動觸頭由一端向另一端移動至某位置，記下此時電壓表和電流表的示數(shù)。 （4）繼續(xù)移動滑動變阻器的滑動觸頭至其他幾個不同位置，記下各位置對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)。 （5）斷開開關(guān)S，拆除電路。 （6）在坐標(biāo)紙上以U為縱軸，以I為橫軸，作出U—I圖象，利用圖象求出E、r。 3. 實驗誤差分析（選擇性看，看不懂就算了） （1）偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U—I圖象時描點不很準(zhǔn)確。 （2）系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差來源于未計電壓表分流，近似地將電流表的示數(shù)看作干路電流。實際上電流表的示數(shù)比干路電流略小。如果由實驗得到的數(shù)據(jù)作出圖中實線（a）所示的圖象，那么考慮到電壓表的分流后，得到的U—I圖象應(yīng)是圖中的虛線（b），由此可見，按圖所示的實驗電路測出的電源電動勢，電源內(nèi)電阻。 說明：①外電路短路時，電流表的示數(shù)（即干路電流的測量值）等于干路電流的真實值，所以圖中（a）、（b）兩圖線交于短路電流處。②當(dāng)路端電壓（即電壓表示數(shù)）為時，由于電流表示數(shù)小于干路電流，所以（a）、（b）兩圖線出現(xiàn)了圖中所示的差異。 4. 注意事項 （1）電流表要與變阻器靠近，即電壓表直接測量電源的路端電壓。 （2）選用內(nèi)阻適當(dāng)大一些的電壓表。 （3）兩表應(yīng)選擇合適的量程，使測量時偏轉(zhuǎn)角大些，以減小讀數(shù)時的相對誤差。 （4）盡量多測幾組U、I數(shù)據(jù)（一般不少于6組），且數(shù)據(jù)變化范圍要大些。 （5）作U—I圖象時，讓盡可能多的點落在直線上，不落在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)。 5. 數(shù)據(jù)處理的方法 （1）本實驗中，為了減小實驗誤差，一般用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，即根據(jù)各次測出的U、I值，作U—I圖象，所得圖線延長線與U軸的交點即為電動勢E，圖線斜率的值即為電源的內(nèi)阻r，即。 （2）應(yīng)注意當(dāng)電池內(nèi)阻較小時，U的變化較小，圖象中描出的點呈現(xiàn)如圖（甲）所示狀態(tài)，下面大面積空間得不到利用，所描得的點及作出的圖線誤差較大。為此，可使縱軸不從零開始，如圖（乙）所示，把縱坐標(biāo)比例放大，可使結(jié)果誤差小些。此時，圖線與縱軸的交點仍代表電源的電動勢，但圖線與橫軸的交點不再代表短路狀態(tài)，計算內(nèi)阻要在直線上選取兩個相距較遠(yuǎn)的點，由它們的坐標(biāo)值計算出斜率的絕對值，即為內(nèi)阻r。 6. 實驗儀器的選擇 本實驗的系統(tǒng)誤差來源于未計電壓表的分流。為減小該誤差，需要減小電壓表的分流。減小電壓表分流的方法有二方面，一是選取阻值范圍小的滑動變阻器，二是在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較大的電壓表。由于選用了阻值范圍小的滑動變阻器，所以電路中電流較大，因而，還需要滑動變阻器的額定電流較大。綜上所述，本實驗中滑動變阻器的選擇原則是：阻值范圍較小而額定電流較大；電壓表的選擇原則是：在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較大的；電流表的選擇需根據(jù)電源電動勢和選用的滑動變阻器來確定。 【例2】某同學(xué)通過查找資料自己動手制作了一個電池。該同學(xué)想測量一下這個電池的電動勢E 和內(nèi)電阻，但是從實驗室只借到一個開關(guān)、一個電阻箱（最大阻值為9.999，科當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用） 一只電流表（量程=0.6A,內(nèi)阻）和若干導(dǎo)線。 ①請根據(jù)測定電動勢E內(nèi)電阻的要求，設(shè)計圖4中器件的連接方式，畫線把它們連接起來。 ②接通開關(guān)，逐次改變電阻箱的阻值, 讀處與對應(yīng)的電流表的示數(shù)I,并作記錄 當(dāng)電阻箱的阻值時， 其對應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖5所示。處理實驗數(shù)據(jù)時。首先計算出每個電流值I 的倒數(shù);再制作R-坐標(biāo)圖，如圖6所示，圖中已標(biāo)注出了（）的幾個與測量對應(yīng)的坐標(biāo)點，請你將與圖5實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點也標(biāo)注在圖6中上。 ③在圖6上把描繪出的坐標(biāo)點練成圖線。 ④根據(jù)圖6描繪出的圖線可得出這個 電池的電動勢E= V,內(nèi)電阻 四、多用表的使用： 歐姆表的改裝： （1）主要部件：表頭、可調(diào)電阻、電源、紅黑表筆等。電路如圖。 （2）原理：由閉合電路歐姆定律得：， ， 與不成正比，時，。 （3）刻度盤的特點： ①零刻度線在最右端，從右向左讀數(shù)； ②刻度不均勻，前疏后密。中值電阻附近誤差小。 注：因歐姆表示數(shù)為零時：，中值時：，則。 （4）使用方法： ①首先機械調(diào)零； ②再歐姆調(diào)零，即兩表筆直接短接，調(diào)整，讓指針指在歐姆表盤最右端零刻度處； ③連接被測電阻，讀出刻度盤示數(shù)，，其中為檔位倍數(shù)。若指針偏右，需縮小倍數(shù)，選小的檔位；若指針偏左，需放大倍數(shù)，選大的檔位。 ④每換一次檔位，需重新調(diào)零。 【例3】某同學(xué)利用多用電表測量二極管的反向電阻。完成下列測量步驟： （1）檢查多用電表的機械零點。 （2）將紅、黑表筆分別插入正、負(fù)表筆插孔，將選擇開關(guān)拔至電阻測量擋適當(dāng)?shù)牧砍烫帯? （3）將紅、黑表筆___________，進(jìn)行歐姆調(diào)零。 （4）測反向電阻時，將_________表筆接二極管正極，將________表筆接二極管負(fù)極，讀出電表示數(shù)。 （5）為了得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果，應(yīng)讓電表指針盡量指向表盤___________（填“左側(cè)”、“右側(cè)”或“中央”）；否則，在可能的條件下，應(yīng)重新選擇量程，并重復(fù)步驟（3）、（4）。 （6）測量完成后，將選擇開關(guān)拔向_____________________________位置。 【典例解析】 【例4】某同學(xué)為了較精確的測量一阻值約為20Ω的電阻Rx的阻值. ①在以下備選器材中電流表應(yīng)選__________,電壓表應(yīng)選_______,變阻器應(yīng)選_________.（只填寫器材對應(yīng)的字母代號） 電源E（電動勢3 V、內(nèi)阻可忽略不計） 電流表A1（量程50 mA，內(nèi)阻約12Ω） 電流表 A2（量程3 A， 內(nèi)阻約0.12 Ω） 電壓表V1（量程3 V，內(nèi)阻約3 kΩ） 電壓表V2（量程15 V，內(nèi)阻約15 kΩ） 滑動變阻器R1（0～10 Ω，允許最大電流2.0 A） 滑動變阻器R2（0～1000 Ω，允許最大電流0.5 A） 定值電阻R（30Ω，允許最大電流1.0A） 開關(guān)及導(dǎo)線若干 ②請在方框中畫出實驗電路圖（要求直接測量量的變化范圍盡可能大一些，所選器材用對應(yīng)符號標(biāo)出）。 ③若某次測量中，電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，則計算待測電阻的阻值表達(dá)式為Rx＝________________。 【例5】從下表中選取出適當(dāng)?shù)膶嶒炂鞑?，設(shè)計一電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1，畫在下面的方框中，要求方法簡捷，有盡可能高的精確度，并能測出多組數(shù)據(jù)。 器材(代號) 規(guī)格 電流表（A1） 量程10mA，內(nèi)阻r1待測（約40Ω） 電流表（A2） 量程500μA，內(nèi)阻r2=750Ω 電壓表（V） 量程10V，內(nèi)阻r3=10kΩ 電阻（R1） 阻值約100Ω，作保護(hù)電阻用 滑動變阻器（R2） 總阻值約50Ω 電池（E） 電動勢1.5V，內(nèi)阻很小 電鍵（S） 導(dǎo)線若干 【例6】現(xiàn)有器材：量程為10.0mA、內(nèi)阻約30-40的電流表一個，定值電阻R1=150，定值電阻R2=100，單刀單擲開關(guān)K，導(dǎo)線若干。要求利用這些器材測量一干電池（電動勢約1.5V）的電動勢。 （1）按要求在實物圖上連線。 （2）用已知量和直接測得量表示的待測電動勢的表達(dá)式為E= ，式中各直接測得量的意義是： . R A R滑 G 【例7】某同學(xué)在實驗室測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻，實驗室中有如下器材： A．待測干電池 B．電流表G（0~3mA，內(nèi)電阻r1=20Ω） C．電流表A（0~0.6A，內(nèi)電阻r2=0.20）D．滑動變阻器甲（最大阻值10Ω） E．滑動變阻器乙（最大阻值100Ω） F．定值電阻R1=100Ω G．定值電阻R2=500Ω H．定值電阻R3=1.5kΩ 開關(guān)、導(dǎo)線。由于沒有電壓表，為此他設(shè)計了如圖所示的電路完成了實驗要求的測量。 ①為了方便并能較準(zhǔn)確測量，滑動變阻器應(yīng)選 ，定值電阻應(yīng)選用 。（填寫定值電阻前的序號） ②若某次測量中電流表G的示數(shù)為I1，電流表A的示數(shù)為I2；改變滑動變阻器的位置后，電流表G的示數(shù)為I1′，電流表A的示數(shù)為I2′。則可知此電源的內(nèi)電阻測量值為r= ，電動勢測量值為E= 。 【例8】小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大.某同學(xué)為研究這一現(xiàn)象，用實驗得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓）： （1）在左下框中畫出實驗電路圖. 可用的器材有：電壓表、電流表、滑線變阻器（變化范圍0-10Ω）、電源、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線若干. （2）在右圖中畫出小燈泡的U-I曲線. （3）某電池的電動勢是1.5V，內(nèi)阻是2.0Ω.將本題中的燈泡接在該電池兩端，小燈泡的實際功率是多少？ 【例9】在"測定金屬的電阻率"的實驗中，用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如圖所示，用米尺測量金屬絲的長度l=0. 810 m．金屬絲的電阻大約為4Ω，先用伏安法測出金屬絲的電阻，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率． (1)從圖中讀出金屬絲的直徑為 mm. (2)在用伏安法測定金屬絲的電阻時，除被測電阻絲外，還有如下供選擇的實驗器材： A．直流電源：電動勢約4.5 V，內(nèi)阻很?。? B.電流表A1：量程0～0.6 A，內(nèi)阻0. 125Ω; C．電流表A2：量程0～3. 0 A，內(nèi)阻0. 025Ω; D．電壓表V：量程0～3 V，內(nèi)阻3 kΩ; E.滑動變阻器R1：最大阻值10Ω； F.滑動變阻器R2：最大阻值50Ω; G．開關(guān)、導(dǎo)線等． 在可供選擇的器材中，應(yīng)該選用的電流表是 ，應(yīng)該選用的滑動變阻器是 。 (3)根據(jù)所選的器材，在如圖所示的方框中畫出實驗電路圖． (4)若根據(jù)伏安法測出電阻絲的電阻為Rx=4. 1Ω，則這種金屬材料的電阻率為 Ωm.（保留二位有效數(shù)字） 【例10】在測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，備有下列器材： A．待測的干電池（電動勢約為1.5V，內(nèi)電阻小于1.0Ω) B．電流表G（滿偏電流3mA，內(nèi)阻Rg=10Ω) C．電流表A(0～0.6A，內(nèi)阻0.1Ω) D．滑動變阻器R1(0～20Ω,10 A) E.滑動變阻器R2(0～200Ω,l A) F．定值電阻R0 (990Ω) G．開關(guān)和導(dǎo)線若干 (1)某同學(xué)發(fā)現(xiàn)上述器材中雖然沒有電壓表，但給出了兩個電流表，于是他設(shè)計了如圖所示中甲的（a)、(b)兩個參考實驗電路，其中合理的是 圖所示的電路；在該電路中，為了操作方便且能準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，滑動變阻器應(yīng)選 （填寫器材前的字母代號）． (2)圖乙為該同學(xué)根據(jù)（1)中選出的合理的實驗電路利用測出的數(shù)據(jù)繪出的I1—I2圖線（I1為電流表G的示數(shù)，I2為電流表A的示數(shù)），則由圖線可以得被測電池的電動勢E= V，內(nèi)阻r= Ω。 【高考演練】 1、一電流表的量程標(biāo)定不準(zhǔn)確，某同學(xué)利用圖1所示電路測量該電流表的實際量程。所用器材有：量程不準(zhǔn)的電流表，內(nèi)阻=10.0，量程標(biāo)稱為5.0mA；標(biāo)準(zhǔn)電流表，內(nèi)阻=45.0，量程1.0mA；標(biāo)準(zhǔn)電阻，阻值10.0；滑動變阻器R，總電阻為300.0；電源E，電動勢3. 0V，內(nèi)阻不計；保護(hù)電阻；開關(guān)S；導(dǎo)線。 （1）在實物圖上畫出連線。 （2）開關(guān)S閉合前，滑動變阻器的滑動端c應(yīng)滑動至 端。 （3）開關(guān)S閉合后，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑動端，使電流表滿偏；若此時電流表的讀數(shù)為，則的量程= 。 （4）若測量時，未調(diào)到滿偏，兩電流表的示數(shù)如圖3所示，從圖中讀出的示數(shù) = ，的示數(shù) = ；由讀出的數(shù)據(jù)計算得= 。（保留3位有效數(shù)字） （5）寫出一條提高測量準(zhǔn)確度的建議： 。 2、如圖，一熱敏電阻RT 放在控溫容器M內(nèi)：為毫安表，量程6mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3V，內(nèi)阻很?。籖為電阻箱，最大阻值為999.9Ω；S為開關(guān)。已知RT 在95℃時阻值為150Ω，在20℃時的阻值約為550Ω?，F(xiàn)要求在降溫過程中測量在95℃～20℃之間的多個溫度下RT 的阻值。 在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖，完成下列實驗步驟中的填空，依照實驗原理電路圖連線，調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT 溫度為95℃，將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔担员ＷC儀器安全閉合開關(guān)。調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0 ，并記錄 ________ 。 ⑤ 將RT 的溫度降為T1 （20℃＜T1＜95℃）；調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù) ,記錄 。 ⑥ 溫度為T1 時熱敏電阻的電阻值RT1 = 。 ⑦ 逐步降低T1 的數(shù)值，直至20℃為止；在每一溫度下重復(fù)步驟⑤⑥ 3、用對溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻，在給定溫度范圍內(nèi)，其阻值隨溫度的變化是非線性的.某同學(xué)將和兩個適當(dāng)?shù)墓潭娮?、連成圖1虛線框內(nèi)所示的電路，以使該電路的等效電阻的阻值隨所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值范圍.為了驗證這個設(shè)計，他采用伏安法測量在不同溫度下的阻值，測量電路如圖1所示，圖中的電壓表內(nèi)阻很大.的測量結(jié)果如表l所示. 回答下列問題 (1)根據(jù)圖1所示的電路，在圖2所示的實物圖上連線. (2)為了檢驗與t間近似為線性關(guān)系，在坐標(biāo)紙上作-t關(guān)系圖線 (3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖3、4所示.電流表的讀數(shù)為____，電壓表的讀數(shù)為___.此時等效電阻的阻值為___：熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為____. 4、要測量電壓表V1的內(nèi)阻RV，其量程為2V，內(nèi)阻約2KΩ。實驗室提供的器材有： 電流表A，量程0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω；電壓表V2，量程5V，內(nèi)阻為5KΩ；定值電阻R1，阻值30Ω；定值電阻R2，阻值為3KΩ；滑動變阻器R3，最大阻值100Ω，額定電流1.5A；電源E，電動勢6V，內(nèi)阻約0.5Ω；開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干。 ①有人擬將待測電壓表V1 和電流表A串聯(lián)接入電壓合適的測量電路中，測出V1 的電壓和電流，再計算出RV。該方案實際上不可行，其最主要的原因是 . ②請從上述器材中選擇必要的器材，設(shè)計一個測量電壓表V1內(nèi)阻RV的實驗電路。要求測量盡量準(zhǔn)確，實驗必須在同一電路中，且在不增減元件的條件下完成。試畫出符合要求的實驗電路圖（圖中電源與開關(guān)已連接好），并標(biāo)出所選元件的相應(yīng)字母代號： ③由上問寫出V1內(nèi)阻RV的表達(dá)方式，說明式中各測量量的物理意義。 5、（１）甲同學(xué)要把一個量程為200的直流電流計，改裝成量度范圍是0～4Ｖ的直流電壓表。 ①她按圖１所示電路、用半偏法測定電流計的內(nèi)電阻rg，其中電阻Ｒ0約為１。為使rg的測量值盡量準(zhǔn)確，在以下器材中，電源Ｅ應(yīng)選用______________，電阻器Ｒ1應(yīng)選用______________，電阻器Ｒ2應(yīng)選用______________（選填器材前的字母） Ａ．電源（電動勢1.5Ｖ）　　　　　　　　?。拢娫矗妱觿?Ｖ） Ｃ．電阻箱（0～999.9）　　　　　　?。模瑒幼冏杵鳎?～500） Ｅ．電位器（一種可變電阻，與滑動變阻器相當(dāng)）（0～5.1） Ｆ．電位器（0～51） ②該同學(xué)在開關(guān)斷開情況下，檢查電路連接無誤后，將Ｒ２的阻值調(diào)至最大。后續(xù)的實驗操作步驟依次是______________，______________，______________，______________，最后記錄Ｒ1的阻值并整理好器材。（請按合理的實驗順序，選填下列步驟前的字母） Ａ．閉合Ｓ１ Ｂ．閉合Ｓ２ Ｃ．調(diào)節(jié)Ｒ２的阻值，使電流計指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度 Ｄ．調(diào)節(jié)Ｒ２的阻值，使電流計指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半 Ｅ．調(diào)節(jié)Ｒ１的阻值，使電流計指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半 Ｆ．調(diào)節(jié)Ｒ１的阻值，使電流計指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度 ③如果所得的Ｒ１的阻值為300.0，則圖１中被測電流計的內(nèi)阻ｒ的測量值為______________，該測量值__________實際值（選填“略大于”、“略小于”或“等于”）。 ④給電流計__________聯(lián)（選填“串”或“并”）一個阻值為__________的電阻，就可以將該電流計改裝為量程４Ｖ的電壓表。 （2）乙同學(xué)要將另一個電流計改裝成直流電壓表，但他不僅借到一塊標(biāo)準(zhǔn)電壓表、一個電池組Ｅ、一個滑動變阻器和幾個待用的阻值準(zhǔn)確的定值電阻。 ①該同學(xué)從上述具體條件出發(fā)，先將帶改裝的表直接與電壓表校準(zhǔn)。請你畫完圖２方框中的校準(zhǔn)電路圖。 ②實驗中，當(dāng)定值電阻Ｒ選用17.0時，調(diào)整滑動變阻器的阻值，電壓表的示數(shù)是4.0Ｖ時，表的指針恰好指到滿量程的五分之二；當(dāng)Ｒ選用7.0時，調(diào)整的阻值，電壓表的示數(shù)是2.0Ｖ時，表的指針又指到滿量程的五分之二。 由此可以判定，表的內(nèi)阻ｒｇ是_______，滿偏電流是_______ｍＡ。若要將表改裝為量程是15Ｖ的電壓表，應(yīng)配備一個_______的電阻。 電學(xué)實驗答案 例1：解析：①圖像中電流0～0.14A，電流表選A2；電源電壓6V，但圖像只要求電壓在0～3V之間調(diào)整，為了測量準(zhǔn)確電壓表選V1；由于繪制圖像的需要，要求電壓從0～3V之間調(diào)整，所以滑動變阻器只能采用分壓式接法，為了能很好調(diào)節(jié)電壓，滑動變阻器應(yīng)選用阻值較小的R1。 ②該元件約幾十Ω，，電壓表的分流作用可以忽略，所以采用電流表外接法；實驗數(shù)據(jù)的采集要求從零開始，所以滑動變阻器采用分壓式接法。 ③從圖像的形狀和斜率變化趨勢上去找相同點和不同點，突出都是“非線性”，圖像上某點與原點連線的斜率是電阻的倒數(shù)。 例2： 解析：根據(jù)閉合電路歐姆定律，測量電源的電動勢和內(nèi)電阻，需要得到電源的路端電壓和通過電源的電流，在本實驗中沒有電壓表，但是可以用電阻箱和電流表串聯(lián)充當(dāng)電壓表，測量電源的路端電壓，通過電流表的電流也是通過電源的電流，所以只需要將電流表和電阻箱串聯(lián)接在電源兩端即可。實物圖的連接如答圖4所示。由閉合電路歐姆定律有：E =I（R+r+rg），解得：，根據(jù)R-1/I圖線可知：電源的電動勢等于圖線的斜率，內(nèi)阻為縱軸負(fù)方向的截距減去電流表的內(nèi)阻。 答案：① 見答圖4 ②見答圖6 ③見答圖6 ④1.5（1.46~1.54）；0.3（0.25~0.35） 例4【解析】測量電阻的阻值一般利用伏安法，電壓表顯然應(yīng)選量程為3 V 的V1；根據(jù)歐姆定律容易求得電路中的最大電流，顯然超過了電流表A1 50 mA的量程，但電流表 A2的量程又太大，故我們可以將定值電阻R（30Ω）與待測電阻Rx相串聯(lián)，此時電路中的最大電流，利用電流表A1 測量電流即可。由于要求直接測量量的變化范圍盡可能大一些，故只能采用分壓電路，且滑動變阻器使用電阻較小的R1。最后我們確定電流表的解法：由于此時電路的臨界電阻，則應(yīng)該利用電流表的外接法。由此得到實驗電路圖如圖所示，當(dāng)電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，則計算待測電阻的阻值表達(dá)式. 例5【解析】要測量電流表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，但根據(jù)本題所提供的儀器，我們可以首先肯定，在本實驗中不可能用到電壓表，因為電源的電動勢只有1.5V，而電壓表的量程為10V，最多不到滿偏的1/6，用它來讀數(shù)誤差太大，因此該實驗?zāi)苡玫降碾姳碇豢赡苡脙蓧K電流表。 兩塊電流表有可能串聯(lián)，也有可能并聯(lián)，但題目中電流表A2的內(nèi)阻r2已知，因此將兩電流表并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)規(guī)律I1r1=I2r2可求出電流表A1的內(nèi)阻r1=。 加在電流表兩端的電壓最大值Um=Imr2=0.375V，而滑動變阻的最大阻值只有50Ω，如果將滑動變阻器接成限流，會超過電流表的量程，將它們燒壞。如果僅僅將滑動變阻器接成分壓，滑動變阻器可調(diào)節(jié)的范圍很小，只有全長的1/4，這樣測量的次數(shù)比較少。故應(yīng)將定值電阻R1接在干路上用作限流，電路圖如圖所示。 例6【解析】根據(jù)提供的器材，可任取一個定值電阻與電流表、干電池、開關(guān)接成一個串聯(lián)電路，用歐姆定律建立方程組進(jìn)行測量。但在本題中，電流表量程為10.0mA，干電池的電動勢約為1.5V，如果把定值電阻R1與電流表、干電池、開關(guān)接成一個串聯(lián)電路，則回路中總電阻約為180，回路中電流約為1.5V /180=8.3mA，而如果把定值電阻R2與電流表、干電池、開關(guān)接成一個串聯(lián)電路，，則回路中總電阻約為130，回路中電流約為 1.5V /130=11.5mA， 顯然，該電流已超過電流表的量程。考慮到實驗的可行性，此時用定值電阻R2與R1串聯(lián)即可，故有如下解答： （1）連圖：左圖只用R1接入電路；右圖用R1和R2串聯(lián)接入電路。(連線如圖) （2）設(shè)I1是外電阻為R1時的電流，I2是外電阻為R1和R2串聯(lián)時的電流，則有 ， 解之，可解得干電池電動勢為：. 例7【解析】 干電池的電動勢和內(nèi)阻的測量，一般需要電流表和電壓表。由于題中沒有電壓表，故需要將電流表G改裝為電壓表，且改裝后電壓表的量程應(yīng)該達(dá)到1.5V，則總電阻為，故定值電阻應(yīng)選用的序號為G的電阻，而滑動變阻器應(yīng)選用阻值較小的D； ②在兩次測量過程中，通過電源的電流是兩只電表的電流之和，則根據(jù)全電路歐姆定律有 ， 解之，得， . 例8【解析】（1）為了作出小燈泡的U-I曲線，必須采用分壓的方法；而因為小燈泡的電阻比較小，故采用電流表的外接法，實驗電路圖見下圖. （2）小燈泡的U-I曲線首先用描點法作出各個點，利用圓滑的曲線連接即可得到下圖。 （3）作出圖線，可得小燈泡工作電流為0.35安，工作電壓為0.80伏，因此小燈泡實際功率為0.28瓦. 例9【解析】(1)從螺旋測微器主尺讀出0.5 mm，再從游尺讀出，故金屬絲的直徑為0.522mm. ( 2)電路中的最大電流，顯然超過了電流表A1 0.6 A的量程，但電流表 A2的量程又太大，故電流表應(yīng)該選用A1，由于滑動變阻器R1最大阻值為10Ω，比被測電阻絲的電阻大，且容易調(diào)整，所以采用限流電路即可。 由于此時電路的臨界電阻，故電流表采用外解法. (3）實驗電路如圖所示 (4)利用電阻定律，則1.110-6Ωm. 例10 【解析】本題中測定干電池的電動勢和內(nèi)電阻需要用電壓表和電流表，由于題中只給了兩個電流表，故可以通過改裝來實現(xiàn).因為定值電阻R0=990Ω，則電流表G與之串聯(lián)較好，所以合理的是b圖所示的電路，滑動變阻應(yīng)選D； 根據(jù)全電路歐姆定律容易得到 ，即 由I1—I2圖線可以看出，圖線與縱軸的交點為1.48，即，故電動勢E=1.48V；又因為圖線的斜率，即，故. 【高考演練】 1、【答案】⑴如圖 ⑵阻值最大⑶⑷6.05mA 2.【答案】：（1）如圖：（2）d、電阻箱的讀數(shù)e仍為電阻箱的讀數(shù)為 f、 【解析】：（1）由于本實驗只有一個可以用來測量或觀察的電流表，所以應(yīng)該用“替代法”的思維考慮用電流表觀察保證電路的電阻不變，因此將熱敏電阻、電阻箱和電流表串聯(lián)形成測量電路。而且熱敏電阻的95℃和20℃的阻值是已知的，所以熱敏電阻的初始溫度為95℃，則電流表數(shù)不變時電阻箱與熱敏電阻的串聯(lián)電路電阻保持150Ω加電阻箱的初值之和不變。如果熱敏電阻的初始溫度為20℃，則電流表示數(shù)不變時，電阻箱與熱敏電阻的串聯(lián)電路電阻保持550Ω加電阻箱的初值之和不變，則可以測量任意溫度下的電阻。 （2）實驗步驟為：a、依照實驗原理電路圖連線 b、調(diào)節(jié)控溫電容M內(nèi)的溫度，使得的溫度為95℃ c、將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔?，保證儀器安全 d、閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)，并記錄電阻箱的初值 e、將的溫度降低為，調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)仍為，記錄電阻箱的讀數(shù)為 f、溫度為時，熱敏電阻的電阻值 g、將的溫度逐漸降低直到為止，在每一溫度下重復(fù)步驟e-f 3、 【答案】：（1）如圖所示（2）如圖所示（3）115.0mA，5.00V，43.5Ω，64.0℃ 【解析】：（1）根據(jù)電路圖連接實物。 （2）根據(jù)數(shù)據(jù)描出點，作出直線。 （3），，，對照圖溫度為64.0℃。 4、 【答案】：①電流表A不能準(zhǔn)確測量出流過電壓表V1的電流；②測量電壓表V1內(nèi)阻的實驗電路如圖所示；③，表示的電壓，表示和串聯(lián)的總電壓。 5、 【答案】：（1）①B C F②B C A E③300 略小于④串 19.7 （2）①如圖所示；②3.0 0.50 27.0 【解析】⑴①半偏法測量表頭內(nèi)阻時，首先選擇滑動變阻器（必須大于電路所需的最小電阻，根據(jù)電路的電壓為電動勢，電路的最大電流為表頭的滿偏電流，則最小電阻為KΩ或KΩ，考慮到保護(hù)R0=1 KΩ，則可知調(diào)節(jié)滑動變阻器使表頭滿偏時滑動變阻器的阻值分別接近29 KΩ或6.5KΩ，電路圖中R2是滑動變阻器，不能選擇D和E只能選擇F。表頭滿偏時滑動變阻器的阻值越大，實驗的誤差越小，所以電源選擇電動勢為6V的B，而且滑動變阻器F的阻值也滿足調(diào)節(jié)所需。而R1是用來測量表頭內(nèi)阻的電阻箱只能選C。 ②實驗步驟為：第一步閉合S2(（B），第二步調(diào)節(jié)R2的阻值，使電流計滿偏（C），第三步閉合S1(（A），第四步調(diào)節(jié)R1的阻值，使電流計半偏（E），第五步讀出R1的示數(shù)為待測表頭的內(nèi)阻。 ③R1的示數(shù)為待測表頭的內(nèi)阻是300.0KΩ。閉合S1后，電路的總電阻減小，當(dāng)表頭半偏時，趕路電流就大于表頭的滿偏電流，流過電阻箱的電流就大于流過表頭的電流，所以電阻箱的阻值略小于表頭內(nèi)阻。 ④給表頭串聯(lián)一個電阻可以改裝成電壓表，改裝電壓表的內(nèi)阻為=20KΩ，則串聯(lián)電阻大小為20KΩ-300Ω=19.7KΩ。 （2）本實驗時對改裝電壓表進(jìn)行校準(zhǔn)的，將改裝電壓表和標(biāo)準(zhǔn)電壓表并聯(lián)后要求電壓從0到滿偏變化，所以滑動變阻器采用分壓接法。表頭的刻度均勻。當(dāng)表針恰好指到滿量程的五分之二時，流過改裝電壓表的電流是0.4Ig，根據(jù)歐姆定律分別有4=0.4 Ig（rg +17103）和2=0.4 Ig（rg +7103）解得表頭內(nèi)阻為3.0 KΩ，滿偏電流為：0.50mA 量程是15V的改裝電壓表的內(nèi)阻為=30KΩ，所以改裝時串聯(lián)的定值電阻是30KΩ-3.0 KΩ=27.0 KΩ。