高三物理 电学电路实验内容归纳Word格式文档下载.docx
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电流变化大,正确方法应该是看
,可见电流表示数的变化与电压表接a时电流之比为
,而电压表示数变化与电压表接a时电流之比为
,电流表示数变化较电压表示数变化明显,说明电压表的分流作用较大,为了减小误差,应采用电流表内接法,即电压表接a点,此时
二、滑动变阻器分压、限流法的选择
1、限流接法
右图电路中变阻器起限流作用,负载Rx的电压调节范围为
~E,在合上电键前一定要使变阻器所使用的阻值最大,因此在闭合电键前一定要检查滑动触头P是否在正确的一端(图中应为b端)。
2、分压接法
右图电路中变阻器起分压作用,滑片自a端向b端滑动时,负载Rx上电压的调节范围为0~E,显然,滑动变阻器在分压使用时,调节负载上的电压范围比限流法使用时调节范围大。
在合上电键前一定要使变阻器的滑动触头P滑到a端,以使负载的电压和电流最小(均为零)。
3、选择方法
通常情况下,变阻器尽可能选用限流式接法,因为这种接法消耗的电能较小。
但在一下三种情况下,必须选择分压器连接方式:
(1)量程不够:
若采用限流电路时,电表的量程不够或电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时,必须选用分压电路。
(2)变阻器阻值太小:
当用电器电阻远大于滑动变阻器全值电阻,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组实验数据)时,必须选用分压电路。
(3)要求从零开始变化:
实验要求回路中某部分电路的电压从零开始可连续变化,必须选用分压电路。
测定金属丝的电阻率实验和测定电源电动势和内电阻的实验,在没有特殊要求的情况下,而选用限流式接法就可以满足正常的实验要求;
描绘小灯泡的伏安特性曲线实验,一般都要求从零开始变化或相对连续的电压和电流值,所以通常选用分压器接法。
例2:
(08年高考山东卷理综12分)2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。
材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度。
若图l为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线,其中RB,R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。
为了测量磁感应强度B,需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。
请按要求完成下列实验。
(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,在图2的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出,待测磁场磁感应强度大小约为0.6~1.0T,不考虑磁场对电路其它部分的影响)。
要求误差较小。
提供的器材如下:
A.磁敏电阻,无磁场时阻值Ro=150Ω
B.滑动变阻器R,全电阻约20Ω
C.电流表.量程2.5mA,内阻约30Ω
D.电压表,量程3V,内阻约3kΩ
E.直流电源E,电动势3V,内阻不计
F.开关S,导线若干
(2)正确接线后,将磁敏电阻置入待测磁场中,测量数据如下表
根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB=________Ω,
结合图1可知待测磁场的磁感应强度B=_________T。
(3)试结合图1简要回答,磁感应强度B在0~0.2T和0.4~1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?
(4)某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻一磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称),由图线可以得到什么结论?
答案:
(1)如右图所示
(2)15000.90
(3)在0~02T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);
在0.4~1.0T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)
(4)磁场反向.磁敏电阻的阻值不变。
三、实验器材的选择
仪器的选择首先应考虑安全因素,其次是误差因素。
各电表:
安全因素应考虑读数不能超过量程,误差因素一般应要求各电表的实际读数不小于量程的
滑动变阻器:
除了应考虑其电流不能超过其最大允许电流(其它电阻类元件相同)的外,在分压接法中,一般选择阻值较小而额定电流较大的变阻器,在限流接法中,变阻器的阻值应与电路中其它电阻的阻值比较接近。
例3:
(07年高考山东卷理综11分)检测一个标称值为5Ω的滑动变阻器。
可供使用的器材如下:
A.待测滑动变阻器
,全电阻约5Ω(电阻丝绕制紧密,匝数清晰可数)
B.电流表
,量程0.6A,内阻约0.6Ω
C.电流表
,量程3A,内阻约0.12Ω
D.电流表
,量程15V,内阻约15kΩ
E.电压表
,量程3V,内阻约3kΩ
F.滑动变阻器R,全电阻约20Ω
G.直流电源E,电动势3V,内阻不计
H.游标卡尺
I.毫米刻度尺
J.电键S、导线若干
(1)用伏安法测定
的全电阻值,所选电流表为_______(填“
”或“
”),所选电压表为____(填“
”)。
(2)画出测量电路的原理图,并根据所画原理图将图中实物连接成测量电路。
(3)为了进一步测量待测滑动变阻器电阻丝的电阻率,需要测量电阻丝的直径和总长度,在不破坏变阻器的前提下,请设计一个实验方案,写出所需器材及操作步骤,并给出直径和总长度的表达式。
【解析】实验时尽可能使测量数据准确。
所以尽可能使指针偏转在三分之一以上。
所以电压表选择
,电流表选择
答案:
、
例4:
(07年高考江苏物理卷9分)要描绘某电学元件(最大电流不超过6mA,最大电压不超过7V)的伏安特性曲线,设计电路如图,图中定值电阻R为1kΩ,用于限流;
电流表量程为10mA,内阻约为5Ω;
电压表(未画出)量程为10V,内阻约为10kΩ;
电源电动势E为12V,内阻不计。
⑴实验时有两个滑动变阻器可供选择:
a、阻值0到200Ω,额定电流0.3A
b、阻值0到20Ω,额定电流0.5A
本实验应选的滑动变阻器是 (填“a”或“b”)
⑵正确接线后,测得数据如下表
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U(V)
0.00
3.00
6.00
6.16
6.28
6.32
6.36
6.38
6.39
6.40
I(mA)
0.00
0.06
0.50
1.00
2.00
4.00
5.50
a)根据以上数据,电压表是并联在M与
之间的(填“O”或“P”)
b)根据以上数据,画出该元件的伏安特性
曲线为。
⑶画出待测元件两端电压UMO随MN间电压UMN变化的示意图为(无需数值)
答案、⑴a
⑵(a)P
(b)如图
⑶
四、实物连接:
实物连接图中,只要有一处错误就不得分,因为一处错误便不能使电路正常工作。
需要注意:
滑动变阻器接法(不能接到滑片上或腿上);
电表的量程和正负接线柱;
单刀双掷开关;
分压器电路等。
详细内容略。
例5:
(08年高考各天津卷理综)
(2)用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路,请将实物图连线成为实验电路。
微安表μA(量程200μA,内阻约200Ω);
电压表V(量程3V,内阻约10kΩ);
电阻R0(阻值约20kΩ);
滑动变阻器R(最大阻值50Ω,额定电流1A);
电池组E(电动势3V,内阻不计);
开关S及导线若干。
见右图
五、伏安法测电阻的变化
1.只有一个表测电源电动势和内电阻
其实,这不是一个实验而是一道电路习题(如教材选修3-1P62例题),但完全可能变成一个实验习题考查。
一般分只有电压表和只有电流表两种情况(见右图)。
当然,若电动势和R1以及接通R1时表的示数已知,还可以变成判断S接R2时表的示数范围。
(具体略)
2、电表的改装
有的实验所给的仪器中,虽然给了电流表和电压表,但是,其中一个表(电压表或电流表)明显量程不够,即使采用分压器接法,也不能满足实验要求,这种情况下,一般在所给的实验器材中,还格外给出一个定值电阻或电阻箱,这时就需要将量程不够的电表和定值电阻或电阻箱,改装成另外一个量程足够的电表。
当然,也有的实验是给出两块电流表和一个定值电阻或电阻箱,其中一个电流表的内阻给出具体数值而不是大约数值,这时也需要将这块内阻固定的电流表和定值电阻或电阻箱,改装成电压表来使用。
例6:
(07年高考宁夏理综)
利用伏安法测量干电池的电动势和内阻,现有的器材为:
干电池:
电动势约1.5V,符号
电压表:
量程1V,内阻998.3Ω,符号
电流表:
量程1A,符号
最大阻值10Ω,符号
电阻箱:
最大阻值99999.9Ω,符号
单刀单掷开关1个,符号
导线若干
①设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内。
要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负。
②为了满足本实验要求并保证实验的精确度,电压表量程应扩大为原量程的________倍,电阻箱的阻值应为__________Ω。
【解析】⑴这是圆柱形电容器,但可以定性地根据平行板电容器的公式判断,由平行板电容器的公式
,可推测影响圆柱形电容器电容的因素有:
正对面积、板间距离、极板间的介质即H、R1、R2、ε。
⑵①考虑到电源的内阻比较小,则电流表接法是确定的,所以必须连接成答案所示。
②因为干电池的电动势约为1.5V,电压表的量程1V,为了满足本实验要求并保证实验的精确度,电压表量程应扩大为原量程的2倍;
又因电压表的内阻为998.3Ω,所以电阻箱的阻值也应为998.3Ω。
⑴H、R1、R2、ε(正对面积、板间距离、极板间介质)
⑵①如右图②2;
998.3
例7:
(08年高考全国II理综13分)右图为一电学实验的实物连线图。
该实验可用来测量特测电阻Rx的阻值(约500Ω)。
图中两个电压表量程相同,内阻都很大。
实验步骤如下:
1调节电阻箱,使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近;
将滑动变阻器的滑动头调到最右端。
2合上开关S。
3将滑动变阻器的滑动头向左端滑动,使两个电压表指针都具有明显偏转。
④记下两个电压表
和
的读数U1和U2。
⑤多次改变滑动变阻器滑动头的位置,记下
的多组读数U1和U2。
⑥求Rx的平均值。
回答下列问题:
(Ⅰ)根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图,其中电阻箱的符号为
滑动变阻器的符号为
,其余器材用通用的符号表示。
(Ⅱ)不计电压表内阻的影响,用U1、U2和R0表示Rx的公式为Rx
(Ⅲ)考虑电压表内阻的影响,且U1、U2、R0、
的内阻r1、
的内阻r2表示Rx的公式为Rx
(Ⅰ)电路原理图如图所示(6分。
其中,分压电路3分,除分压电路外的测量部分3分)
(Ⅱ)
(3分)
(Ⅲ)
3、表的改装与校对
例8:
(08年高考全国I理综12分)一直流电压表,量程为1V,内阻为1000Ω,现将一阻值为5000~7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联,以扩大电压表的量程.为求得扩大后量程的准确值,再给定一直流电源(电动势E为6~7V,内阻可忽略不计),一阻值R2=2000Ω的固定电阻,两个单刀开关S1、S2及若干线.
(1)为达到上述目的,将答题卡上对应的图连成一个完整的实验电路图.
(2)连线完成以后,当S1与S2均闭合时,电压表的示数为0.90V;
当S1闭合,S2断开时,电压表的示数为0.70V,由此可以计算出改装后电压表的量程
为V,电源电动势为V.
例9:
(08年高考海南卷物理)一毫安表头满偏电流为9.90mA,内阻约为300Ω.要求将此毫安表头改装成量程为1A的电流表,其电路原理如图所示.图中是量程为2A的标准电流表,R0为电阻箱,R为滑动变阻器,S为开关,E为电源.
⑴完善下列实验步骤:
①将虚线框内的实物图按电路原理图连线;
②将滑动变阻器的滑动头调至端(填“a”或“b”),电阻箱R0的阻值调至零;
③合上开关;
④调节滑动变阻器的滑动头,增大回路中的电流,使标准电流表读数为1A;
⑤调节电阻箱R0的阻值,使毫安表指针接近满偏,此时标准电流表的读数会(填“增大”、“减小”或“不变”);
⑥多次重复步骤④⑤,直至标准电流表的读数为,同时毫安表指针满偏.
⑵回答下列问题:
①在完成全部实验步骤后,电阻箱使用阻值的读数为3.1Ω,由此可知毫安表头的内阻为.
②用改装成的电流表测量某一电路中的电流,电流表指针半偏,此时流过电阻箱的电流为A.
③对于按照以上步骤改装后的电流表,写出一个可能影响它的准确程度的因素:
。
解析:
⑴①连线如图
②b
⑤减小
⑥1A
⑵①310Ω
②0.495(0.494~0.496均可)
③例如:
电阻箱和滑动变阻器的阻值不能连续变化;
标准表和毫安表的读数误差;
电表指针偏转和实际电流的大小不成正比;
等等
4、电流表和电压表之间的替代
有的实验所给的仪器中,没有电压表而有两个电流表,其中至少一个电流表的内阻给出具体数值而不是大约数值,这时就可以用这块内阻确定的电流表代替电压表,读数时,将这块表的示数(电流)乘以其内阻,就等于跟这块表并联的那部分电路的电压。
若没有电流表而有两个电压表,其中至少一个电压表的内阻给出具体数值而不是大约数值,这时就可以用这块内阻确定的电压表代替电流表,读数时,将这块表的示数(电流)除以其内阻,就等于跟这块表串联的那部分电路的电流。
例10:
(04年高考)用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900~1000Ω):
电源E,具有一定内阻,电动势约为9.0V;
电压表V1,量程为1.5V,内阻r1=750Ω;
电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500Ω;
滑线变阻器R,最大阻值约为100Ω;
单刀单掷开关K,导线若干。
(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的
,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注)。
(2)根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。
(3)若电压表V1的读数用U1表示,电压V2的读数用U2表示,则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx。
本题提供了两只电压表,在没有电阻箱和定值电阻的情况下,不能用替代法和等效测量法,只能用伏安法测量,提供的电压表中必定有一只电压表要做电流表使用。
由于待测电阻的阻值范围在900-1000之间,而电压表V1的内阻r1=750Ω,电压表V2的内阻r2=2500Ω,待测电阻阻值与电压表V1的内阻阻值比较接近,不存在明显关系,所以“电流表”内接和“电流表”外接应该都是可行的。
由于两个电压表的读数均不低于量程的
,要想满足上述条件,电路也要接成分压电路。
Rx=
或Rx=
5、半偏法测电表的内阻
“半偏法”是一种科学巧妙的测定电表内阻的方法,常见的有“半偏电流法”和“半偏电压法”,下面对这两种方法作一比较。
(1)、半偏电流法
在用“半偏电流法”测定电流表的内电阻的实验中,如图1,R1和R2是电阻箱,先闭合S1,调节R1,使电流表指针偏转到满刻度;
再闭合S2,调节R2使电流表指针指在刻度盘的中央。
则近似有rg=R2。
(2)、半偏电压法
在用“半偏电压法”测定电压表的内电阻的实验中,如图2,R11为滑动变阻器,R2为电阻箱,闭合开关S前,将滑动变阻器滑片P移到最右端,并将电阻箱的电阻调至零;
闭合S,调节滑动变阻器R1的阻值,使电压表的指针指到满刻度;
保持P不动,调节电阻箱R2阻值,使电压表指针指到刻度盘的中央,记下此时R2的值。
则近似有Rv=R2。
(3)、误差分析:
半偏电流法:
根据闭合电路欧姆定律和串并联的特点,当闭合开关S2,调整电流表半偏时,回路中的总电流增大,故流过R2的实际电流比流过电流表的电流大,因此,R2<rg,即测量值小于真实值。
半偏电压法:
根据闭合电路欧姆定律和串并联电路的特点,当调整电压表半偏时,R2和电压表上的电压之和增大,故R2上的实际电压大于电压表上的电压,因此,R2>Rv,即测量值大于真实值。
(4)、其它的半偏法:
按图3接好电路。
G为待测电表,mV为毫伏表,R0为电阻箱,R′为保护电阻。
实验时,R′调至最大阻值,R0调到较小的阻值R1。
先调节R,再调节R′使G的指针满偏(通过它的电流为Ig)记下毫伏表的读数U,则U=Ig(R1+Rg)。
调节R0及R,使检流计的指针达到半偏,而毫伏表读数不变,这时电阻箱示数为R2,则U=(1/2)Ig(R2+Rg)
由上面两式可得:
Rg=R2-2R1
如果实验时能够做到R0=0时,使G表指针指向满刻度,则Rg=R2。
也可以用图4所示电路测量检流计内阻。
G为待测电阻的检流计,μA为微安表,R0为电电阻箱,R′为保护电阻。
实验时,先断开S2,闭合S1,调节R和R′,使G表电流达到满偏,记下微安表的读数I。
闭合S2,调节R0及R,使检流计的指针达到半偏,而微安表读数仍保持I不变。
这时G与电阻箱R0中的电流相等,均为(1/2)I,由欧姆定律:
,有
即这时电阻箱的阻值等于检流计的内阻。
用图5也可测出检流计的内阻。
开始时使滑动变阻器R上的分压值最小,电阻箱R′的阻值较大。
闭合开关,调节R及R′的阻值使G的指针满偏。
保持R的分压值不变,调节R′使G的指针半偏,如前后两次R′的阻值分别为R1和R2,则
可得Rg=R2-2R1。
例11:
(07年高考全国理综II)有一电流表,量程为1mA,内阻r1约为100Ω。
要求测量其内阻。
可选用器材有:
电阻器R0,最大阻值为99999.9Ω;
滑动变阻器甲,最大阻值为10kΩ;
滑动变阻器乙,最大阻值为2kΩ;
电源E1,电动势约为2V,内阻不计;
电源
E2,电动势约为6V,内阻不计;
开关2个,导线若干。
采用的测量电路图如图所示,实验步骤如下:
①断开S1和S2,将R调到最大;
②合上S1调节R使满偏;
③合上S2,调节R1使半偏,此时可以认为的内阻rg=R1,试问:
①在上述可供选择的器材中,可变电阻R1应该选择;
为了使测量尽量精确,可变电阻R应该选择;
电源E应该选择。
②认为内阻rg=R1,此结果与rg的真实值相比。
(填“偏大”、“偏小”或“相等”)
⑴AC⑵①R0;
滑动变阻器甲;
E2②偏小
6.把实验题当作计算题处理。
(1)根据闭合电路欧姆定律列方程求解待测量;
(2)根据欧姆定律的变式求解电阻。
在利用伏安法测电源的电动势和内阻的实验中,只要测出外电路的电压变化量和电流的变化量(外电压的变化量始终等于内电压的变化量),就可以求出电源的内阻。
7、其它电路实验变化
电路实验变化很多,但万变不离其宗,无论怎么变化,都可以看到以上的影子。
例12:
(07年高考海南卷)图1中电源电动势为E,内阻可忽略不计;
电流表
具有一定的内阻,电压表
的内阻不是无限大,S为单刀双掷开关,R为待测电阻。
当S向电压表一侧闭合时,电压表读数为U1,电流表读数为I1;
当S向R一侧闭合时,电流表读数为I2。
(1)根据已知条件与测量数据,可以得出待测电阻R=______________。
(2)根据图1所给出的电路,在图2的各器件实物图之间画出连接的导线。
【解析】
(1)当S向电压表一侧闭合时,电压表读数为U1,电流表读数为I1;
根据闭合电路欧姆定律有
;
整理得
,整理得
(2)连线如图