高三物理 电学实验专题复习学案2学生版Word格式.docx
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(1)半偏法测电流表内阻
电路图如图所示
步骤:
(1)断开S2,闭合S1,调节R0,使A表满偏为I0.
(2)保持R0不变,闭合S2,调节R,使A表读数为.
(3)由上可得RA=R.
P
(4)测量误差R测R真
(2)半偏法测电压表的内阻
电路如图:
实验时,将R1的滑动片P放在左边,合上S1和S2,调节R1,使电压表的读数满偏;
保持R1不变,断开S2,调节R0,使电压表的读数为满刻度的一半。
则RV=R0。
请自己分析其实验原理、器材选择与误差分析。
5.等效替代法
如图所示,先让待测电阻与一电流表串联后接到电动势恒定的电源上,读出电流表示数I;
然后将电阻箱与电流表串联后接到同一电源上,调节电阻箱的阻值,使电流表的读数仍为I,则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值.
·
6.桥式电路测电阻
(1)原理:
如图的电路称为桥式电路,一般情况下,电流计中有电流通过,但满足一定的条件时,电流计中会没有电流通过,此时,称为电桥平衡。
处于电桥平衡时,图中A、B两点电势相等,因此电路结构可以看成:
R1R2和R3R4分别串联,然后并联;
或R1R3和R2R4分别并联,然后再串联。
(2)电桥平衡的条件:
R1×
R4=R2×
R3
推导:
(3)测量方法
RX
如图,连接电路,取R1、R2为定值电阻,R3为可变电阻箱(能够直接读出数值),Rx为待测电阻。
调节R3,使电流计中的读数为零,应用平衡条件,求出Rx。
7.电阻箱当电表使用
(1)电阻箱当做电压表使用
如图甲所示,可测得电流表的内阻R2=
由图中电阻箱R可测得A2表两端的电压为(I1-I2)R,起到了测电压的作用.
(2)电阻箱当作电流表使用
如图乙所示,若已知R及RV,则测得干路电流为I=U/R+U/RV
图中电阻箱与电压表配合使用起到了测电流的作用.
8.计算法测电阻
计算法主要是应用串并联电路的特点和全电路的知识进行分析,并求出待测电阻的数值。
下图是测量电阻Rx的电路,Rx为待测电阻,R为保护电阻,其阻值未知,R1为已知的定值电阻,电源电动势为E未知,S1、S2均为单刀双掷开关,A为电流表,其内阻不计。
S2
(1)测量Rx的步骤为:
S2向d闭合,S1向闭合,记下电流表的读数I1,再将S2向c闭合,S1向闭合,记下电流表读数I2。
(2)计算Rx的公式为Rx=
9.欧姆表测电阻
(1)结构:
如图,由三个部件组成:
G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流计。
R是可变电阻,也称调零电阻,电池的电动势为E,内阻为r。
(2)原理:
欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。
当红、黑表笔接上待测电阻Rx时,由闭合电路欧姆定律可知:
I=E/(R+Rg+Rx+r)=E/(R内+RX)
由电流的表达式可知:
通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比,但存在一一对应的关系,即测出相应的电流,就可算出相应的电阻,这就是欧姆表测电阻的基本原理。
【练1】
(2018·
长沙模拟)现要测量电流表G1的内阻,给出下列器材:
电流表G1(量程5mA,内阻r1约为150Ω左右);
电流表G2(量程10mA,内阻r2约为100Ω左右);
定值电阻R1=100Ω;
定值电阻R2=10Ω;
滑动变阻器R3(0~200Ω);
干电池E(1.5V,内阻未知);
单刀单掷开关S;
导线若干.
(1)定值电阻选____________;
(2)在虚线框中已画出部分实验电路设计图,请补充完整,并标明所用器材的代号;
(3)若选测量数据中的一组计算r1,所用的表达式r1=__________,式中各符号的意义是:
________________________________________________________________________.
【练2】
(2015·
高考全国卷Ⅱ)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍.某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:
待测电压表V(量程3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关两个,导线若干.
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整.
(2)根据设计的电路,写出实验步骤:
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为R′V,与电压表内阻的真实值RV相比,R′V________RV(填“>
”“=”或“<
”),主要理由是____________________________________
____________________________________________________________________________.
【练3】
高考全国卷Ⅲ)一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值,图中R0为标准定值电阻(R0=20.0Ω);
V可视为理想电压表;
S1为单刀开关,S2为单刀双掷开关;
E为电源;
R为滑动变阻器.采用如下步骤完成实验:
(1)按照实验原理线路图(a),将图(b)中实物连线;
(2)将滑动变阻器滑动端置于适当的位置,闭合S1;
(3)将开关S2掷于1端,改变滑动变阻器滑动端的位置,记下此时电压表V的示数U1;
然后将S2掷于2端,记下此时电压表V的示数U2;
(4)待测电阻阻值的表达式Rx=________(用R0、U1、U2表示);
(5)重复步骤(3),得到如下数据:
1
2
3
4
5
U1/V
0.25
0.30
0.36
0.40
0.44
U2/V
0.86
1.03
1.22
1.36
1.49
3.44
3.43
3.39
3.40
(6)利用上述5次测量所得的平均值,求得Rx=________Ω.(保留1位小数)
【练4】
(2017·
高考全国卷Ⅱ)某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100μA,内阻大约为2500Ω)的内阻.可使用的器材有:
两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20Ω,另一个阻值为2000Ω);
电阻箱Rz(最大阻值为99999.9Ω);
电源E(电动势约为1.5V);
单刀开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片.
(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线.
(2)完成下列填空:
①R1的阻值为________Ω(填“20”或“2000”).
②为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的________端(填“左”或“右”)对应的位置;
将R2的滑片D置于中间位置附近.
③将电阻箱Rz的阻值置于2500.0Ω,接通S1.将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置.最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(填“相等”或“不相等”).
④将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2601.0Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变.待测微安表的内阻为________Ω(结果保留到个位).
(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议:
________________________.
重难点二小灯泡接入电路的实际电压、电流、功率问题
U0
由于小灯泡是非线性电阻原件,接入电路后的电阻值并不恒定,要得到实时电阻值需要借助图像法来实现,基本原理如下:
小灯泡两端电压、电流的变化满足两个函数关系,
I=f1(u)和I=f2(u),则小灯泡接入电路后的实际电压、电流即为同一坐标系中两图像的交点的横、纵坐标(U0,I0)。
😒
【练5】
高考全国卷Ⅰ)某同学研究小灯泡的伏安特性.所使用的器材有:
小灯泡L(额定电压3.8V,额定电流0.32A);
电压表V(量程3V,内阻3kΩ);
电流表A(量程0.5A,内阻0.5Ω);
固定电阻R0(阻值1000Ω);
滑动变阻器R(阻值0~9.0Ω);
电源E(电动势5V,内阻不计);
开关S;
(1)实验要求能够实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量,画出实验电路原理图.
(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示.由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻________(填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率________(填“增大”“不变”或“减小”).
(3)用另一电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率.闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为________W,最大功率为________W.(结果均保留2位小数)
■注意事项
电源与小灯泡的伏安特性曲线结合法
电源对电路中小灯泡供电,显然路端电压与电路中电流满足关系U=E-Ir,整理可得I=-,即可作出对应的IU图线.同时流经小灯泡的电流与其两端电压满足小灯泡的伏安特性曲线,两线的交点既符合闭合电路的欧姆定律,又满足小灯泡的伏安特性曲线特点,即为所求的电流与电压值.
重难点三电源电动势和内阻测量数据处理和误差分析
1.伏安法的电路选择和误差分析
不同实验电路的选择会造成不同程度的试验误差,本实验误差主要来源于由于电压表和电流表内阻影响。
(1)如图甲所示,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。
而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差,而且电压表示数越大,IV越大。
结论:
①当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值。
②E测<
E真。
③因为r测=,所以r测<
r真。
(2)若采用如图甲所示的电路,IA为电源电流真实值,理论上有E=U+UA+IAr,其中UA不可知,而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大,当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E。
①E为真实值。
②I短测<
I短真。
③因为r测=,所以r测>
r真,r测为r真和RA的串联值,由于通常情况下电池的内阻较小,所以这时r测的测量误差非常大。
2.方案创新分析
(1)安阻法:
用一个电流表和电阻箱测量,电路如图甲所示,测量原理为:
E=I1(R1+r),E=I2(R2+r),由此可求出E和r,此种方法使测得的电动势无偏差,但内阻偏大.
(2)伏阻法:
用一个电压表和电阻箱测量,电路如图乙所示.测量原理为:
E=U1+r,E=U2+r,由此可求出E和r,此种方法测得的电动势和内阻均偏小.
(3)粗测法:
用一只电压表粗测电动势,直接将电压表接在电源两端,所测值近似认为是电源电动势,此时U=≈E,需满足RV≫r.
(4)双伏法:
用两个电压表可测得电源的电动势,电路如图所示.测量方法为:
断开S,测得V1、V2的示数分别为U1、U2,此时,E=U1+U2+r,RV为V1的内阻;
再闭合S,V1的示数为U′1,此时E=U′1+r,解方程组可求得E和r.
3.数据处理的方法(图像法)
数据处理应基于闭合电路的欧姆定律,列出纵轴——横轴对应物理量的函数关系(一般是线性关系),并化成一般式,然后利用斜率和截距求出待测电源电动势和内阻。
【练6】
高考天津卷)某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻.其中电流表A1的内阻r1=1.0kΩ,电阻R1=9.0kΩ,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.0Ω的电阻.
(1)按图示电路进行连接后,发现aa′、bb′和cc′三条导线中,混进了一条内部断开的导线.为了确定哪一条导线内部是断开的,将电键S闭合,用多用电表的电压挡先测量a、b′间电压,读数不为零,再测量a、a′间电压,若读数不为零,则一定是________导线断开;
若读数为零,则一定是________导线断开.
(2)排除故障后,该小组顺利完成实验.通过多次改变滑动变阻器触头位置,得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据,作出图象如图.由I1-I2图象得到电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω.
【练7】
湖北八校联考)甲同学设计了如图甲所示的电路来测量电源电动势E及电阻R1和R2的阻值.
实验器材有:
待测电源E(不计内阻),待测电阻R1,待测电阻R2,电压表V(量程为1.5V,内阻很大),电阻箱R(0~99.99Ω),单刀单掷开关S1,单刀双掷开关S2,导线若干.
(1)先测电阻R1的阻值.请将甲同学的操作补充完整:
闭合S1,将S2切换到a,调节电阻箱,读出其示数R0和对应的电压表示数U1.保持电阻箱示数不变,______________________,读出电压表的示数U2.则电阻R1的表达式为R1=______________.
(2)甲同学已经测得电阻R1=4.80Ω,继续测电源电动势E和电阻R2的阻值,该同学的做法是:
闭合S1,将S2切换到a,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数R和对应的电压表示数U,用测得的数据,绘出了如图乙所示的-图线,则电源电动势E=________V,电阻R2=________Ω(保留三位有效数字).
重难点四多用电表的内部电路的理解及其应用
多用电表功能多,内部电路结构复杂,涉及到电表的改装、部分电路欧姆定律和闭合电路欧姆定律等重要考点,在近年的考试中逐渐成为热点内容之一。
【练8】在物理课外活动中,刘聪同学制作了一个简单的多用电表,下图甲为电表的电路图.已知选用的电流表内阻Rg=10Ω,满偏电流Ig=10mA,当选择开关接“3”时为量程为250V的电压表.该多用电表表盘如图乙所示,下排刻度均匀,C为上排刻度线的中间刻度,由于粗心上排刻度线对应数据没有标出.
(1)若指针指在图乙所示位置,选择开关接“1”时其读数为________;
选择开关接“3”时其读数为________.
(2)为了测该多用电表电阻挡的内阻和表内电源的电动势,刘聪同学在实验室找到了一个电阻箱,设计了如下实验:
①将选择开关接“2”,红、黑表笔________,调节R1的阻值使电表指针满偏;
②将电表红、黑表笔与电阻箱相连,调节电阻箱使电表指针指C处,此时电阻箱的示数如图丙所示,则C处刻度应为________Ω.
③计算得到多用电表内电源的电动势为________V.(保留两位有效数字)
④调零后,将电表红、黑表笔与某一待测电阻相连,若指针指在图乙所示位置,则待测电阻的阻值为________Ω.(保留两位有效数字)
【练9】(2017·
高考全国卷Ⅲ)图(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图.图中E是电池;
R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻,R6是可变电阻;
表头G的满偏电流为250μA,内阻为480Ω.虚线方框内为换挡开关,A端和B端分别与两表笔相连.该多用电表有5个挡位,5个挡位为:
直流电压1V挡和5V挡,直流电流1mA挡和2.5mA挡,欧姆×
100Ω挡.
(1)图(a)中的A端与________(填“红”或“黑”)色表笔相连接.
(2)关于R6的使用,下列说法正确的是________(填正确答案标号).
A.在使用多用电表之前,调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置
B.使用欧姆挡时,先将两表笔短接,调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置
C.使用电流挡时,调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置
(3)根据题给条件可得R1+R2=________Ω,R4=________Ω.
(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示.若此时B端是与“1”相连的,则多用电表读数为________;
若此时B端是与“3”相连的,则读数为________;
若此时B端是与“5”相连的,则读数为________.(结果均保留3位有效数字)
参考答案
【练1】解析:
(1)若选R2,则其阻值太小,电流过大,而R1与G1内阻相当,故选R1.
(2)电路图如图所示:
G2的示数与G1的示数之差为通过R1的电流值.
(3)由串、并联电路特点:
I1r1=R1(I2-I1),得r1=R1,I1、I2分别表示电流表G1、G2的示数,R1表示定值电阻R1的阻值.
答案:
(1)R1
(2)电路图如解析图所示
(3)R1 I1、I2分别表示电流表G1、G2的示数,R1表示定值电阻R1的阻值
【练2】解析:
(1)因滑动变阻器阻值较小,所以选择滑动变阻器的分压接法.
实验电路图如图所示.
(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;
闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;
保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0,使电压表的指针半偏;
读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻.
(3)断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;
此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故R′V>RV(其他合理说法也可以).
见解析
【练3】解析:
开关S2掷于1端,由欧姆定律可得通过Rx的电流I=,将开关S2掷于2端,R0和Rx两端电压为U2,Rx两端电压为U=U2-U1,由欧姆定律可得待测电阻阻值Rx==R0=(-1)R0.5次测量所得的平均值为(3.44+3,43+3.39+3.40+3.39)=3.41,代入得Rx=(3.41-1)×
20.0Ω=48.2Ω.
(1)实物连线如图 (4)(-1)R0 (6)48.2
【练4】解析:
(2)R1起分压作用,应选用最大阻值较小的滑动变阻器,即R1的电阻为20Ω,为了保护微安表,闭合开关前,滑动变阻器R1的滑片C应移到左端,确保微安表两端电压为零;
反复调节D的位置,使闭合S2前后微安表的示数不变,说明闭合后S2中没有电流通过,B、D两点电势相等;
将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2601.0Ω时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变.说明=,则解得RμA=2550Ω.
(3)要提高测量微安表内阻的精度,可调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程.
(1)连线如图
(2)①20 ②左 ③相等 ④2550 (3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程
【练5】[解析]
(1)要实现在0~3.8V的范围内对小灯泡的电压进行测量,则滑动变阻器需要设计成分压接法;
电压表V应与固定电阻R0串联,将量程改为4V.由于小灯泡正常发光时电阻约为12Ω,所以需将电流表外接.
(2)由小灯泡伏安特性曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻增大.根据电阻定律可知,灯丝的电阻率增大.
(3)当滑动变阻器接入电路中的阻值最大为9.0Ω时,流过小灯泡的电流最小,小灯泡的实际功率最小,把滑动变阻器视为等效电源内阻的一部分,在题图(a)中画出等效电源E′0(电动势4V,内阻1.00Ω+9.0Ω=10Ω)的伏安特性曲线,函数表达式为U=4-10I(V),图线如图中Ⅰ所示,故小灯泡的最小功率为Pmin=U1I1=1.75×
0.225W≈0.39W.当滑动变阻器接入电路中的阻值最小为零时,流过小灯泡的电流最大,小灯泡的实际功率最大,在题图(a)中画出电源E0(电动势4V,内阻1.00Ω)的伏安特性曲线,函数表达式为U=4-I(V),图线如图中Ⅱ所示,故小灯泡的最大功率为Pmax=U2I2=3.68×
0.318W≈1.17W.
[答案]
(1)实验电路原理图如图所示
(2)增大 增大 (3)0.39 1.17
【练6】[解析]
(1)根据U=IR,导线电阻R等于零,所以良好的同一根导线上任何两点都不会存在电势差,若一根导线两端有电势差,则导线断开.据此可推断出导线是完整的还是断开的.
(2)将电流表A1和R1串联当成电压表使用,电压测量值U=I1(r1+R1),根据闭合电路欧姆定律有I1(r1+R1)=E-I2(r+R0),整理得I1=-I2,由题图可知,纵轴截距b=0.14×
10-3A=,所以电动势E=0.14×
10-3×
(1×
103+9×
103)V=1.4V,斜率的绝对值表示,即|k|==,解得r≈0.5Ω.
[答案]
(1)aa′ bb′
(2)1.4(1.36~1.44均可) 0.5(0.4~0.6均可)
【练7】解析:
(1)保持电阻箱示数不变,将S2切换到b,由于R和R1串联,所以通过R1的电流I=,R1两端的电压为U2-U1,所以R1==R0.
(2)根据闭合电路欧姆定律,E=(4.8+R2+R),所以=·
(4.8+R2)+,由此式看出,-图线的截距为=0.7,斜率k=·
(4.8+R2)==4.2,由此两式得,E≈1.43V,R2=1.20Ω.
(1)将S2切换到b R0
(2)1.43 1.20
【练8】
(1)6.80mA 170V
(2)①短接 ②150 ③1.5 ④71
[解析]
(1)选择开关接“1”时测电流,其分度值为0.2mA,示数为6.80mA;
选择开关接“3”时测电压,其分度值为5V,其示数为170V;
(2)①选挡后,进行欧姆调零,即红、黑表笔短接,调节R1的阻值使电表指针满偏;
②由图丙可知,电阻箱示数为0×
1000Ω+1×
100Ω+5×
10Ω+0×
1Ω=150Ω;
③由图乙可知,指针指在C处时,电表示数为5mA=0
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