新课标高三物理电学实验复习自编资料Word下载.docx

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另一种情况是实验只提供一只电流表或电流表本身读数不准，这时我们可以考虑在保证电表读数不变的前提下，用一定值电阻（电阻箱）替换待测电阻，完成实验并提高测量准确性：

例1：

在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值R，现有如下器材：

读数不准的电流表A、定值电R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。

（1）画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。

（2）写出主要的实验操作步骤

解析：

（1）实验电路如右图所示。

（2）①将S2与Rx相接，记下电流表指针所指位置

②将S2与R1相接，保持R2不变，调节R1的阻值，使电流表的指针在原位置上，记下R1的值，则Rx＝R1。

3、伏安法。

伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表时，可以用标准电阻（电阻箱或给一个定值电阻）代替；

当电表的内阻已知时，根据欧姆定律I=U/R电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当电压表用。

1．电流表内外接法选取

（１）基本电路

连接方式

误差来源

测量值与真实值关系

适用范围

外接法

电压表分流

电流表的读数大于流过待测的电流，故：

R测<

R真

测小电阻

内接法

电流表分压

电压表读数大于待测电阻两端的电压，故：

测大电阻

.①直接比较法：

当待测电阻Rx较小且远小于电压表内阻Rv时，应选用外接法；

当待测电阻Rx较大且远大于电流表内阻RA时，应选用内接法。

②临界值法：

当待测电阻Rx<

时，视Rx为小电阻，应选用外接法；

当Rx>

时，视Rx为大电阻，应选用内接法；

当Rx＝

时，两种接法均可。

③如果无法估计被测电阻的阻值大小，可以利用试触法：

如图将电压表的左端接a点，而将右端第一次接b点，第二次接c点，观察电流表和电压表示数的变化。

若电流表示数变化大，说明被测电阻是大电阻，应该用内接法测量；

若电压表读数变化大，说明被测电阻是小电阻，应该用外接法测量。

（这里所说的变化大，是指相对变化，即ΔI/I和ΔU/U）。

（口决：

”内大外小”，即内接法适合测大电阻结果偏大，外接法适合测小电阻测量结果也偏小）

4、伏安法拓展：

某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。

这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用“伏安法”的替代形式——“比较法”来设计实验方案

（1）利用已知内阻的电压表

例题：

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。

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。

（2）利用已知内阻的电流表：

利用“安安”法测定值电阻的阻值

用以下器材测量一待测电阻的阻值．器材（代号）与规格如下：

电流表A1（量程250mA,内阻r1为5Ω）;

标准电流表A2（量程300mA,内阻r2约为5Ω）；

待测电阻R1（阻值约为100Ω）；

滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）；

电源Ｅ（电动势约为10V，内阻r约为1Ω）；

单刀单掷开关Ｓ，导线若干．

（１）要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号．

（２）实验中，需要直接测量的物理量是_______,

用测的量表示待测电阻R1的阻值的计算公式是R1＝________.

解答如下：

（１）实验电路图如图所示．

（２）两电流表A1、A2的读数为I1、I2和电流表A1的内阻为r1，待测电阻R1的阻值的计算公式是

R1＝

２．利

（3）电压表、电流表混合用

有一电阻RX，其阻值在100—200之间，额定功率为0.25W。

要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：

安培表A1，量程为50mA，RA1=100Ω

安培表A2，量程为1A，RA2=20Ω;

电压表V1，量程为5V，RV1=10k;

电压表V2，量程为15V，Rv2=30k变阻器R变1，变阻范围0—20Ω，2A；

变阻器R变2，变阻范围0—1000Ω，1A；

9V电源，电键，导线。

1）实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是：

2）画出所用实验电路

1、允许通过电阻中电流可能的最大值为：

因为P=I2R

I1=35mAI2=50mA

因为电阻可能为200Ω，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA，应用电流表的示数来控制通过电阻的电流，因此，电流表应选A1。

因为P=U2/RU1=5VU2=7.1V

因为电阻可能为100Ω，所以允许加在电阻两端的电压的最大值可能是5V，应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应选V1。

因为R变1<

R变2,且2A>

35mA,所以应选变阻器R变1。

因为R变1<

RX所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路因为RV1/RX（=50-100）>

RX/RA1（=1-2）,所以应选用外接电路

2、实验所用电路如图所示

演练1．

测量电源的电动势Ｅ及内阻r（Ｅ约为4.5Ｖ，约1.5Ω为）．可选用的器材是：

量程为3V的理想电压表Ｖ，量程为0.5Ａ的电流表Ａ（有一定内阻），固定电阻R＝4Ω，滑动变阻器R′，开关Ｓ，导线若干．

（１）画出实验电路原理图．图中各元件需用题目给出的符号或字母标出．

（２）实验中，当电流表的读数为I1时，电压表的读数U1为；

当电流表的读数为I2时，电压表的读数U2为，则可求出Ｅ＝________;

r=___________

（用I1、I2、U1、U2及R表示

演练2

（2004年全国卷二）用以下器材测量电阻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；

滑动变阻器Ｒ，最大阻值约为100Ω；

单刀单掷开关Ｓ，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（原理图中元件要用题图中相应的英文字母标注）．

若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx公式为Rx＝_

第三部分：

电表内阻的测量方法

预备知识

1、将电表看成可以直接读出电流电压的电阻。

2、已知内阻的电流表相当于一块电压表即U=IRA

3、已知内阻的电压表相当于一块电流表即I=U/RV

一替换法

1．用替代法测电流表的内阻

原理：

分别闭合S1、S2时电流表A有相同的读数，则电阻箱的阻值即为A1的内阻

基本步骤：

1）将S1闭合，S2断开，调节RL，使被测电流表A1指示某一示数，并记下读数I0。

2）保持RL滑片位置不变，将S1断开，S2闭合，调节电阻箱R0的阻值，使电流表A的示数仍为I0，并记下电阻箱的读数R1。

则RA=R1

例：

如果各个电表的规格如下

A1（500uARg≈200Ω）

A（为校准1mARA=100Ω）

滑动变阻器：

20Ω1A

电阻箱：

0～999.9Ω

电源E：

3V内阻忽略；

R3为定值电阻

拓展：

为了保证实验过程中无论怎样调节变阻器的滑动端，都不会烧毁电流表，则R3的阻值至少为？

2：

用替代法测电压表的内阻：

电路如右图

操作的过程请同学们自行补充

问题：

图中S2画正确了吗？

二：

半偏法

1．半偏法测量电流表的内阻

半偏法测量原理是利用电表的满偏电流与半偏电流之间的

关系，求出电阻值。

测量的电路主要有以下三两种形式：

第一种形式：

如图１所示，这是标准的恒流半偏法，即整个测量过程保持回路电流I不变，以消除R1并联后对回路电流的影响。

1、实验步骤：

（1）按图1接线，K2断开，K1合上，调节R2，使A1指示满刻度，记录此时A2读数为I1。

（2）合上K2，合理调节R1、R2，使A1指针在满刻度一半的位置，A2的读数为I1。

（3）由于回路电流I1恒定，而Ａ１支路电流半偏转为

，则R1支路电流也为

，故Rg＝R1。

第二种形式：

如图2所示。

（1）按图2接线，调节电阻箱为R1值，使电表指示在满刻度为I1。

（2）再调节电阻箱为R2值，使电表指针在满刻度一半的位置，此时电表示数I2＝

I1

第三种形式：

更为常见，

仪器：

电源、滑动变阻器、电阻箱，待测电流表

1．先将R调到最左端，闭合S1，断开S2，调节R使电流表满偏

2．然后使R不变，闭合S２调节R’使电流表指到满刻度的一半，

3．若R》R’，有Rg≈R’。

即

4．此时电阻箱R’的读数即为电流表的内阻rg。

电流表满偏即读数为I0后使P位置不动，即认为在电阻箱调节过程中并联支路的电压不变，电流表半偏，认为均分电流，即R和相同R’

误差分析：

在半偏法测内阻电路中，当闭合S２时，引起总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R’的电流比电流表电流多，R’的电阻比电流表的电阻小，但我们就把R’的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小。

但如果是R》R’的话，总电流的变化可以忽略

注：

此处R’只能用电阻箱，而不能用滑动变阻器，其阻值只需比灵敏电流表的电阻大一点就可以了，R一般使用滑动变阻器，其阻值要求较大，以减小因闭合S2而引起总电流的变化，从而减小误差。

2．用半偏法测电压表的内阻

先将R调到最左端，闭合S1和S2，调节R使电压表满偏，然后使R不变，断开S２调节R’使电压表指到满刻度的一半，此时电阻箱R’的读数即为电流表的内阻rg。

此处R’只能用电阻箱，而不能用滑动变阻器，其阻值只需比电压表的电阻大一点就可以了，R一般使用滑动变阻器，其阻值要求较小，以减小因闭合S2而引起总电压的变化，从而减小误差。

电压表内阻误差分析

　　在半偏法测电压表内阻电路中，在断开S２时，引起总电阻增大，滑动变阻器两端分得电压将超过原电压表的满偏电压，调节R’使电压表半偏时，R’上的电压将比电压表半偏电压大，故R’的电阻比电压表的内阻大，所以测得电压表内阻偏大

注意：

也可以用右边的电路来进行半偏法测电压表的内阻的，请同学们自行叙述操作过程

测量值小于真实值要求Pb之间电压不变，减小实验误差的方法

3．互测法：

利用电表自报电压/流的功能，或是利用内阻已知的电表

测电压表内阻

如右图

测电流表内阻

请问这四个图中，那些图是利用内阻已知的电表的？

具体是那个电表内阻已知？

A.待测电压表（0～3V）B.电流表（0～1mA）C.滑动变阻器（0～50Ω）D.电源（1.5V的干电池2节）E.电键F.导线

试回答下列问题：

请你设计一个测定电压表内阻的电路图，并说明设计的理由

为了测量两个电压表VA、VB的内电阻，可以提供的仪器有：

电压表VA、量程5V、内电阻约3000Ω

电压表VB、量程3V、内电阻约2500Ω

电流表A、量程3A、内阻2.5Ω

电阻箱R1、阻值范围0—9999.9Ω

电阻箱R2、阻值范围0—99.9Ω

滑动变阻器R3、阻值0—50Ω、额定电流1.5A

滑动变阻器R4、阻值0—10Ω、额定电流1A

电池阻、电动势12V，内电阻约0.5Ω

单刀开关2个，导线若干

（1）在设计电路时，能否选用电流表A，请简要说明理由________。

（2）选用的器材有________。

（3）为了测量两个电压表内电阻，请设计一个测量电路，画出电路图。

（4）说明实验原理和需要测量的物理量，并列出计算两个电压表内电阻的计算式。

1）电流表A不能选用，电流表量程太大，测量不准确。

（2）电阻箱R1，变阻器R3，电池组和开关2个，导线若干。

（4）开关S2打开时，电压表VA和VB串联，其读数之比等于内电阻之比，即

开关S2闭合时，电压表VA和电阻箱电阻R1并联，再与VB串联，其读数之比为：

由

（1）、

（2）可解得

例题．从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1。

要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。

器材代号

规格

电流表（A1）

量程100mA，内阻r1待测（约40Ω）

电流表（A2）

量程500uA，内阻r2＝750Ω

电压表（V）

量程10V，内阻r3=10kΩ

电阻（R1）

阻值约100Ω，作保护电阻用

滑动变阻器（R2）

总阻值约50Ω

电池（E）

电动势1.5V，内阻很小

开关（K）

导线若干

（1）画出电路图，标明利用器材的代号。

（2）若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1＝________________，式中各符号的意义是____________________________________。

分析题意知道需测量电流表A1的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但经分析即使该电流表满偏时两端电压仅为0.4V，远小于10V量程。

这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”

根据所列仪器的特点，电流表A2内阻已知，由此可采用两电流表并联，因为两电流表两端电压相等即可省去电压的测量，从而减小实验误差，由I2r2＝I1r1得r1=

此题也可理解为“将已知内阻的电流表A2当成电压表使用”。

这实际也是伏安法的一种推广形式。

例３从下列器材中选出适当的实验器材，设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并测量多组数据，器材（代号）与规格如下：

▪电流表A1，量程10mA,内阻待测（约为40Ω）；

▪电流表A2，量程500µ

A，内阻r2＝750Ω；

▪电压表Ｖ，量程10V,内阻r2=10KΩ；

▪电阻R1，电阻约为100Ω；

▪滑动变阻器R2，总电阻约50Ω；

▪电源Ｅ，电动势1.5Ｖ，内阻很小；

▪开关Ｓ，导线若干。

▪

（1）画出实验电路图；

标明所用器材的代号．

▪

（2）若选取测量中的一组数据来计算r1＝____________，式中各符号的意义是________________.

分析与解答

大多数考生看到此题，第一感觉考虑的就是伏安法，由于没有考虑电表的量程，当然做不正确．少数考生想到要满足“有尽可能高的精确度”的条件，认为电压的测定，不能选量程是10V的电压表．因为电流表A1上允许通过的最大电压为0.4Ｖ，因而电压表测不出电流表的两端的电压，但由于缺乏创新精神，想不到其他方法．只有极少数有“安安”法新思路的考生才能设计出新方案：

将电流表A2并联在电流表A1的两端，利用电流表测量电压；

要满足“多测几组数据”，滑动变阻器R2采用分压接法；

实验电路如图所示，其表达式r1=式中I1、I2、r1、r2

分别表示通过电流表A1、A2的电流和其内阻．

电路图如图所示

四：

其他方法

伏伏”法是利用两块电压表（伏特表）测量电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电压表测电流（或算电流），此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形。

设计电路时不仅要考虑电压表的量程，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式．

利用“伏伏”法测电压表的内阻

例１　　为了测量量程为３Ｖ的内阻（内阻约2000Ω），实验室可以提供的器材有：

电流表A1，量程为0.6Ａ，内阻约为0.1Ω；

电压表V2，量程为５Ｖ，内阻约为3500Ω；

电阻箱R1的阻值范围为０～9999Ω；

电阻箱R2的阻值范围为０～99.9Ω；

滑动变阻器R3的最大阻值约为100Ω,额定电流1.5A；

电源Ｅ，电动势６Ｖ，内阻约0.5Ω；

⑴请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表Ｖ的内阻的实验电路，画出电路原理图（图中的元件要用题中相应的英文字母标注），要求测量尽量准确．

⑵写出计算电压表Ｖ的内阻Rv的计算公式为Rv＝___________

分析与解答：

多数考生解答此题，毫不犹豫地套用伏安法，由于没有考虑电表的量程，当然做不正确．少数考生想到待测电压表的量程为３Ｖ，内阻约为2000Ω，电压表中的最大电流为Ｉ＝３／2000=1.5mA=0.0015A，认为电流表不能用，由于创新能力差，也做不正确．只有极少数有“伏伏”法理念的考生才能做正确．答案是：

⑴测量电压表Ｖ的内阻的实验电路如图１所示．

⑵闭合开关，电压表Ｖ的示数为Ｕ，电压表V2的示数为U2，电阻箱R1的读数为r1．根据欧姆定律，利用通过电压表的电流与电阻R1的电流相等，算出电压表的电阻为Rv=

“加Ｒ”法测电流表的内阻

某电流表的内阻在0.1～0.2之间现要测量其内阻，可选用的器材如下：

A.待测电流表A1（量程0.6A）

B.电压表V1（量程３V，内阻约２KΩ）

C.滑动变阻器R1（最大阻值10Ω）

D.定值电阻R2（阻值５Ω）

E.电源Ｅ（电动势４V）

F.开关Ｓ及导线若干

（１）画出实验电路图；

（２）若测得电压表的读数为Ｕ，电流表的读数为Ｉ，则电流表A1的内阻的表达式为RA＝__________

▪分析与解答：

许多考生读完此题，知道实验原理是伏安法，由于设计电路时没有考虑电压表和电流表的量程，当然做不正确．少数考生想到电流表的内阻在0.1～0.2Ω之间量程为0.6A，电流表上的最大电压为0.12V，因而电压表不能并联在电流表的两端．本题必须将一个阻值为5Ω的定值电阻R2与电流表串联，再接到电压表上，才满足要求；

电压表的量程3V小于电源电动势（4V），但可在电路中接入滑动变阻器进行保护；

滑动变阻器在本实验中采用分压与限流的连接方式均符合要求，但考虑限流的连接方式节能，因而采用限流的连接方式．故本题设计电路图如图所示；

电流表A1内阻的表达式为RA＝U/I－R2

设计实验的一般步骤

如何选择电学仪器和实验电路

在电学实验中，例如用伏安法测电阻。

测量电源的电动势和内电阻，测某一用电器的I－U图线，都存在如何选择电学实验器材，如何选择测量电路、控制电路的问题。

合理地选择实验器材和实验电路，可以使实验顺利进行，而且实验操作方便，实验误差较小。

正确地选择电器和电路的问题，有一定的灵活性。

解决时应掌握和遵循一些基本的原则、即“安全性”、“精确性”、“方便性”和“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面要综合考虑。

灵活运用

一、实验仪器和量程选择

根据教学大纲及高考考核的要求，选择电学实验议器主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器件，电路实验器材和量程的选择，应考虑以下几点

（1）电路工作的安全性，即不会出现电表和其它实验器材因过载毁坏现象。

（2）能否满足实验要求（常常要考虑便于多次测量求平均值）。

（3）选择器材的一般思路是：

首先确定实验条件，然后按电源—电压表—电流表—变阻器顺序依次选择

1．电源的选择：

在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下，选择电动势较大的电源（以获得更多的测量数据）。

在相同电动势情况下，通常选择内电阻较小的电源（以获得较稳定的路端电压）。

２、电压表和电流表的量程选择。

根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。

首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程。

然后合理选择量程。

务必使指针有较大偏转（一股取满偏的2/3左右），以减少测读的误差。

具体要求如下：

1）如果题目中给出被测用电器的额定功率（即隐含给出被测用电器的额定电压和额定电流），这种情况要从保护被测用电器的角度出发，用电流表或电压表的示数来控制用电器中的电流或其两端的电压。

2）如果题目中没有给出被测用电器的额定功率，则要从保护电流表和电压表的角度出发，要求测量的电流或电压的最大值不能超过电流表或电压表的量程。

3）在不超过电表量程的条件下，量程越接近测量值越好（选择量程较小的电表，以便测量时示数能在满刻度的2/3左右）。

例题:

有一电阻R，其阻值大约在40Ω至50Ω之间，需进一步测定其阻值，现有下列器材：

电池组ε，电动势为9V，内阻忽略不计；

电压表V，量程为0至10V，内阻20KΩ；

电流表A1，量程为0至50ｍＡ，内阻约20Ω；

电流表A2，量程为0至300mＡ，内阻约4Ω；

滑动变阻器R1，阻值范围为0至100Ω，额定电流1A；

滑动变阻器R2，阻值范围为0至1700Ω，额定电流0.3Ａ，开关Ｓ及导线若干。

实验电路图如图１所示，实验中要求多测几组电流、电压值。

在实验中应选 

电流表和 

滑动变阻器。

分析与解：

首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流表A1，则

，超过了A1的量程，假设选电流表A2，则

，未超出A2的量程，故应选电流表A2，这一选择遵循了安全性原则。

　　对滑动变阻器的选择。

假设选R1，电路中的最小电流约为

，

故电路中的电流强度范围为0.06A～0.18A。

又假设选R2，电路中的最小电流约为

.

故电路中的电流强度范围为0.005A～0.18A，因为电流表A2的量程为0.3Ａ，电流强度为0.06Ａ时，仅为电流表A2量程的1/5，如果移动滑动变阻器阻值再增大，其电流表的示数将更小，读数误差会更大，因此对于R2而言，有效的调节长度太小，将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感。

调节不方便，故应选滑动受阻器R1。

这一选择就遵循了方便性原则。

二、实验电路（电流表内外接法）的选择（具体选那种接法，见上所述）

当待测电阻