电学实验精讲无答案.docx
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电学实验精讲无答案
实验七 测定金属的电阻率
一、螺旋测微器
1．原理：
测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01mm.即螺旋测微器的精确度为0.01mm.读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．
2．读数：
测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．
测量值（mm）＝固定刻度数（mm）（注意半毫米刻度线是否露出）＋可动刻度数（估读一位）×0.01（mm）．
温馨提示
★螺旋测微器需要估读
图2
最后一位数字为估计数字，读数和记数时估计位为有效数字的最后一位．
例如 如图2所示，固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：
2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm.
二、游标卡尺
1．原理：
利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．
不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其读数见下表：
刻度格数
（分度）
刻度总长度
每小格与1mm的差值
精确度（可准确到）
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
2.读数：
★游标卡尺无需估读
若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为（x＋K×精确度）mm.
三、常用电表的读数
对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可．
（1）0～3V的电压表和0～3A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1V或0.1A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位．
（2）对于0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V.
（3）对于0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01A.
四、伏安法测电阻
1．电流表、电压表测电阻两种方法的比较
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差原因
电流表分压U测＝Ux＋UA
电压表分流I测＝Ix＋IV
电阻测量值
R测＝
＝Rx＋RA＞Rx测量值大于真实值
R测＝
＝
＜Rx测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
口诀
大内偏大（大电阻用内接法测量，测量值偏大）
小外偏小（小电阻用外接法测量，测量值偏小）
2.伏安法测电阻的电路选择
（1）阻值比较法：
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．
（2）临界值计算法：
>
时，用电流表外接法．
>
时，用电流表内接法．
图4
（3）实验试探法：
按图4接好电路，让电压表接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．
五、测定金属的电阻率
实验原理：
根据电阻率定律公式知道只要测量出金属导线的长度l和它的直径d,计算出导线的横截面积S并用伏安法测出金属丝的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。
注意事项
1．先测直径，再连电路：
为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量．
2．电流表外接法：
本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法．
3．电流控制：
电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大．
误差分析
热点一 测量仪器、仪表的读数
【典例1】
（1）如图5所示的两把游标卡尺，它们的游标尺从左至右分别为9mm长10等分、19mm长20等分，它们的读数依次为________mm，________mm.
（2）使用螺旋测微器测量两个金属丝的直径，示数如图6所示，则a、b金属丝的直径分别为________mm，________mm.
图5
图6
图7
图8
（3）①图7甲用0.6A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，表针的示数是________A；当使用3A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A.
②图7乙使用较小量程时，每小格表示________V，图中指针的示数为________V．若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________V，图中表针指示的是________V.
（4）旋钮式电阻箱如图8所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________Ω.今欲将接入电路的电阻改为2087Ω，最简单的操作方法是________．若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为________．
游标卡尺的读数应注意以下几点：
（1）看清精确度
图9
图10
例如（如图9所示）易错读成11＋4×0.1mm＝11.40mm正确的应为11.4mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零，也不能随意去零．
例如（如图10所示）易错读成10＋12×0.05mm＝10.6mm，正确的为10.60mm.
（2）区分零刻度与标尺最前端
图11
例如（如图11所示）易错读成13＋10×0.05mm＝13.50mm正确读数为14＋10×0.05mm＝14.50mm
【跟踪短训】
1．完成下列读数
（1）电流表量程一般有两种——0～0.6A,0～3A；电压表量程一般有两种——0～3V,0～15V．如图12所示：
图12
1接0～3V量程时读数为______V.②接0～15V量程时读数为______V.
③接0～3A量程时读数为______A.④接0～0.6A量程时读数为______A.
（2）
a．______mm b．______mm c．______mmd．______mm e．_______mm.
热点二 器材的选择、实验操作及误差分析
1．仪器选择的基本思路
（1）优先考虑安全因素：
各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流（或电压）不能超过其允许的最大电流（或电压）
（2）考虑读数误差因素：
一般要求各电表的实际读数不小于其量程的
，以减小读数误差．
（3）仪器选择的一般步骤：
①首先选择唯一性的器材；
②粗画电路图（暂不接电流表和电压表）；
③估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材．
2．控制电路的选择
（1）滑动变阻器两种接法的对比
方式
内容
限流接法
分压接法
两种接法电路图
负载R上电压调节范围
≤U≤E
0≤U≤E
负载R上电流调节范围
≤I≤
0≤I≤
闭合S前触头位置
b端
a端
（2）分压和限流电路的选择原则
在下列情况下应选用分压式接法：
①待测电阻的阻值远大于滑动变阻器的最大阻值．
②题中要求待测电阻上电压变化范围大，且要求从零开始连续调节．
③若选用限流式接法，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流．
【典例2】（2013·北京卷，21）某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值．
（1）现有电源（4V，内阻可不计）、滑动变阻器（0～50Ω，额定电流2A）、开关和导线若干，以及下列电表：
A．电流表（0～3A，内阻约0.025Ω）
B．电流表（0～0.6A，内阻约0.125Ω）
C．电压表（0～3V，内阻约3kΩ）
D．电压表（0～15V，内阻约15kΩ）
为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________（选填器材前的字母）；实验电路应采用图13中的________（选填“甲”或“乙”）．
图13
（2）图14是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请根据在
（1）问中所选的电路图，补充完成图14中实物间的连线．
图14
（3）接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U.某次电表示数如图15所示，可得该电阻的测量值Rx＝
＝________Ω（保留两位有效数字）．
图15
（4）若在
（1）问中选用甲电路，产生误差的主要原因是
________；若在
（1）问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________．（选填选项前的字母）
A．电流表测量值小于流经Rx的电流值
B．电流表测量值大于流经Rx的电流值
C．电压表测量值小于Rx两端的电压值
D．电压表测量值大于Rx两端的电压值
（5）在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端，随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映U－x关系的示意图中正确的是________．
图16
【跟踪短训】
2．有一待测的电阻器Rx，其阻值在40～50Ω之间，实验室准备用来测量该电阻器阻值的实验器材有：
电压表V（量程0～10V，内阻约20kΩ）；
电流表A1（量程0～300mA，内阻约20Ω）；
电流表A2（量程0～800mA，内阻约4Ω）；
滑动变阻器R1（最大阻值为10Ω，额定电流为2A）；
滑动变阻器R2（最大阻值为250Ω，额定电流为0.1A）；
直流电源E（电动势为9V，内阻约为0.5Ω）；
开关及若干导线．
实验要求电表读数从零开始变化，并能多测出几组电流、电压值，以便画出U－I图线．
（1）电流表应选用________（填写器材代号）．
（2）滑动变阻器应选用________（填写器材代号）．
（3）请在如图17甲所示的方框内画出实验电路图，并将图乙中的器材连接成符合要求的电路．
图17
3．某同学对有故障的电热毯进行探究．图18是电热毯的电路示意图，其中电热线和导线通过金属接线片连接．图19为测试电路实物图，A、B为测试表笔，电压表内阻很大，可视为理想电表．
①请在下面虚线框内画出与图19对应的电路图．
②断开K1，用上述测试电路在1和1′之间检测得知电热线无故障，然后测得电热线的UI曲线如图20所示，已知电热线材料的电阻率为2.8×10－7Ω·m，电热线的直径为0.200mm.可求得此电热线的电阻为____kΩ，总长度为________m．（结果均保留两位有效数字）
图20
③为了进一步检查故障，该同学闭合开关K1和K2，用表笔A和B分别对图18中所示的各点进行测试，部分测试结果如下表所示．由此测试结果可判断出电路有断路，位置在________之间（在“1和2”、“1′和2′”、“2和3”、“2′和3′”中选填一项）.
测试点
3和3′
1和1′
1和3
1和2′
2′和3′
电表指针
有无偏转
电压表
有
有
无
有
无
电流表
无
有
有
无
有
4.某课题组通过实验测量河水的电阻率．现备有一根均匀的长玻璃管（两端各有一个可移动圆形电极，可装入样品水，接触电阻不计）、直尺、待测的水样品．电路器材如表一，他们用伏安法多次测量的数据如表二（为实验处理方便，实验时每次都把电流表示数调到相同）；实验中还用10分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径，结果如图21甲所示．
表一
器材编号
器材名称
规格
1
电流表
200μA，内阻约10Ω
2
电压表
12V，内阻约100kΩ
3
电池组
12V，内阻不计
4
滑动变阻器
10Ω，1A
5
开关
6
导线
若干
7
定值电阻
100Ω
表二
序号
水柱长度/cm
电压表示数/V
电流表示数/μA
1
10
2
100
2
20
4
100
3
30
6
100
4
40
8
100
5
50
10
100
图21
（1）玻璃管内径d的测量值为________cm.
（2）根据表一器材和表二数据确定测量电路中电流表应该________（填“内接”或“外接”），电路的连接方式应该采用________（填“分压电路”或“限流电路”）．
（3）用水柱长度L与计算出的水柱电阻R在图乙中描点，画出R－L图象（要求标出坐标轴的物理量、单位和对应的数值）．
（4）计算出所测水的电阻率为________Ω·m.
3．实验题组一练习题
1．（2013·安徽卷，21Ⅱ）
（1）在测定一根粗细均匀合金丝电阻率的实验中，利用螺旋测微器测定合金丝直径的过程如图22所示，校零时的读数为________mm，合金丝的直径为________mm.
图22
（2）为了精确测量合金丝的电阻Rx，设计出如图23甲所示的实验电路图，按照该电路图完成图乙中的实物电路连接．
图23
2．某学习小组用伏安法测量一未知电阻Rx的阻值，给定器材及规格为：
电流表A（量程为0～5mA，内阻约为10Ω）；
电压表V（量程为0～3V，内阻约为3kΩ）；
最大阻值约为100Ω的滑动变阻器；
电源E（电动势约为3V）；开关S、导线若干．
（1）由于不知道未知电阻的阻值范围，先采用如图24甲所示的电路试测，读得电压表示数大约为2.5V，电流表示数大约为5mA，则未知电阻Rx的阻值大约为________Ω.
（2）经分析，该电路测量误差较大，需改进．请直接在图甲上改画：
①在不需要的连线上画“×”表示，②补画上需要添加的连线．
（3）对改进的电路进行测量，并根据测量数据画出了如图乙所示的U－I图象，得Rx＝________Ω.（结果保留三位有效数字）
图24
3．科学实验是人们认识自然的重要手段．电学实验中经常需要测量某负载的电阻．
（1）测电阻的方法有多种，现在有一只标有“220V,100W”的灯泡，它正常工作时的电阻为________Ω.若用多用电表的欧姆挡来测量这只灯泡的电阻，则测出的电阻应________灯泡正常工作时的电阻（填“大于”、“等于”或“小于”）．这是因为____________________________．
（2）请你用下列器材设计一个实验，测定灯泡正常工作时的电阻．
A．220V交流电源
B．单刀双掷开关一个
C．电阻箱一个（0～999Ω，额定电流1A）
D．交流电流表一个（0～0.6A）
E．导线若干
请画出电路原理图．
4．为了测量一只量程为0～3V、内阻值为数千欧的电压表的内阻，可采用一只电流表与它串联后接入电路．
（1）本实验测量电压表内阻依据的公式是________．
（2）若提供的实验器材有：
A．待测电压表；
B．电流表A1（0～0.6A，内阻约0.2Ω）；
C．电流表A2（0～100mA，内阻约2Ω）；
D．电流表A3（0～10mA，内阻约50Ω）；
E．滑动变阻器（0～50Ω，额定电流0.5A）；
F．直流电源（输出电压6V）；
G．开关、导线．
为减小读数误差，多次测量取平均值．为顺利完成实验，应选用的实验器材为________（填英文序号）．
（3）画出实验电路图
5．实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联．测量实际电流表G1内阻r1的电路如图25所示．供选择的仪器如下：
图25
①待测电流表G1（0～5mA，内阻约300Ω）；
②电流表G2（0～10mA，内阻约100Ω）；
③定值电阻R1（300Ω）；
④定值电阻R2（10Ω）；
⑤滑动变阻器R3（0～1000Ω）；
⑥滑动变阻器R4（0～20Ω）；
⑦干电池（1.5V）；
⑧电键S及导线若干．
（1）定值电阻应选________，滑动变阻器应选________．（填写序号）
（2）将实物图连接完整．
图26
（3）补全实验步骤：
①连接好实验电路，将滑动触头移至最________端（填“左”或“右”）；
②闭合电键S，移动滑动触头至某一位置，记录G1、G2的读数I1、I2；
③多次移动滑动触头，记录相应的G1、G2读数I1、I2；
④以I2为纵坐标，I1为横坐标，作出相应图线，如图26所示．
（4）根据I2－I1图线的斜率k及定值电阻，写出待测电流表内阻的表达式：
_____________.
实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线
实验原理：
测多组小灯泡的U、I并绘出I-U图像，由图像的斜率反应电流与电压和温度的关系
注意事项
1．电流表外接法：
本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．
2．滑动变阻器应采用分压式连接
本实验要作出UI图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法．
3．保护元件安全：
为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．
误差分析
1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值．
2．测量时读数带来误差．
3．在坐标纸上描点、作图带来误差
热点一 对实验原理及注意事项的考查
【典例1】（2012·安徽卷，21Ⅱ）图1为“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5V.
图1
（1）完成下列实验步骤：
①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，____________；
②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，____________；
③断开开关，……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线．
（2）在虚线框中画出与实物电路相应的电路图．
【跟踪短训】
1．某同学在探究规格为“6V,3W”的小电珠伏安特性曲线实验中：
（1）在小电珠接入电路前，使用多用电表直接测量小电珠的电阻，则应将选择开关旋至________挡进行测量．（填选项前的字母）
A．直流电压10V B．直流电流5mA
C．欧姆×100 D．欧姆×1
图2
（2）该同学采用图2所示的电路进行测量．图中R为滑动变阻器（阻值范围0～20Ω，额定电流1.0A），L为待测小电珠，
为电压表（量程6V，电阻20kΩ），
为电流表（量程0.6A，内阻1Ω），E为电源（电动势8V，内阻不计），S为开关．
Ⅰ.在实验过程中，开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应置于最________端；（填“左”或“右）
Ⅱ.在实验过程中，已知各元件均无故障，但闭合开关S后，无论如何调节滑片P，电压表和电流表的示数总是调不到零，其原因是________点至________点的导线没有连接好；（图中的黑色小圆点表示接线点，并用数字标记，空格中请填写图2中的数字）
图3
Ⅲ.该同学描绘出小电珠的伏安特性曲线示意图如图3所示，则小电珠的电阻值随工作电压的增大而________．（填“不变”、“增大”或“减小”）
热点二 对电路的连接和实验数据处理的考查
【典例2】在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所用器材有：
电动势为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电流表、电压表、开关和导线，要求能测出尽可能多的数据，图4甲所示是没有连接完的实物电路．（已连接好的导线有a、b、c、d、e、f六根）
图4
（1）请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整．
（2）连好电路，闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2V，若要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向________（填“左”或“右”）端滑动．
（3）通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表示数，并绘制成了如图乙所示的U－I图线，根据U－I图线提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率为________W.
（4）小灯泡的U－I图线是曲线而不是过原点的直线，原因是__________________．
实物连线的原则
1．先串后并，接线到柱，注意量程和正负．
2．对限流电路，用笔画线代替导线，从电源正极开始，把电源、开关、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和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）．
3．对分压电路，应该先把电源、开关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，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情况，将“伏安法”部分接入该两点间．
【跟踪短训】
2．在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，所用器材有：
小电珠（2.5V,0.6W），滑动变阻器，多用电表，电流表，学生电源，开关，导线若干．
（1）粗测小电珠的电阻，应选择多用电表________倍率的电阻挡（请填写“×1”“×10”或“×100”）；调零后，将表笔分别与小电珠的两极连接，示数如图5甲所示，结果为________Ω.
图5
图6
（2）实验中使用多用电表测量电压，请根据实验原理图乙完成实物图6中的连线．
（3）开关闭合前，应将滑动变阻器的滑片P置于________端．为使小电珠亮度增加，P应由中点向________端滑动．
（4）下表为电压等间隔变化测得的数据，为了获得更准确的实验图象，必须在相邻数据点________间多测几组数据（请填写“ab”“bc”“cd”“de”或“ef”）.
数据点
a
b
c
d
e
f
U/V
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
I/A
0.000
0.122
0.156
0.185
0.216
0.244
3.为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量小灯泡的电压U和电流I，利用P＝UI得到电功率．实验所使用的小灯泡规格为“3.0V，1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω.
（1）准备使用的实物电路如图7所示．请将滑动变阻器接入电路的正确位置．（用笔画线代替导线）
图7
（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选________Ω的定值电阻．
（3）测量结束后，应先断开开关，拆除________两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材．
（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图8所示．请指出图象中不恰当的地方．
图8
3.某同学测绘标有“4.8V,0.3A”字样的小灯泡的电功率P随电压U变化的图象，要使小灯泡两端的电压从0到4.8V连续变化，为了使测量尽可能准确，除了导线和开关外，可供选择的仪器还有：
A．电流表（量程为0.6A，内阻约为1Ω）
B．电流表（量程为3A，内阻约为0.2Ω）
C．电压表（量程为6V，内阻约为2kΩ）
D．电压表（量
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