高中物理專題復習電學實驗楊洋

1、電學實驗 專題(學案)開篇引入：電學實驗年年考，年年有變化從這么多年來的實驗題來看，特地是很明顯的：(1)從簡單的背誦實驗轉向分析、理解實驗實驗原理是物理實驗的靈魂近年來，高考物理實驗題既不是簡單地回答“是什么”，也不是背誦“該怎樣”，而是從物理實驗情境中理解“為什么”，通過分析推理判斷“確實是什么”，進而了解物理實驗的每一個環(huán)節(jié)(2)從既定的課本學生實驗轉向變化的創(chuàng)新實驗只有創(chuàng)新，試題才有魅力；也只有變化，才能永葆實驗考核的活力近年來，既定刻板的學生實驗已經從高考物理實驗題中淡出，取而代之的是學生尚未接觸過的要通過解讀物理原理的新穎實驗(如應用性、設計性、專題性實驗等)創(chuàng)新的實驗題可以使能力

2、考核真正落到實處導入考綱：那么來看我們2012年的物理考綱37 決定導線電阻的因素（實驗、 探究）38 描繪小燈泡的福安特性曲線（實驗、探究）40 測量電源的電動勢和內阻（實驗 探究）.較高要求：對所列知識要理解其確切定義及其他知識的聯(lián)系，能夠進行敘述和解釋，并能在實際問題的分析、綜合、推理和判斷過程中運用那么，我們做電學實驗電路的基本結構及構思的一般程序是什么？1電學實驗電路的基本結構一個完整的電學實驗電路往往包括測量電路與控制電路兩部分測量電路：指體現(xiàn)實驗原理和測量方法的那部分電路，通常由電表、被測元件、電阻箱等構成控制電路：指提供電能、控制和調節(jié)電流(電壓)大小的那部分電路，通常由電源、

3、開關、滑動變阻器等構成有些實驗電路的測量電路與控制電路渾然一體，不存在明顯的分界如“測定電源的電動勢和內阻”的實驗電路2實驗電路構思的一般程序(1)審題實驗目的；給定器材的性能參數(shù)(2)電表的選擇根據(jù)被測電阻及給定電源的相關信息，如電源的電動勢、被測電阻的阻值范圍和額定電流等，估算出被測電阻的端電壓及通過它的電流的最大值，以此為依據(jù)，選定量程適當?shù)碾姳?3)控制電路的選擇一般情況或沒有特別說明的情況下，由于限流電路能耗較小，結構連接簡單，應優(yōu)先考慮限流連接方式（如圖）限流接法適合測量小電阻和與變阻器總電阻相比差不多或還小的電阻但在下列三種情形下，應選擇分壓式電路：當采用限流電路“限不住”電流時

4、，即給定的滑動變阻器阻值偏小，即使把阻值調至最大，電路中的最小電流仍超過用電器的額定電流時，必須選用滑動變阻器的分壓連接方式；給定的滑動變阻器的阻值R太小，即電器的電阻遠大于滑動變阻器的總電阻值，RRx，調節(jié)滑動變阻器時，對電流、電壓的調節(jié)范圍太??；實驗要求電壓的調節(jié)范圍盡可能大，甚至表明要求使電壓從零開始變化(或要求測量多組實驗數(shù)據(jù))，必須選用滑動變阻器的分壓連接方式如描繪小電珠的伏安特性曲線、電壓表的校對等實驗，通常情況下都采用分壓式電路(4)測量電路的選擇根據(jù)所選定的電表以及被測電阻的情況，選擇測量電路(估算法、試觸法)在測量電路中，我們的電流表有兩種接法：電流表的外接法和內接法（測量電

5、路的系統(tǒng)誤差注1）：(1)采用電流表內接時，由于電流表的分壓，電壓表測出的電壓比Rx兩端的實際電壓要大一些，即系統(tǒng)誤差使得電阻的測量值大于真實值，即R測>R真(2)采用電流表外接時，由于電壓表的分流，電流表測出的電流比Rx中的實際電流要大一些，即系統(tǒng)誤差使得電阻的測量值小于真實值，即R測<R真如何選擇內接法還是外接法？(1)采用內接法時，測量電阻的真實值，可以看出RA比R小的越多時，RA的分壓越小，測量的誤差就越小，因此，內接法適合大電阻。(2) 采用外接法時，測量電阻的真實值 ，可以看出RV比R大的越多時，RV的分流就越小，測量的誤差就越小，因此，外接法適合小電阻。如何判斷待測電

6、阻是大電阻還是小電阻？(1)如果我們的待測電阻的大約值已知，那么當Rx遠大于RA或臨界阻值<Rx時，我們認為是大電阻，采用電流表內接法；當Rx遠小于RV或臨界阻值>Rx時，我們認為是小電阻，采用電流表外接。(2)如果我們不知道待測電阻的大約值，那我們根據(jù)實驗中兩電表的讀數(shù)變化來判斷。我們用下圖，把電壓表的一段分別接在a、b兩點，若電壓表示數(shù)變化較大，說明待測電阻可以與RA相比擬，是小電阻；若電流表示數(shù)變化較大，說明待測電阻可以與RV相比擬，是大電阻。(5)滑動變阻器的選擇根據(jù)所確定的控制電路可選定滑動變阻器限流式電路對滑動變阻器的要求：a能“限住”電流，且保證不被燒壞；b阻值不宜太

7、大或太小，有一定的調節(jié)空間，一般選擇阻值與負載阻值相近的變阻器分壓式電路對滑動變阻器的要求：電阻較小而額定電流較大，I額(R為變阻器的總電阻)3電表的反常規(guī)用法其實，電流表、電壓表如果知道其內阻，它們的功能就不僅僅是測電流或電壓因此，如果知道電表的內阻，電流表、電壓表就既可以測電流，也可以測電壓，還可以作為定值電阻來用，即“一表三用”三、常見的測量電阻的方法注2例題訓練：例1：從下表中選出適當?shù)膶嶒炂鞑?，設計一電路來測量電流表的內阻r1要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)(1)畫出電路圖，標明所用器材的代號(2)若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算r1，則所用的表達式r1_，式中各符號的

8、意義是：_【解析】根據(jù)所列儀器的特點，電流表的內阻已知，由此可采用兩電流表并聯(lián)因為兩電流表兩端的電壓相等，即可省去電壓的測量，從而減小實驗誤差，由I2r2I1r1，得r1答案(1)電路圖如圖所示(2)I1、I2分別為、的示數(shù)【點評】分析題意可知需測量電流表的內阻，按常規(guī)方法應用伏安法，將電壓表并聯(lián)在待測電流表兩端，但經分析可知即使該電流表滿偏，其兩端的電壓也僅為0.4 V，遠小于量程10 V這恰恰就是本題設計考核學生應變能力的“陷阱”此題也可理解為“將已知內阻的電流表當成電壓表使用”，這實際也是伏安法的一種推廣形式例2：有一根圓臺狀勻質合金棒如圖79甲所示，某同學猜測其電阻的大小與該合金棒的電

9、阻率、長度L和兩底面直徑d、D有關他進行了如下實驗：圖79(1)用游標卡尺測量合金棒的兩底面直徑d、D和長度L圖68乙中的游標卡尺(游標尺上有20個等分刻度)的讀數(shù)L_cm (2)測量該合金棒電阻的實物電路如圖68丙所示(相關器材的參數(shù)已在圖中標出)該合金棒的電阻約為幾個歐姆圖中有一處連接不當?shù)膶Ь€是_(用標注在導線旁的數(shù)字表示)圖79丙 (3)改正電路后，通過實驗測得合金棒的電阻R6.72 根據(jù)電阻定律計算電阻率為、長為L、直徑分別為d和D的圓臺狀合金棒的電阻分別為Rd13.3 、RD3.38 他發(fā)現(xiàn)：在誤差允許范圍內，電阻R滿足R2Rd·RD，由此推斷該圓臺狀合金棒的電阻R_(用

10、、L、d、D表述)2009年高考·江蘇物理卷【解析】(1)游標卡尺的讀數(shù)，按步驟進行則不會出錯首先，確定游標卡尺的精度為20分度，即為0.05 mm；然后以毫米為單位從主尺上讀出整毫米數(shù)99.00 mm，注意小數(shù)點后的有效數(shù)字要與精度一樣；再從游標尺上找出對的最齊一根刻線，精度×格數(shù)0.05×8 mm0.40 mm；最后兩者相加，根據(jù)題目單位要求換算為需要的數(shù)據(jù)，99.00 mm0.40 mm99.40 mm9.940 cm(2)本實驗為測定一個幾歐姆的電阻，在用伏安法測量其兩端的電壓和通過電阻的電流時，因為安培表的內阻較小，為了減小誤差，應用安培表外接法，線的連

11、接使用的是安培表內接法(3)審題是關鍵，弄清題意也就能夠找到解題的方法根據(jù)電阻定律計算電阻率為、長為L、直徑分別為d和D的圓柱狀合金棒的電阻分別為：Rd13.3 ，RD3.38 即Rd，RD而電阻R滿足R2Rd·RD將Rd、RD代入得：R答案(1)9.940(2)(3)例3：用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值(9001000)：電源E ，具有一定內阻，電動勢約為9.0V；電壓表V1，量程為1.5V，內阻r1=750；電壓表V2，量程為5V，內阻r2=2500；滑動變阻器R，最大阻值約為100；單刀單擲開關S；導線若干(1)測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1/3，試在下面的方框中畫

12、出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖(原理圖中的元件要用題圖中的相應的英文字母標注) (2)根據(jù)你所畫的電路原理圖在題給的實物圖上畫出連線(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，則由已知量和測得量表示Rx的公式為或【解析】(1)本題中測量電阻的原理是并聯(lián)分流或串聯(lián)分壓由于滑動變阻器的最大阻值遠小于測量電阻的阻值，且電源電動勢大于兩電壓表的量程，在調節(jié)滑動變阻器的過程中，為保證電壓表的安全，且其讀數(shù)有明顯的改變，滑動變阻器應采用分壓式控制電路，電路原理圖如圖甲或乙所示(2)實物連接圖如圖所示：(3)若用甲電路，根據(jù)并聯(lián)電路的電流分配關系， 解得，；若采用乙電路，根據(jù)串聯(lián)電

13、路的電壓分配關系，解得，。備注：已知內阻的電表可以當作另一種電表使用，而且測量沒有系統(tǒng)誤差對于電表的選擇，必須先根據(jù)已知條件估算電路中的最大電壓或電流值，以此確定選用略大于且量程最小的電表，另外還必須滿足題目的其他條件例4：如圖，一熱敏電阻RT放在控溫容器M內；為毫安表，量程6mA，內阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3V，內阻很小；R為電阻箱，最大阻值為999.9；S為開關已知RT在95時的阻值為150，在20時的阻值約為550.現(xiàn)要求在降溫過程中測量在9520之間的多個溫度下RT的阻值 (1)在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖(2)完成下列步驟中的填空：依照實驗原理在電路圖上連線調節(jié)控

14、溫容器M內的溫度，使得RT溫度為95.將電阻箱調到適當?shù)某踔?，以保證儀器安全閉合開關調節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0，并記錄_.將RT的溫度降為T1(20T195)；調節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)仍為I0,記錄電阻箱的讀數(shù)R1.溫度為T1時熱敏電阻的電阻值RT1=_.逐步降低T1的數(shù)值，直至20為止；在每一溫度下重復步驟. 2010·全國卷【解析】 (1)由于實驗只有一個可以用來觀察的電表，所以應該用“替代法”，用電流表觀察保證電路的電阻不變，因此將熱敏電阻、電阻箱和電流表串聯(lián)形成測量電路而且熱敏電阻的95的阻值是已知的，所以熱敏電阻的初始溫度為95，則電流表示數(shù)不變時，電阻箱與熱敏電

15、阻的串聯(lián)電路電阻保持150加電阻箱的初值之和不變，則可以測量任意溫度下的電阻(2) 電阻箱的讀數(shù)R0 RT1=150+R0-R1四、描繪小電珠的伏安特性曲線因為小電珠(即小燈泡)的電阻較小(10左右)，所以應該選用安培表外接法小燈泡的電阻會隨著電壓的升高，燈絲溫度的升高而增大，所以U-I曲線不是直線為了反映這一變化過程，燈泡兩端的電壓應該由零逐漸增大到額定電壓所以滑動變阻器必須選用分壓接法若選用的是標有“3.8V,0.3A”的小燈泡，電流表應選用00.6A量程；電壓表開始時應選用03V量程，當電壓調到接近3V時，再改用015V量程例5:某研究性學習小組為了制作一種傳感器，需要選用一電器元件圖為

16、該電器元件的伏安特性曲線，有同學對其提出質疑，現(xiàn)需進一步驗證該伏安特性曲線，實驗室備有下列器材：為提高實驗結果的準確程度，電流表應選用_；電壓表應選用_；滑動變阻器應選用_(以上均填器材代號)為達到上述目的，請在虛線框內畫出正確的實驗電路原理圖，并標明所用器材的代號若發(fā)現(xiàn)實驗測得的伏安特性曲線與圖中曲線基本吻合，請說明該伏安特性曲線與小電珠的伏安特性曲線有何異同點？相同點：_，不同點：_.【解析】從該元件的伏安特性曲線中獲取有效信息：電流00.14A、電壓03V，從而明確器材的選擇，和供電電路采用分壓接法解：圖象中電流00.14A，電流表選A2；電源電壓6V，但圖象只要求電壓在03V之間調整，

17、為測量準確電壓表選V1；由于繪制圖象的需要，要求電壓從03V之間調整，所以滑動變阻器只能采用分壓式接法，為了能很好調節(jié)電壓，滑動變阻器應選阻值較小的R1.該元件約幾十歐， 電壓表的分流作用可以忽略，所以采用電流表外接法；實驗數(shù)據(jù)的采集要求從零開始，所以滑動變阻器采用分壓式接法，電路設計如圖所示：從圖象的形狀和斜率變化趨勢上去找相同點和不同點，特點都是“非線性”，圖象上某點與原點連線的斜率是電阻的倒數(shù)，相同點：通過該元件的電流與電壓的變化關系和通過小電珠的電流與電壓的變化關系都是非線性關系；不同點：該元件的電阻隨電壓的增大而減小，而小電珠的電阻值隨電壓的增大而增大備注：設計電路時可將一個完整的電

18、路分為兩部分來完成，即測量電路(一般是伏安法測電阻)和供電電路(滑動變阻器的限流接法或分壓接法)必須根據(jù)電器元件的特性選擇電表五、測電源的電動勢和內阻：根據(jù)閉合電路歐姆定律：E=U+Ir，本實驗電路(如圖)中電壓表的示數(shù)是準確的，電流表的示數(shù)比通過電源的實際電流小，所以本實驗的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的為了減小這個系統(tǒng)誤差，所選用的電壓表的內阻應該大一些為了減小偶然誤差，要多做幾次實驗，多取幾組數(shù)據(jù)，然后利用U-I圖象處理實驗數(shù)據(jù)：將點描好后，用直尺畫一條直線，使盡量多的點在這條直線上，而且在直線兩側的點數(shù)大致相等這條直線代表的U-I關系的誤差是很小的它在U軸上的截距就是電動勢E(對應的I

19、=0)，它的斜率的絕對值就是內阻r，(特別要注意：有時縱坐標的起始點不是零，求內阻的一般式應該是r=|U/I|)例6：某同學利用DIS、定值電阻R0、電阻箱R1等實驗器材測量電池a的電動勢和內阻，實驗裝置如圖 (甲)所示實驗時多次改變電阻箱的阻值，記錄外電路的總電阻阻值R，用電壓傳感器測得端電壓U，并在計算機上顯示出如圖 (乙)所示的1/U-1/R關系圖線a.重復上述實驗方法測量電池b的電動勢和內阻，得到圖 (乙)中的圖線b.(1)由圖線a可知電池a的電動勢Ea=_V，內阻ra=_ .(2)若用同一個電阻R先后與電池a及電池b連接，則兩電池的輸出功率Pa_Pb(填“大于”、“等于”或“小于”)，兩電池的效率a_b(填“大于”“等于”或“小于”)【解析】(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律E=U+Ur/R，得1/U=1/E+r/ER，所以1/U-1/R關系圖線的截距表示1/E，斜率表示r/E，從圖線a可知，1/E=0.5，r/E=0.5/2，故Ea=2V，內阻ra=0.5.(2)從圖線b可知，其橫軸與縱軸截距的絕對值都比a小，其倒數(shù)分別代表Eb和rb，故可知EaEb，內阻rarb.電池的輸出功率P=E/(R+r)2·R=1/(R/E+r/E)2·R，所以Pa小于Pb.=UI/EI=R/(R+r)，所以a大于b.注1：實驗誤差的分析及減小誤差的方法中學