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第14講 電學實驗,一、電學儀器的使用與讀數(shù) 1.電流表、電壓表、歐姆表的比較：,2.使用多用電表的“三注意”： (1)電流的流向：使用歐姆擋時,多用電表內(nèi)部電池的正極接黑表筆,負極接紅表筆,從電源外部看,電流從紅表筆流入,從黑表筆流出。 (2)區(qū)分“機械調(diào)零”和“歐姆調(diào)零”：“機械調(diào)零”在表盤刻度左側(cè)“0”位置,調(diào)整表盤下邊的中間定位螺絲;“歐姆調(diào)零”在表盤刻度的右側(cè)電阻刻度“0”位置,調(diào)整歐姆調(diào)零旋鈕。,(3)倍率選擇：使用歐姆擋測電阻時,表頭指針過大或過小均有較大誤 差,指針偏轉(zhuǎn)角度在 滿偏到 滿偏之間讀數(shù)較準確,例如待測電阻約 為2kΩ,則應選用“×100”擋。,3.電學儀器的選擇： (1)電源的選擇：一般可以根據(jù)待測電路的額定電流或額定電壓選擇符合需要的直流電源。 (2)電表的選擇：一般根據(jù)電源的電動勢或待測用電器的額定電壓選擇電壓表;根據(jù)待測電流的最大電流選擇電流表;選擇的電表的量程應使電表的指針偏轉(zhuǎn)的幅度較大,一般應使指針能達到半偏以上,以減小讀數(shù)的偶然誤差,提高精確度。,二、電流表內(nèi)外接法的區(qū)分與選擇,三、分壓式與限流式的區(qū)分與選擇 1.控制電路的比較：,2.控制電路的選擇： (1)從節(jié)能的角度考慮,優(yōu)先選用限流式。 (2)以下三種情況必須用分壓式： ①要求待測電路的U、I從0開始變化; ②R0?Rx; ③選用限流時,Ux、Ix過大(超過電流表量程,燒壞電表、電源或用電 器等)或Ux、Ix過小(最大值不超過電表滿偏量程的 ,讀數(shù)誤差大)。,四、電學實驗方法 1.等效替代法：在保證某種效果(特性和關(guān)系)相同的前提下,將實際的、復雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來進行研究和處理。 2.控制變量法：對于多個變量的問題,常常采用控制變量的方法,把多個變量的問題變成單個變量的問題,從而研究這一個變量對事物的影響,分別對各個變量加以研究,最后綜合解決。,3.累積法：把某些難以用常規(guī)儀器直接準確測量的物理量用累積的方法,將微小量變?yōu)檩^大的量,不僅便于測量,還可以提高測量的準確程度,從而減小誤差。,熱點考向1 多用電表的使用 【典題1】(2015·渝中區(qū)二模)為了較準確地測量某電子元件的電阻,某同學進行了以下實驗,請完成步驟中的填空：,(1)用多用電表測量該元件的電阻,選用“×10”的電阻擋測量時,發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)較小,因此應將多用電表調(diào)到電阻________(選填“×1”或“×100”)擋。 (2)將紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)歐姆表調(diào)零旋鈕,使指針指到________位置。 (3)將紅、黑表筆分別連接電阻的兩端,多用電表的示數(shù)如圖甲所示,則被測電阻的阻值為__________Ω。,(4)為精確測量其電阻,該同學設(shè)計了如圖乙所示的電路。圖乙中毫安表的量程為2mA,內(nèi)阻約50Ω;R為電阻箱(9999.9Ω),直流電源E約6V,內(nèi)阻約0.5Ω。則以下關(guān)于保護電阻R0的阻值合理的是________。 A.20Ω B.200Ω C.2 000Ω D.20 000Ω (5)將S擲到1位置,將R調(diào)為R1,讀出R1的值以及此時毫安表的示數(shù)為I0,然后將R調(diào)到__________(選填“最大值”或“最小值”)。 (6)再將S擲到2位置,調(diào)節(jié)R,使得毫安表的示數(shù)仍為I0,讀出R的值為R2,則Rx=________。,【解題探究】 (1)多用電表的零刻線在_______,指針偏轉(zhuǎn)角度較小時,電阻_____, 說明選擇的量程_____。 (2)換擋后,需進行歐姆調(diào)零,即________________________________ _________。 (3)電阻的大小等于___________________。 (4)測Rx的原理：_____________________________________________ ___________________。,最右邊,較大,過小,紅黑表筆短接,使得指針指在歐姆表,的零刻度,表盤的讀數(shù)乘以倍率,根據(jù)電流不變,結(jié)合歐姆定律知總電阻不變,進一步,求出待測電阻的大小,【解析】(1)選用“×10”的電阻擋測量時,發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)較小,知該電阻較大,應選用量程較大的歐姆擋,即選擇“×100”擋。 (2)將紅、黑表筆短接,調(diào)節(jié)歐姆表調(diào)零旋鈕,使指針指到歐姆表的零刻度處。 (3)歐姆表的讀數(shù)等于表盤讀數(shù)乘以倍率,則R=19×100Ω=1900Ω。 (4)根據(jù)歐姆定律得,電路中的最小電阻大約為R總= Ω =3000Ω,可知保護電阻應選擇C。,(5)為了保護電路,開關(guān)變換位置時,應將電阻箱調(diào)到最大值。 (6)將S擲到2位置,調(diào)節(jié)R,使得電流表的示數(shù)仍為I0,知電路中的總電阻不變,即R1+Rx=R2,解得Rx=R2-R1。 答案：(1)×100 (2)歐姆表零刻度 (3)1900 (4)C (5)最大值 (6)R2-R1,【規(guī)律總結(jié)】多用電表使用“五步”法 (1)選倍率：一般要選擇比被測電阻的估計值低一個數(shù)量級的倍率,如估計值為200Ω,就應該選“×10”的倍率。 (2)進行歐姆調(diào)零。 (3)將紅、黑表筆接被測電阻兩端進行測量。 (4)將指針示數(shù)乘以倍率,得測量值。 (5)測量結(jié)束后,將選擇開關(guān)扳到OFF或交流電壓最高擋。,特別注意：用歐姆擋測電阻時,如果指針偏轉(zhuǎn)角度太小(即指針所指的歐姆刻度值太大),應該適當增大倍率重新調(diào)零后再測量;如果指針偏轉(zhuǎn)角度太大(即指針所指的歐姆刻度值太小),應該適當減小倍率重新調(diào)零后再測量。,【對點訓練】 1.(2015·廣東高考)某實驗小組研究兩個未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括電壓表(內(nèi)阻約為3kΩ)、電流表(內(nèi)阻約為1Ω)、定值電阻等。 (1)使用多用電表粗測元件X的電阻。選擇“×1”歐姆擋測量,示數(shù) 如圖a所示,讀數(shù)為________Ω。據(jù)此應選擇圖中的________(選填“b”或“c”)電路進行實驗。,(2)連接所選電路,閉合S;滑動變阻器的滑片P從左向右滑動,電流表的示數(shù)逐漸________(選填“增大”或“減小”);依次記錄電流及相應的電壓;將元件X換成元件Y,重復實驗。 (3)如圖d是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出的U-I圖線,由圖可判斷元件________ (選填“X”或“Y”)是非線性元件。,(4)該小組還借助X和Y中的線性元件和阻值R=21Ω的定值電阻,測量待測電池的電動勢E和內(nèi)阻r,電路如圖e所示,閉合S1和S2,電壓表讀數(shù)為3.00 V;斷開S2,讀數(shù)為1.00 V。利用圖d可算得E=________V, r=________Ω(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字,視電壓表為理想電壓表)。,【解析】(1)多用電表選擇“×1”擋,指針指示“10”,故讀數(shù)為 10Ω;因電阻10Ω遠遠小于電壓表內(nèi)阻,故電流表選用外接法。故選b 圖進行實驗。 (2)滑片從左向右滑動,電阻兩端電壓增大,電流表的示數(shù)增大。 (3)由圖可知U-I圖線呈非線性變化的是元件Y。 (4)由d圖可得線性元件X的電阻為RX=10Ω,閉合S1和S2,由閉合電路的 歐姆定律有：E=U1+ r,斷開S2,有：E=U2+ (r+R),代入數(shù)據(jù)計 算得E=3.2V,r=0.50Ω。 答案：(1)10 b (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50,2.某同學將量程為200μA、內(nèi)阻為500Ω的表頭改裝成量程為1 mA 和10 mA的雙量程電流表。電路如圖甲所示,定值電阻R1=500Ω,R3= 25Ω,S為單刀雙擲開關(guān)?；卮鹣铝袉栴}：,(1)表筆A的顏色為________(選填“紅”或“黑”)色。 (2)將開關(guān)S置于“1”擋時,量程為__________mA。 (3)利用改裝的電流表進行某次測量時,S置于“2”擋,表頭指示如圖乙所示,其示數(shù)為________mA。 (4)定值電阻的阻值R2=__________。,【解析】(1)根據(jù)電流應從電流表的“+”極進入,再根據(jù)紅表筆應接 “+”插孔可知,表筆A的顏色應是紅色。 (2)根據(jù)歐姆定律,當開關(guān)置于“1”時,電流表的量程最大,所以量程 應是10mA。 (3)當開關(guān)置于“2”時,電流表量程是1mA,其示數(shù)為I= mA =0.8mA;,(4)根據(jù)歐姆定律,當開關(guān)置于“1”時應有：10mA=200×10-3mA + ,解得R2=225Ω。 答案：(1)紅 (2)10 (3)0.8 (4)225Ω,熱點考向2 實驗器材的選擇和實驗電路的設(shè)計 【典題2】(2015·全國卷Ⅰ)圖甲為某同學改裝和校準毫安表的電路圖,其中虛線框內(nèi)是毫安表的改裝電路。,(1)已知毫安表表頭的內(nèi)阻為100Ω,滿偏電流為1 mA;R1和R2為阻值 固定的電阻。若使用a和b兩個接線柱,電表量程為3 mA;若使用a和 c兩個接線柱,電表量程為10 mA。由題給條件和數(shù)據(jù),可以求出R1= ________Ω,R2=________Ω。,(2)現(xiàn)用一量程為3 mA、內(nèi)阻為150Ω的標準電流表對改裝電表的 3 mA擋進行校準,校準時需選取的刻度為0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、 2.0 mA、2.5 mA、3.0 mA。電池的電動勢為1.5 V,內(nèi)阻忽略不計;定 值電阻R0有兩種規(guī)格,阻值分別為300Ω和1 000Ω;滑動變阻器R有 兩種規(guī)格,最大阻值分別為750Ω和3 000Ω。則R0應選用阻值為 ____________Ω的電阻,R應選用最大阻值為__________Ω的滑動 變阻器。,(3)若電阻R1和R2中有一個因損壞而阻值變?yōu)闊o窮大,利用圖乙的電路 可以判斷出損壞的電阻。圖乙中的R′為保護電阻,虛線框內(nèi)未畫出的 電路即為圖甲虛線框內(nèi)的電路。則圖乙中的d點應和接線柱________ (選填“b”或“c”)相連。判斷依據(jù)是：______________________。,【解題探究】 (1)利用_______________________去選擇定值電阻和滑動變阻器。 (2)根據(jù)_______________判斷電阻的損壞情況。,電路中的最大和最小電流,電表示數(shù)的有無,【解析】(1)根據(jù)電路的串并聯(lián)關(guān)系,使用a和b兩個接線柱時有IgRg =(Iab-Ig)(R1+R2);使用a和c兩個接線柱時有Ig(Rg+R2)=(Iac-Ig)R1; 把Rg=100Ω,Ig=1mA,Iab=3mA,Iac=10mA代入以上兩式解得R1=15Ω, R2=35Ω。 (2)因為校準時需選取的刻度為0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、2.0 mA、 2.5 mA、3.0 mA,取滑動變阻器阻值為零,當電路中電流最大時Imax= =3.0mA,代入數(shù)據(jù)解得R0=350Ω,故R0選規(guī)格為300Ω的;當電 路中電流最小時有Imin= =0.5mA,代入數(shù)據(jù)解得R=2550Ω, 所以滑動變阻器R應選3000Ω的。,(3)乙圖中的d點應和接線柱c相連,這樣如果電流表有示數(shù),說明電阻R1損壞;如果電流表無示數(shù)則說明電阻R2損壞。 答案：(1)15 35 (2)300 3 000 (3)c 判斷依據(jù)見解析,【規(guī)律總結(jié)】選擇實驗儀器的三大原則 (1)安全性原則：要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器,使實驗切實可行,能達到預期目標。另外還要注意測量儀器的量程,電阻類器件的電流不能超過允許通過的最大電流等。 (2)精確性原則：根據(jù)實驗的需要,選用精度合適的測量工具,但對某個實驗來講,精確程度達到要求即可,并不是精度越高越好。,(3)方便性原則：在不違反前兩個原則的前提下,盡量使測量電路簡單好接,測量中的調(diào)節(jié)控制操作方便。 ①用分壓式接法時,滑動變阻器應該選用阻值較小的,而額定電流較大的。 ②用限流式接法時,滑動變阻器應該選用阻值和被測電阻接近的,額定電流應大于被測電阻的額定電流。,【對點訓練】 1.(2015·江西六校聯(lián)考)某物理興趣小組要精確測量一只電流表G (量程為1 mA、內(nèi)阻約為100Ω)的內(nèi)阻。實驗室中可供選擇的器材有： 電流表A1：量程為3 mA,內(nèi)阻約為200Ω; 電流表A2：量程為0.6 A,內(nèi)阻約為0.1Ω; 定值電阻R1：阻值為10Ω; 定值電阻R2：阻值為60Ω;,滑動變阻器R3：最大電阻20Ω,額定電流1.5A; 直流電源：電動勢1.5V,內(nèi)阻0.5Ω; 開關(guān),導線若干。 (1)為了精確測量電流表G的內(nèi)阻,你認為該小組同學應選擇的電流表為________、定值電阻為__________。(填寫器材的符號),(2)在方框中畫出你設(shè)計的實驗電路圖。 (3)按照你設(shè)計的電路進行實驗,測得電流表A的示數(shù)為I1,電流表G的示數(shù)為I2,則電流表G的內(nèi)阻的表達式為rg=__________。,,【解析】(1)待測電流表G的量程是1 mA,因此可以選電流表A1：量程 為3 mA,內(nèi)阻約為200Ω;當通過電流表A1的電流等于其量程3 mA時, 電路最小電阻約為R= =500Ω, 則定值電阻最小應為 R定=R-RA1-RG=500Ω-200Ω-100Ω=200Ω, 為保證電路安全,定值電阻阻值應大一點,定值電阻應選R2：阻值為60Ω;,(2)待測電流表與定值電阻并聯(lián),然后由電流表測 出并聯(lián)電流,滑動變阻器采用分壓接法,電路圖如 圖所示。 (3)電流表A的示數(shù)為I1,電流表G的示數(shù)為I2,通過定值電阻的電流為 I=I1-I2,電流表G兩端的電壓U=IR2,待測電流表內(nèi)阻rg= 答案：(1)A1 R2 (2)電路圖見解析 (3),2.(2015·合肥一模)在“描繪標有‘9 V 5 W’小燈泡伏安特性曲線”的實驗中,要求測量從0 V到9.0 V的電壓下通過小燈泡的電流,實驗室提供了下列器材 A.電流表A1(量程100 mA,內(nèi)阻1Ω) B.電流表A2(量程0.6 A,內(nèi)阻0.3Ω) C.電壓表V1(量程3.0 V,內(nèi)阻3 kΩ) D.電壓表V2(量程15.0 V,內(nèi)阻10 kΩ),E.滑動變阻器R1(最大阻值為50Ω) F.滑動變阻器R2(最大阻值為500Ω) G.電源E(電動勢15 V,內(nèi)阻忽略) H.電鍵、導線若干 (1)為了提高測量準確度和有效性,應選擇的器材為(只需填寫器材 前面的字母即可)電流表________;電壓表________;滑動變阻器 ________。,(2)如圖1下列給出的測量電路中,最合理的是_________________。,(3)某同學用正確的方法分別測得兩只燈泡L1和L2的伏安特性曲線如圖3中Ⅰ和Ⅱ所示。然后又將燈泡L1、L2分別與電池組連成如圖2所示電路。測得通過L1和L2的電流分別為0.30 A和0.60 A,則電池組的電動勢為________V,內(nèi)阻為________Ω(數(shù)值取到小數(shù)點后一位)。,【解析】(1)因燈泡的額定電壓為9 V,故電壓表應選V2;額定電流為0.56 A,故電流表應選A2,滑動變阻器采用分壓式接法,應該選擇最大阻值較小的,有利于數(shù)據(jù)的測量。故選R1。 (2)要求測量從0 V到9.0 V的電壓下通過小燈泡的電流,所以應采用分壓式接法。由于燈泡電阻更接近電流表內(nèi)阻,所以采用電流表外接法。故選B。,(3)由圖可知,燈光L1電流為0.30 A時,電壓為8.0 V;L2電流為0.60 A時,電壓為6.0 V;因燈泡直接接在電源兩端,故燈泡電壓即為電源輸出電壓,故由閉合電路歐姆定律可知：E=8.0+0.30r,E=6.0+0.60r;聯(lián)立兩式解得：r=6.7Ω;E=10.0 V。 答案：(1)B D E (2)B (3)10.0 6.7,熱點考向3 實驗數(shù)據(jù)的處理及實物的連接 【典題3】(2015·海南高考)某同學利用圖甲所示電路測量電容器充 電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器材為：電池E(內(nèi) 阻很小)、開關(guān)S1和S2、電容器C(約100μF)、電阻R1(約200kΩ)、電 阻R2(1kΩ)、電壓表 (量程6 V)、秒表、導線若干。,(1)按圖甲所示的電路原理圖將圖乙中實物圖連線。,(2)先閉合開關(guān)S2,再斷開開關(guān)S2,閉合開關(guān)S1,同時按下秒表開始計時。若某時刻電壓表的示數(shù)如圖丙所示,電壓表的讀數(shù)為_______V (保留2位小數(shù))。,(3)該同學每隔10s記錄一次電壓表的讀數(shù)U,記錄的數(shù)據(jù)如下表所示,在給出的坐標紙上繪出U-t圖線。已知只有一個數(shù)據(jù)點誤差較大,該數(shù)據(jù)點對應的表中的時間是________s。,(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路的作用是___________________。 【解題探究】 (1)連接實物圖時要_______________進行。 (2)電壓表的分度值為0.1V,讀數(shù)時要估讀到_______。 (3)繪制圖線時要舍去_____________的點。,按照一定的順序,0.01 V,偶然誤差較大,【解析】(1)實物連線如圖所示,(2)電壓表的量程為6 V,分度值為0.1 V,所以讀數(shù)為3.60 V。 (3)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)描點連線如圖所示,由圖像可以看出40s時的數(shù)據(jù)偏離較大,所以40s時的數(shù)據(jù)誤差較大。,(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路,可以使充電的電容器很快放電,以便多次測量。 答案：(1)見解析 (2)3.60 (3)圖見解析 40 (4)可以使充電的電容器很快放電,以便多次測量,【對點訓練】 1.某同學在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中,串聯(lián)了一只2.5Ω的保護電阻R0,實驗電路如圖所示。 (1)請按圖甲電路原理圖把圖乙實物電路連接起來。,(2)該同學順利完成實驗,測定下列數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)在圖丙坐標圖中畫出U-I圖,由圖知：電池的電動勢為________,內(nèi)阻為________。,(3)考慮電表本身電阻對測量結(jié)果的影響,造成本實驗系統(tǒng)誤差的原 因：________________________________。 (4)實驗所得的電池的電動勢和內(nèi)阻的測量值與真實值比較,E測___E真, r測____r真(選填“”)。,【解析】(1)對照電路圖連線即可,要注意電表的極性,實物圖連線如圖：,(2)U-I圖線是一條傾斜的直線,描點連線如圖所示。 縱軸截距為1.5,所以電動勢：E=1.5V。 圖線的斜率：k= Ω=3.0Ω, 則內(nèi)阻：r=3.0Ω-2.5Ω=0.5Ω。,(3)電流表所測的電流小于通過電源的電流,因為電壓表內(nèi)阻有分流作用。 (4)保護電阻等效到電源的內(nèi)部,電壓表測的電壓為外電壓,電流表所測的電流偏小,作出U-I圖線的測量圖線和實際圖線(虛線表示實際圖線) 從圖線可以看出,電動勢和內(nèi)阻的測量值均小于真實值。,答案：(1)見解析圖 (2)1.5 V 0.5Ω (3)電壓表內(nèi)阻分流 (4) ,2.(2015·福建高考)某學習小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小,實驗器材如圖甲所示,現(xiàn)已完成部分導線的連接。,(1)實驗要求滑動變阻器的滑片從左到右移動過程中,電流表的示數(shù)從 零開始逐漸增大,請按此要求用筆畫線代替導線在圖甲實物接線圖中 完成余下導線的連接。 (2)某次測量,電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示,則電流表的示數(shù)為______A。 (3)該小組描繪出的伏安特性曲線如圖丙所示,根據(jù)圖線判斷,將 ________只相同的小電珠并聯(lián)后,直接與電動勢為3 V、內(nèi)阻為1Ω的 電源組成閉合回路,可使小電珠的總功率最大,其總功率的值約為 ________W(保留兩位小數(shù))。,【解析】(1)要使電流表示數(shù)從零逐漸增加,滑動變阻器應采用分壓接法,實物接線圖如圖所示。,(2)由于最小刻度值為0.02 A,因此示數(shù)為0.44 A。 (3)電源內(nèi)阻為1Ω,所以當外電路總電阻等于電源內(nèi)阻時,消耗電功率 最大,此時外電路電壓等于內(nèi)電壓等于1.5 V,由圖丙知當小電珠電壓 等于1.5 V時電流約為0.38 A,此時電阻約為R= =3.95Ω,并聯(lián)后的 總電阻為1Ω,所以需要4個小電珠,小電珠消耗的總功率約為P= W=2.25 W。 答案：(1)見解析 (2)0.44 (3)4 2.25,