開封高中2013屆電學(xué)實(shí)驗(yàn)講義4--儀器的選擇和電路設(shè)計(jì).doc

開封高中2013屆高考復(fù)習(xí)講義電學(xué)實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一、基本原則：安全：不損壞實(shí)驗(yàn)器材，不超量程，不超額定值等；精確：盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差；方便：在保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行的前提下，選用的電路和器材應(yīng)便于操作，讀得的數(shù)據(jù)便于處理。二、實(shí)驗(yàn)電路和器材的選取與連接：（1）滑動(dòng)變阻器的分壓或限流連接的選擇、滑動(dòng)變阻器的選擇。主要考慮的問題：估算電路允許的最小電流要小于用電器的額定電流。估算電路中電流（或用電器的電壓）的變化范圍。（2）電表量程及內(nèi)外接法的選擇。主要考慮的問題：估算待測(cè)電流或電壓的最大值，電壓表和電流表量程要滿足測(cè)量的要求。估算電路中電流最大時(shí)，電壓表和電流表的指針應(yīng)指到滿偏刻度三分之二以上的位置。估算電表間、電表與電源間的配置是否合理。根據(jù)已知的電表阻值和待測(cè)元件阻值（估計(jì)值）選擇內(nèi)外接法。（3）結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)的測(cè)量原理，對(duì)器材的其他要求進(jìn)行選擇。（4）連接電路時(shí)注意電表量程及正負(fù)接線柱的接法正確。例1.（2012北京高考卷） 在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)待測(cè)金屬絲接入電路部分的長(zhǎng)度約為50cm （1）用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖1所示，其讀數(shù)應(yīng)為_mm（該值接近多次測(cè)量的平均值） （2）用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx實(shí)驗(yàn)所用器材為：電池組(電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻約1)、電流表(內(nèi)阻約0.1)、電壓表(內(nèi)阻約3k)、滑動(dòng)變阻器R(020，額定電流2A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干 某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：次數(shù)1234567U/V0.100.300.701.001.501.702.30I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520由以上數(shù)據(jù)可知，他們測(cè)量Rx是采用圖2中的_圖(選填“甲”或“乙”)VARSRxRS圖2乙甲VARx（3）圖3是測(cè)量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端請(qǐng)根據(jù)圖(2)所選的電路圖，補(bǔ)充完成圖3中實(shí)物間的連線，并使閉合開關(guān)的瞬間，電壓表或電流表不至于被燒壞PRx圖3 0 I/A 圖4U/V 0.5 1.5 2.5 2.0 1.0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 （4）這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系，如圖4所示，圖中已標(biāo)出了測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)請(qǐng)?jiān)趫D4中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)，并描繪出UI圖線由圖線得到金屬絲的阻值Rx=_(保留兩位有效數(shù)字)（5）根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲的電阻率約為_(填選項(xiàng)前的符號(hào)) A110-2m B110-3m C110-6m D110-8m （6）任何實(shí)驗(yàn)測(cè)量都存在誤差本實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)，下列關(guān)于誤差的說法中正確的選項(xiàng)是_(有多個(gè)正確選項(xiàng)) A用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)，由于讀數(shù)引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差B由于電流表和電壓表內(nèi)阻引起的誤差屬于偶然誤差C若將電流表和電壓表內(nèi)阻計(jì)算在內(nèi)，可以消除由測(cè)量?jī)x表引起的系統(tǒng)誤差D用UI圖像處理數(shù)據(jù)求金屬絲電阻可以減小偶然誤差例2.用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻的阻值,器材(代號(hào))與規(guī)格如下:電流表A1(量程300mA,內(nèi)阻r1為5);標(biāo)準(zhǔn)電流表A2(量程300mA,內(nèi)阻r2約為5);待測(cè)電阻R1(阻值約為100);滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值10）電源E(電動(dòng)勢(shì)約為10V,內(nèi)阻r約為1);單刀單擲開關(guān)S,導(dǎo)線若干.(1)要求方法簡(jiǎn)捷,并能測(cè)多組數(shù)據(jù),畫出實(shí)驗(yàn)電路圖原理圖,并表明每個(gè)器材的代號(hào).(2)實(shí)驗(yàn)中,需要直接測(cè)量的物理量是_,用測(cè)的量表示待測(cè)電阻R1的阻值的計(jì)算公式是R1=_.例3.在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，除有一標(biāo)有“2.2V，0.5W”的小燈泡、導(dǎo)線和開關(guān)外，還有 A. 直流電源6V（內(nèi)阻不計(jì)） B. 直流電流表03A（內(nèi)阻0.1以下） C. 直流電流表0300mA（內(nèi)阻約為5） D. 直流電壓表03V（內(nèi)阻約為15k） E. 滑動(dòng)變阻器10，2A F. 滑動(dòng)變阻器1k，0.5A實(shí)驗(yàn)要求小燈泡兩端的電壓從零開始變化并能多測(cè)幾次。（1）實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選用_，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用_。（均用儀器前的字母表示） （2）在下面的虛線框中按要求畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。例4用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻Rx的阻值（9001000）：電源E，具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約為9.0V；電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1750； 電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r22500；滑線變阻器R，最大阻值約為100； 單刀單擲開關(guān)K，導(dǎo)線若干。（1）測(cè)量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的，試畫出測(cè)量電阻Rx的一種實(shí)驗(yàn)電路原理圖（原理圖中的元件要用題圖中相應(yīng)的英文字母標(biāo)注）。（2）根據(jù)你所畫的電路原理圖在題給的實(shí)物圖上畫出連線。（3）若電壓表V1的讀數(shù)用U1表示，電壓表V2的讀數(shù)用U2表示，則由已知量和測(cè)得量表示Rx的公式為Rx_。 例5.（2011天津）某同學(xué)測(cè)量阻值約為25k的電阻Rx，現(xiàn)備有下列器材：A電流表（量程100 A，內(nèi)阻約為 2 k）；B電流表（量程500 A，內(nèi)阻約為300 ）；C電壓表（量程15 V，內(nèi)阻約為100 k）；D電流表（量程50 V，內(nèi)阻約為500 k）；E直流電源（20 V，允許最大電流1 A）；F滑動(dòng)變阻器（最大阻值1 k，額定功率1 W）；G電鍵和導(dǎo)線若干。電流表應(yīng)選 ，電壓表應(yīng)選 。（填字母代號(hào)）該同學(xué)正確選擇儀器后連接了以下電路，為保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，并使測(cè)量誤差盡量減小，實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)你檢查該電路，指出電路在接線上存在的問題：例6.（2012山東卷）在測(cè)量金屬絲電阻率的試驗(yàn)中，可供選用的器材如下：待測(cè)金屬絲：（阻值約，額定電流約）；電壓表：（量程，內(nèi)阻約）；電流表：（量程，內(nèi)阻約）；（量程，內(nèi)阻約）；電源：（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)） （電動(dòng)勢(shì)12V，內(nèi)阻不計(jì)）滑動(dòng)變阻器：（最大阻值約）螺旋測(cè)微器；毫米刻度尺；開關(guān)S；導(dǎo)線。用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖所示，讀數(shù)為 mm。若滑動(dòng)變阻器采用限流接法，為使測(cè)量盡量精確，電流表應(yīng)選 、電源應(yīng)選 （均填器材代號(hào)），在虛線框中（間答題卡）完成電路原理圖。例7.（2012四川卷） (2)某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬探究小燈泡L的伏安特性曲線，可供選用的器材如下： 小燈泡L，規(guī)格“4.0V0.7A”； 電流表A1，量程3A，內(nèi)阻約為0.1; 電流表A2，量程0.6A，內(nèi)阻r2=0.2; 電壓表V，量程3V，內(nèi)阻rV=9k； 標(biāo)準(zhǔn)電阻R1，阻值1； 標(biāo)準(zhǔn)電阻R2，阻值3 k; 滑動(dòng)變阻器R，阻值范圍O 10,； 學(xué)生電源E，電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干。 甲同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路來進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)通過L的電流為0.46A時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖2所示，此時(shí)L的電阻為_。 乙同學(xué)又設(shè)計(jì)了如圖3所示的電路來進(jìn)行測(cè)量，電壓表指針指在最大刻度時(shí)，加在L上的電壓值是_V。 學(xué)習(xí)小組認(rèn)為要想更準(zhǔn)確地描繪出L完整的伏安特性曲線，需要重新設(shè)計(jì)電路。請(qǐng)你在乙同學(xué)的基礎(chǔ)上利用所供器材，在圖4所示的虛線框內(nèi)補(bǔ)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖上標(biāo)明所選器材代號(hào)。例8.（2011上海）實(shí)際電流表有內(nèi)阻，可等效為理想電流表與電阻的串聯(lián)。測(cè)量實(shí)際電流表內(nèi)阻的電路如圖所示。供選擇的儀器如下：待測(cè)電流表(，內(nèi)阻約300)，電流表 (，內(nèi)阻約100)，定值電阻(300)，定值電阻(10)，滑動(dòng)變阻器 ()，滑動(dòng)變阻器 ()，干電池(1.5V)，電鍵S及導(dǎo)線若干。(1)定值電阻應(yīng)選 ，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 。(在空格內(nèi)填寫序號(hào))(2)用連線連接實(shí)物圖。(3)補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟：按電路圖連接電路， ；閉合電鍵S，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭至某一位置，記錄，的讀數(shù)，； ；以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，作出相應(yīng)圖線，如圖所示。(4)根據(jù)圖線的斜率及定值電阻，寫出待測(cè)電流表內(nèi)阻的表達(dá)式 。例9.（2010天津卷）要測(cè)量電壓表V1的內(nèi)阻RV，其量程為2V，內(nèi)阻約2K。實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：電流表A，量程0.6A，內(nèi)阻約0.1；電壓表V2，量程5V，內(nèi)阻為5K；定值電阻R1，阻值30；定值電阻R2，阻值為3K；滑動(dòng)變阻器R3，最大阻值100，額定電流1.5A；電源E，電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻約0.5；開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線若干。有人擬將待測(cè)電壓表V1 和電流表A串聯(lián)接入電壓合適的測(cè)量電路中，測(cè)出V1 的電壓和電流，再計(jì)算出RV。該方案實(shí)際上不可行，其最主要的原因是 請(qǐng)從上述器材中選擇必要的器材，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量電壓表V1內(nèi)阻RV的實(shí)驗(yàn)電路。要求測(cè)量盡量準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)必須在同一電路中，且在不增減元件的條件下完成。試畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖（圖中電源與開關(guān)已連接好），并標(biāo)出所選元件的相應(yīng)字母代號(hào)： 由上問寫出V1內(nèi)阻RV的表達(dá)方式，說明式中各測(cè)量量的物理意義。例10.（2010福建卷）如圖所示是一些準(zhǔn)備用來測(cè)量待測(cè)電阻阻值的實(shí)驗(yàn)器材，器材及其規(guī)格列表如下：為了能正常進(jìn)行測(cè)量并盡可能減少測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半，而且調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器能使電表讀數(shù)有較明顯的變化。請(qǐng)用實(shí)線代表導(dǎo)線，在所給的實(shí)驗(yàn)器材圖中選擇若干合適的器材，連成滿足要求的測(cè)量阻值的電路。例11.用下列器材，測(cè)定小燈泡的額定功率：A.待測(cè)小燈泡：額定電壓6V，額定功率約為5W；B.電流