高考物理电学实验总复习.docx
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高考物理电学实验总复习
高考物理电学实验总复习
决战高考2013
一、实验仪器的读数
高考要求会正确使用的电学仪器有：
电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。
除了滑动变阻器以外，其它仪器都要求会正确读出数据。
读数的基本原则是：
凡仪器最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字）；凡仪器最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。
电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的，指针必须指向某一个确定的数值，不能在两个数值之间，因此不再向下估读。
15
例：
右图是电压表的刻度盘。
若当时使用的是该表的0-3V量程，那么电压表读数为多少？
若当时使用的是该表的0-15V量程，那么电压表度数又为多少？
例：
电阻箱示意图如右，试读出当时电阻箱的阻值。
0
二、电流表、电压表内部结构
常用电流表和电压表都是由小量程的电流表G（即表头）改装而成的。
电流表头G的电阻Rg叫表头内阻。
指针偏转到最大刻度时对应的电流Ig叫满偏电流；与之对应的电压Ug叫满偏电压，Ug=IgRg。
将电流表头G改装为电压表，要串联一只大电阻实现分压；将电流表头G改装为电流表，要并联一只小电阻实现分流。
R2
例．现有一只内阻为Rg=25Ω，量程为Ig=3.0mA的电流表。
⑴若要把它改装为量程为0.6A和3A的双量程电流表，所需的并联电阻阻值分别是多少？
⑵现在只有两只定值电阻R1=0.025Ω和R2=0.10Ω，试用它们完成改造。
改装电路图已画好，请标出接线柱上的标志（共用的+接线柱、0.6A和3A）。
三、恒定电流实验常规
b
1．伏安法测电阻
伏安法测电阻有a、b两种接法，a叫（电流计）外接法，b叫（电流表）内接法。
外接法的系统误差是由电压表的分流引起的，测量值总小于真实值，小电阻应采用外接法；内接法的系统误差是由电流表的分压引起的，测量值总大于真实值，大电阻应采用内接法。
如果被测电阻阻值为Rx，伏特表和安培表的内阻分别为RV、RA，若
，则采用外接法。
若
，则采用内接法。
c
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）。
2．滑动变阻器的两种接法
RX
滑动变阻器在实验电路中常用的接法有两种，分别用下面a、b两图表示：
a叫限流接法，b叫分压接法。
采用分压接法时，被测电阻RX上的电压调节范围较大。
当实验中要求被测电阻上的电压从零开始逐渐增大，或要求电压调节范围尽量大时，应该用分压接法。
为了便于调节，采用分压接法时，应该选用总阻值较小的滑动变阻器；采用限流接法时，应该选用总阻值和被测电阻接近的滑动变阻器。
3．实物图连线方法
⑴无论是分压接法还是限流接法，都应该先把测量电路（伏安法部分）接好。
V
⑵对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱并选择正确的量程，滑动变阻器的滑动触头应调到阻值最大处）。
0.6
⑶对分压电路，应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，根据“外电路沿电流方向电势降低”比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据伏安法部分电表正负接线柱的分布，将伏安法部分接入该两点间。
实物连接图如下。
b
三、考试大纲规定的学生实验
1.用描迹法画出电场中平面上的等势线
实验所用的电流表是零刻度在中央的灵敏电流表，在实验前应先查明电流方向与指针偏转方向的关系。
方法是：
将电流表、电池、电阻、导线按图a或图b连接，若R是阻值很大的电阻，就按图a连接；若r是阻值很小的电阻，就按图b连接。
然后用导线的a端试触电流表的另一端，观察电流表指针的偏转方向，就可判定电流方向和指针偏转方向的关系。
+—
本实验是用恒定电流的电流场来模拟静电场。
与电池正极相连的A电极相当于正点电荷，与电池负极相连的B相当于负点电荷。
白纸应放在最下面，导电纸应放在最上面（涂有导电物质的一面必须向上），复写纸则放在中间。
只要电流表示数是零，就表示两根探针针尖对应的点电势相等。
把所有与同一个基准点电势相等的点连起来，就是等势线。
例．用恒定电流的电流场模拟静电场描绘等势线时，下列哪些模拟实验的设计是合理的
M
⑴ ⑵ ⑶ ⑷
A．如图⑴所示圆柱形电极M、N都接电源的正极，模拟等量正点电荷周围的静电场
B．如图⑵所示圆柱形电极M接电源正极，圆环形电极N接电源负极，模拟正点电荷周围附近的静电场
C．如图⑶所示两个平行的长条形电极M、N分别接电源正、负极，模拟平行板电容器间的静电场
D．如图⑷所示圆柱形电极M接电源负极，模拟负点电荷周围的静电场
2．测定金属的电阻率
由于该实验中选用的被测电阻丝的电阻较小，所以测量电路应该选用伏安法中的电流表外接法。
本实验对电压的调节范围没有特殊要求，被测电阻又较小，因此供电电路可以选用限流电路。
本实验通过的由于金属的电阻率随温度的升高而变大，因此实验中通电时间不能太长，电流也不宜太大，以免电阻丝发热后电阻率发生较明显的变化。
由于选用限流电路，为保护电表和电源，闭合电键开始实验前应该注意滑动触头的位置，使滑动变阻器接入电路部分的电阻值最大。
0.6
例．在测定金属的电阻率的实验中，待测金属导线的长约0.8m，直径小于1mm，电阻在5Ω左右。
实验主要步骤如下：
⑴用______测量金属导线的长度l，测3次，求出平均值；⑵在金属导线的3个不同位置上用______________测量直径d，求出平均值；⑶用伏安法测量该金属导线的电阻R。
在左边方框中画出实验电路图，并把右图中所给的器材连接成测量电路。
安培计要求用0-0.6A量程，内阻约1Ω；伏特计要求用0-3V量程，内阻约几kΩ；电源电动势为6V；滑动变阻器最大阻值20Ω。
在闭合电键前，滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。
根据以上测量值，得到该种金属电阻率的表达式为ρ=__________。
3．描绘小灯泡的伏安特性曲线
灯丝的电阻率随温度的升高而增大。
灯丝不发光时温度是室温，正常发光时温度很高，其电阻率的变化是很显著的，所以灯丝的阻值随灯泡两端电压的升高而明显增大，其U-I图线不再是过原点的直线。
S
用伏安法测量在不同电压下灯丝的电流和电压，描绘出伏安特性曲线。
由于使用的小灯泡是（3.8V，0.3A）的，正常发光时灯丝电阻是13Ω，阻值较小，因此应该用电流表外接法电路；由于要测小灯泡在不同电压下的电流、电压，电压取值范围要尽量大，因此滑动变阻器应该用分压电路。
电路图如右。
实验中电压表量程可选0-3V，该范围伏安特性已经明显，且读数的有效数字较好。
I/A
例．描绘小电珠的伏安特性曲线的实验电路如上图，小电珠的额定电压是3.8V。
⑴关于该实验的系统误差，下列说法中正确的是
Ａ．系统误差主要是由电压表的分流引起的
Ｂ．系统误差主要是由电流表的分压引起的
Ｃ．系统误差主要是由于忽略电源内阻引起的
Ｄ．系统误差主要是由读数时的估读引起的
⑵根据实验数据在坐标系中描点如右图。
试在坐标系中画出
该小灯泡的伏安曲线，并从图象中求该小灯泡的额定功率。
15
⑶该小灯泡在1V电压下不发光。
当时灯丝的实际电阻是多大？
该小灯泡在2V电压下开始发出微弱的黄光。
当时灯丝的实际电阻又是多大？
小灯泡在不同电压下的实际电阻为什么不相同？
⑷试将下列实物图连接成实验电路。
4．把电流表改装为电压表
此实验分三大步骤：
⑴用半偏法测定电流表头的内阻Rg。
⑵根据扩大量程的需要调节跟电流表头串联电阻箱的阻值，并改写表盘刻度，把电流表改装成电压表。
⑶将改装的电压表跟标准电压表进行校对，分析误差原因，并进行校准。
例．把电流表改装为电压表的实验中给出的器材有：
①电流表（量程0-300μA）②标准伏特表（量程0-3V）
E
③电阻箱（0-9999Ω）④电位器（0-100kΩ）
⑤电源（电动势2V）⑥电源（电动势6V）
⑦滑动变阻器（0-50Ω，额定电流1.5A）
⑧电键两只，导线若干。
⑴用半偏法测定电流表的内阻。
采用右图电路测定电流表G的内阻。
要想得到较高的精确度，从以上给出的器材中，可变电阻R1应选用______，可变电阻R2应选用______，电源E应选用____。
实验操作的步骤有：
A．合上K1B．合上K2C．观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大D．调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度E．调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半F．记下R2的阻值。
把以上步骤的字母代号按合理顺序填写在下面横线上空白处：
①___；②___；③___；④___；⑤___；⑥___。
如果在步骤F中所得的R2的阻值为600Ω，则中被测电流表G的内阻Rg的测量值为___Ω。
⑵如果要将图中的电流表G改装为量程为0-3V的伏特表，方法是给电流表_____联一只电阻箱，并把电阻箱阻值调节为________Ω。
⑶下图所示器材中，一部分是将电流表改装为伏特表所需的，其余是为了把改装成的伏特表跟标准伏特表进行校对所需的。
在下面方框中画出改装和校对都包括在内的电路图（要求从0-3V每0.5V刻度进行一次校对）；然后在图中画出连线，将所示器材按以上要求连接成实验电路。
⑷本实验第⑴步的系统误差总是使测得的Rg比真实值偏_____。
由此引起的结果是在校对中，发现改装电压表的示数总是比标准电压表的示数偏_____。
调整的方法是：
将电阻箱的阻值适当_____。
V
5．用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻
1.0
S
实验电路如右。
根据闭合电路欧姆定律：
E=U+Ir，本实验电路中电压表的示数是准确的，而电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。
为了减小这个系统误差，滑动变阻器R的阻值应该小一些，所选用的电压表的内阻应该大一些。
为了减小偶然误差，要多做几次实验，多取几组数据，然后利用U-I图象处理实验数据。
将点描好后，用直尺画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，而且在直线两侧的点数大致相等。
这条直线代表的U-I关系的偶然误差比每一组实验数据的偶然误差都小。
这条直线在U轴上的截距就是被测电源电动势E（对应的I=0），斜率的绝对值就是被测电源的内阻r。
（特别要注意：
有时纵坐标的起始点不是0，求内阻的一般式应该是r=|ΔU/ΔI|）。
0.6
例1：
在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用的电流表和电压表的内阻分别约为0.1Ω和1kΩ。
实验原理图和所需器材的实物图如下。
试按原理图在实物图中画线连接成实验电路。
1.50
I（A）
0.12
0.20
0.31
0.32
0.50
0.57
U（V）
1.37
1.32
1.24
1.18
1.10
1.05
一位同学在实验中记录的6组数据如上表所示，试根据这些数据在右图中画出U-I图线。
根据图线可读出被测电池的电动势E=____V，内电阻r=___Ω。
例2：
用图示的电路测定未知电阻Rx的值。
图中电源电动势未知，电源内阻和电流表的内阻均可忽略不计，R为电阻箱。
⑴若要测得Rx的值，R至少需要取____个不同的数值。
RRx
⑵若电流表每个分度表示的电流值未知，但指针偏转角度与通过的电流成正比，则在用此电路测Rx时，R至少需取___个不同的数值。
⑶若电源内阻不可忽略，能否应用此电路测量Rx？
答：
_______。
6．用多用电表测探测黑箱内电学元件
㈠多用电表的使用。
V
⑴使用前应查看指针是否指在刻度盘左端零刻线处。
如不在，应进行机械调零。
方法是用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝，使指针指左端零刻线。
⑵根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置。
读数时还要注意选用刻度盘上对应的量程刻度。
（如测量20mA左右的直流电流，应将选择开关对准左边100mA量程处；在刻度盘上，应该看最下一行刻度，即满偏刻度为10的刻度线，从刻度盘读出数据后还应再乘10，得测量结果。
）
V
⑶使用欧姆挡时，先选好倍率，再进行欧姆调零。
方法是：
将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指右端零刻线处。
因此用多用电表的欧姆挡测电阻的操作步骤是：
选倍率。
一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率。
如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。
进行欧姆调零。
将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。
将指针示数乘以倍率，得测量值。
将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。
用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小（即指针所指的刻度值太大），应该增大倍率重新调零后再测；如果指针偏转角度太大（即指针所指的刻度值太小），应该减小倍率重新调零后再测。
⑷使用多用电表时，两只手只能握住表笔的绝缘棒部分，不能接触表笔上的金属部分（首先是为了安全；其次两手之间的人体电阻将与被测电路并联，改变了电路结构）。
⑸不论使用多用电表的哪个挡，电流总是从多用电表的正接线柱（红表笔）进入电表，而从负接线柱（黑表笔流出）。
例．多用电表表头的示意图如右。
在正确操作的情况下：
⑴若选择开关的位置如灰箭头所示，则测量的物理量是______，测量结果为___________。
⑵若选择开关的位置如白箭头所示，则测量的物理量是______，测量结果为___________。
⑶若选择开关的位置如黑箭头所示，则测量的物理量是______，测量结果为___________。
⑷若选择开关的位置如黑箭头所示，正确操作后发现指针的偏转角很小，那么接下来的正确操作步骤应该依次为：
________，_________，_________。
⑸全部测量结束后，应将选择开关拨到______或者_______。
⑹无论用多用电表进行何种测量（限于直流），电流都应该从色_____表笔经______插孔流入电表。
㈡用多用电表探索黑箱内的电学元件。
例．“黑盒子”表面有a、b、c三个接线柱，盒内总共有两个电学元件，每两个接线柱之间只可能连接一个元件。
为了探明盒内元件的种类及连接方式，某位同学用多用电表进行了如下探测：
第一步：
用电压挡，对任意两个接线柱正、反向测量，指针均不发生偏转；
图1
第二步：
用电阻×100Ω挡，对任意两个接线柱正、反向测量，指针偏转情况如图1所示。
⑴第一步测量结果表明盒内___________。
⑵图2示出了图1[1]和图1[2]中欧姆表指针所处的位置，其对应的阻值是_______Ω；图3示出了图1[3]中欧姆表指针所处的位置，其对应的阻值是_______Ω。
Ω
图3
⑶请在图的接线柱间，用电路符号画出盒内的元件及连接情况。
c
f
⑷一个小灯泡与3V电池组的连接情况如图5所示。
如果把图5中e、f两端用导线直接相连，小灯泡可正常发光。
欲将e、f两端分别与黑盒子上的两个接线柱相连，使小灯泡仍可发光。
那么，e端应连接到_____接线柱，f端应连接到_____接线柱。
7．练习使用示波器
1
熟悉示波器面板上各旋钮或开关的名称、作用：
⑴辉度调节旋钮，用以调节图象亮度。
⑵聚焦调节旋钮，用以使电子束会聚成一细束，在屏上出现小亮斑，使图象线条清晰。
⑶辅助聚焦调节旋钮，与前者配合使用。
⑷电源开关。
⑸指示灯。
⑹竖直位移旋钮，用来调节图象在竖直方向的位置。
⑺水平位移旋钮，用来调节图象在水平方向的位置。
⑻Y增益旋钮，用来调节图象在竖直方向的幅度。
⑼X增益旋钮，用来调节图象在水平方向的幅度。
⑽衰减调节旋钮，使图象在竖直方向上衰减，挡是由机内自行提供竖直方向的按正弦规律变化的交变电压。
⑾扫描范围旋钮，用来改变扫描电压的频率范围。
其中“外X”挡机内不提供扫描电压，水平方向电压可从外部输入。
⑿扫描微调旋钮，使扫描电压的频率在选定的范围内连续变化。
⒀“Y输入”、“X输入”、地，分别是对应方向的信号输入电压的接线柱和公共接地接线柱。
⒁交直流选择开关，置于“DC”时，所加信号电压直接输入；置于“AC”时，所加信号是通过电容器后输入的，可隔断直流成分。
⒂同步极性选择开关，置于“+”时，正弦曲线从正半周开始，置于“—”时，正弦曲线从负半周开始。
例．某同学发现示波器显示屏上显示的波形如甲图所示。
为将这个波形变为乙图所示的波形，可进行如下调节：
（填选钮或开关的编号）
乙
⑴调节______使图象变细；
⑵调节_____与_____使图象位于示波器中央；
⑶调节____增大曲线竖直方向的幅度；
⑷调节____增大曲线水平方向的幅度；
⑸调节______使图象从负半周开始。
8．传感器的简单应用
传感器是能将所感受到的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件。
常用的有温度传感器、光传感器等。
温度传感器有两种：
一种叫电阻温度计，用绕在绝缘片上的细长铜丝或铂丝制成，温度升高时其阻值增大；另一种叫热敏电阻，用半导体制成，温度升高时其阻值减小。
光传感器也有两种：
一种是光电管；另一种是半导体光敏电阻，用半导体制成。
如图所示是计算机光驱的工作原理：
R1是光敏电阻（有激光照射时电阻较小，无激光照射时电阻较大），R2是定值电阻，信号处理系统可以根据R2两端的电压变化把光信号变成电信号。
用激光头发射脉冲激光信号扫描光盘，从光盘上反射回来的激光信号照到光敏电阻R1上。
下列分析正确的是
激光
Ａ．有激光照射光敏电阻时，信号处理系统两端获得电压较高
Ｂ．有激光照射光敏电阻时，信号处理系统两端获得电压较低
Ｃ．有激光照射光敏电阻时，R1消耗的电功率一定较大
Ｄ．有激光照射光敏电阻时，R1消耗的电功率一定较小
试自己设计一个由热敏电阻作为传感器的简单自动控制实验，可供选择的仪器如下：
热敏电阻Rt、小灯泡L、电池组、继电器、滑动变阻器R、导线。
C
如图将电路接好，可作为火情报警器。
当发生火灾时，热敏电阻阻值变小，线圈A中电流变大，电磁铁B磁性增强，将衔铁吸下，灯泡L电路接通，发出警报。
电容器也是一种常用的传感器。
A
计算机键盘上的每个按键下面都有一个电容传感器。
电容的计算公式是
，其中常量ε=9.0×10-12Fm-1，S表示两金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离。
当某一键被按下时，d发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发出相应的信号。
已知两金属片的正对面积为50mm2，键未被按下时，两金属片间的距离为0.60mm。
只要电容变化达0.25pF，电子线路就能发出相应的信号。
那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？
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