北京高三物理二輪復(fù)習(xí)電學(xué)試驗(yàn)教學(xué)案

要點(diǎn)精析電學(xué)基本儀器一、靈敏電流表靈敏電流表又叫靈敏電流計(jì)，在電路中的符號(hào)為◎，用來測(cè)量微弱電流、電壓的有無和方向。使用時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：①電流表的指針指在刻度盤的中部電流為零，如圖10-1所示，用電流表檢測(cè)微弱電流時(shí)，把它串聯(lián)在被測(cè)電路中，對(duì)于大多數(shù)電流表，若指針向右擺動(dòng)，說明電流由正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出；若指針向左擺動(dòng)，說明電流由負(fù)接線柱流入，從正接線柱流出。②電流表的刻度是均勻的，如指針偏轉(zhuǎn)1格表示通過10uA電流，指針偏轉(zhuǎn)2格就表示通過20uA電流。③電流表允許通過的電流是很小的，一般不超過幾百uA,實(shí)驗(yàn)時(shí)若指針超過滿度，應(yīng)立即切斷電源，以防損壞電流表。④電流表不要長(zhǎng)期接在電路上，防止偶然出現(xiàn)的大電流燒壞電流表。圖10-1二、電流表和電壓表電流表用來測(cè)量電路中的電流強(qiáng)度，電壓表用來測(cè)量電路中兩點(diǎn)之間的電壓，使用時(shí)注意：①機(jī)械零點(diǎn)的調(diào)整，在不通電時(shí)，指針應(yīng)指在零刻度的位置。②選擇適當(dāng)量程，估算電路中的電流和電壓，指針應(yīng)們轉(zhuǎn)到滿度的1/3以上，若無法估算電路中的電流和電壓，則應(yīng)先選用較大的量程，再逐步減小量程。③正確接入電路，電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，電壓表應(yīng)并聯(lián)在電路中，兩種表都應(yīng)使電流從正接線柱流入，負(fù)接線柱流出。④正確讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)視線要通過指針并跟刻度盤垂直。根據(jù)所選量程的準(zhǔn)確度，正確讀出有效數(shù)字和單位。⑤注意內(nèi)阻，電流表和電壓表一方面作為儀器使用，同時(shí)又是被測(cè)電路中的一個(gè)電阻，實(shí)驗(yàn)中沒有特別要求時(shí)，一般不考慮它們的內(nèi)阻對(duì)電路的影響，但在有些測(cè)量中，不能忽視它們的內(nèi)阻對(duì)被測(cè)電路的影響，如伏安法測(cè)電阻等。三、滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)變阻器是一個(gè)可以連續(xù)改變電阻值的可變電阻，用它可以調(diào)節(jié)電路中電流的大小及兩點(diǎn)間的電壓。1.結(jié)構(gòu)滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)如圖11—3所示，表面涂有氧化絕緣層的電阻絲AB密繞在瓷管上，滑動(dòng)觸片P與電阻絲緊密接觸(接觸部分的氧化層已刮掉)，且能在滑桿60上左右滑動(dòng)。根據(jù)R=pL/S,粗細(xì)均勻的電阻絲，電阻的大小與長(zhǎng)度成正比，隨著滑動(dòng)觸片位置的變化，變阻器連入電路的電阻值也相應(yīng)發(fā)生變化。設(shè)某滑動(dòng)變阻器的阻值范圍是0—50Q,當(dāng)滑動(dòng)片P移到左端時(shí)，AC(AD)間電阻值為零，BC(BD)間電阻值為50Q；當(dāng)滑動(dòng)片P移到右端時(shí)，AC(AD)間電阻值為50Q,BC(BD)間電阻值為零。如AP與PB的長(zhǎng)度比為3：2,則AC(AD)間電阻值為30Q,BC(BD)間電阻值為20Q。圍11-S2.限流接法(見圖11-4和圖11-5)和分壓接法(見圖11-6)ffiU-4圖ffiU-4圖116①限流電路特點(diǎn)A.用電器R0與滑動(dòng)變阻器部分電阻串聯(lián)，另一部分不起作用 口R0上電壓調(diào)節(jié)范圍為**段E_Er0上電流調(diào)節(jié)范圍為衣+扁4②分壓電路特點(diǎn)A.用電器Ro與滑動(dòng)變阻器的部分電阻并聯(lián)后再與另一部分電阻串聯(lián)Ro上電壓調(diào)節(jié)范圍為0—EC.凡上電流調(diào)節(jié)范圍為0——E/Ro以上均假設(shè)電源內(nèi)阻忽略不計(jì)。由以上比較可知，用分壓電路時(shí)，負(fù)載電壓變化范圍大，可從零開始；而限流電路中電流的大小只需等于工作電路的電流，更節(jié)能，并且接線簡(jiǎn)單，操作方便。故在限流電路能滿足要求時(shí)就優(yōu)先采用限流電路，在用限流電路不能滿足要求時(shí)再用分壓電路。弄清兩種接法改變負(fù)載電壓的原理才能理解以下實(shí)驗(yàn)中?？嫉膯栴}。.兩種接法中滑動(dòng)變阻器阻值的選擇①限流接法中為使負(fù)載的電壓能平穩(wěn)地由電壓表半偏到滿偏，選擇的滑動(dòng)變阻器的阻值大約為被測(cè)電阻的幾倍或十幾倍。實(shí)際測(cè)量時(shí)，要求工作電路上的測(cè)量值（電壓、電流）范圍廣一些，以減小誤差。限流接法中，滑動(dòng)變阻器若比負(fù)載電阻的阻值小得多，則負(fù)載電壓變化范圍太小，不利于取得多組數(shù)據(jù)，甚至在某些題目中不滿足保護(hù)負(fù)載的安全要求。但若滑動(dòng)變阻器的阻值比負(fù)載電阻大得太多，又不方便調(diào)節(jié)到有效的多組電壓，表現(xiàn)為接入電路的阻值較大時(shí)，負(fù)載上分得的電壓幾乎為零，指針偏角不明顯，讀數(shù)的誤差大；當(dāng)接入電路的阻值與負(fù)載相當(dāng)時(shí)，又已經(jīng)沒有幾根電阻絲可調(diào)節(jié)，稍一滑則電阻為零，操作不方便。②分壓接法中要滑動(dòng)變阻器阻值遠(yuǎn)小于工作電路阻值，才能有穩(wěn)定的輸出特性，有利于調(diào)節(jié)。因?yàn)檫@種情況下，負(fù)載與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)的總阻值約等于與之并聯(lián)的那部分阻值。這樣負(fù)載兩端的電壓（即并聯(lián)部分的電壓）與干路中那部分電阻的電壓比就約等于滑片左右兩邊的長(zhǎng)度比，故隨著滑片的移動(dòng)，負(fù)載兩端的電壓能穩(wěn)定均勻地增加。思考：分壓電路為什么也不選擇阻值遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻的滑動(dòng)變阻器？（提示：也是操作不方便。）.分壓、限流電路的選擇若限流接法能滿足要求，一般用限流接法，所以一般先用限流電路估算。若能滿足條件就不用分壓。采用分壓接法時(shí)一般是以下原因：①題目要求加在工作電路上的電壓（或電流）從零開始變化（或要求變化范圍盡可能大），應(yīng)采用分壓接法。②滑動(dòng)變阻器阻值限制。如滑動(dòng)變阻器總阻值小于被測(cè)電阻阻值，采用限流接法時(shí)工作電路的電壓、電流值變化范圍不大，則采用分壓接法，這時(shí)滑動(dòng)變阻器阻值小一些比較好，一般小于負(fù)載電阻的一半，即滑動(dòng)變阻器阻值遠(yuǎn)小于負(fù)載電阻時(shí)用分壓接法。如滑動(dòng)變阻器總阻值大于被測(cè)電阻阻值（一到幾倍），且不要求工作電路上電壓從零開始調(diào)節(jié)，可采用限流接法。③限流電路中滑動(dòng)變阻器打到最大也不能滿足安全要求的應(yīng)用分壓接法。.注意事項(xiàng)①使用滑動(dòng)變阻器時(shí)，不僅要注意它的阻值，還要注意它的額定電流，通過滑動(dòng)變阻器的電流不能超過它的額定電流。②分壓電路中，起始位置應(yīng)在負(fù)載電壓最小處，即與負(fù)載并聯(lián)的那部分電阻最小。③限流電路中，起始位置應(yīng)在連入電路中的電阻最大處，使通過負(fù)載的電流最小，這些都是為保證負(fù)載的安全。四、電阻箱.結(jié)構(gòu)電阻箱有插孔式和轉(zhuǎn)柄式兩種（見下圖（甲）和（乙））.^ 3 ^ 3 2 3 450■ r r c an?c g w n _nDjIhjjJiJU.iruLtnrUli■/UiuJnHFfl"IranIfirrHWrTTTTTH?口31?*15口(甲)(Z.).原理電阻箱是由多個(gè)電阻串聯(lián)而成，它的原理是通過改變串聯(lián)電阻的個(gè)數(shù)，從而達(dá)到改變電阻的目的。用途是為實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)可變的、讀數(shù)精確的電阻。插孔式電阻箱的蓋上有一排銅塊，銅塊間有插孔，當(dāng)銅塞插在孔里時(shí)，就把相鄰的兩個(gè)銅塊連在一起，銅塊間電阻被短路；當(dāng)銅塞拔出時(shí)，就把相鄰的兩個(gè)銅塊通過電阻絲連在一起，拔出的銅塞越多，接入電路的電阻值就越大。每個(gè)插孔下電阻的電阻值都標(biāo)在插孔旁，以供選用。轉(zhuǎn)柄式電阻箱由多個(gè)定值電阻串聯(lián)而成，通過轉(zhuǎn)柄來控制接入電路的電阻數(shù)值。使用時(shí)，把兩個(gè)接線柱接入電路，調(diào)節(jié)盤面上幾個(gè)旋鈕，把各旋鈕對(duì)應(yīng)示數(shù)乘倍率再相加，就能得到接入電路的電阻的電阻值。讀數(shù)時(shí)按從高倍到低倍的順序讀出。例如，根據(jù)上圖(乙)中各旋鈕指示數(shù)值，可知接線柱間電阻R=100X1+10X7+1X5+0.1X0=175.0Q,注意末位零表示測(cè)量準(zhǔn)確度，不能省略。該電阻箱調(diào)節(jié)范圍為0——999.9Q。.電阻箱和滑動(dòng)變阻器的區(qū)別①電阻箱的阻值可以直接讀出，滑動(dòng)變阻器的阻值不能直接讀出。②電阻箱的電阻值變化是不連續(xù)的，滑動(dòng)變阻器的電阻值可以連續(xù)變化。③滑動(dòng)變阻器有滑動(dòng)片(可動(dòng)軸頭)，電阻箱沒有。.注意事項(xiàng)①不得過載使用，注意額定電流和電阻額定功率。②電阻接入電路時(shí)，阻值要大一些，以免電路電流太大燒壞電表。③若需要將電阻箱阻值調(diào)小時(shí)，應(yīng)先調(diào)大再調(diào)小，如要將210Q調(diào)到209Q,應(yīng)將210Q先調(diào)為219Q,再調(diào)為209Q,不能先調(diào)為200Q,再調(diào)為209Q；同樣要將9Q調(diào)到10Q,應(yīng)先調(diào)為19Q,不能先調(diào)為0Q,再調(diào)為10Q。④電阻箱不能代替變阻器長(zhǎng)時(shí)間通電使用。五、多用電表多用電表可以用來測(cè)量電流、電壓、電阻等，并且每一種測(cè)量都有幾個(gè)量程。上半部為表頭，表盤上有電流、電壓、電阻等各種量程的刻度；下半部為選擇開關(guān)，它的四周刻著各種測(cè)量項(xiàng)目和量程。另外，還有歐姆表的調(diào)零旋鈕，機(jī)械調(diào)零旋鈕和測(cè)試表的插孔。測(cè)電阻是依據(jù)全電路歐姆定律；測(cè)電流和電壓是依據(jù)串聯(lián)和并聯(lián)電路特點(diǎn)及部分電路歐姆定律。歐姆表內(nèi)部電路如圖13—2示，R為調(diào)零電阻，紅黑表筆接觸，進(jìn)行歐姆表調(diào)零時(shí)，表頭指針滿偏，根據(jù)全電路歐姆定律有Ig=e/(Rg+R+r)；當(dāng)紅、黑表筆間接有未知電阻小時(shí)，有I=e/(Rg+R+r+Rx),故每一個(gè)未知電阻都對(duì)應(yīng)一個(gè)電流值I,我們?cè)诳潭缺P上直接算出與I對(duì)應(yīng)的Rx的值，所測(cè)電阻的值即可從表盤刻度直接讀出；當(dāng)Rx=Rg+R+r時(shí)，I=Ig/2,指針半偏，所以歐姆表內(nèi)阻等于R中。圖啟-2典型實(shí)驗(yàn).用描跡法畫出電場(chǎng)中平面上等勢(shì)線實(shí)驗(yàn)所用的電流表是零刻度在中央的電流表，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先測(cè)定電流方向與指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系：將電流表、電池、電阻、導(dǎo)線按圖1或圖2連接，其中R是阻值大的電阻，r是阻值小的電阻，用導(dǎo)線的a端試觸電流表另一端，就可判定電流方向和指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系。該實(shí)驗(yàn)是用恒定電流形成的電場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)。與電池正極相連的A相當(dāng)于正點(diǎn)電荷，與電池負(fù)極相連的B相當(dāng)于負(fù)點(diǎn)電荷。白紙應(yīng)放在最下面，導(dǎo)電紙應(yīng)放在最上面（涂有導(dǎo)電物質(zhì)的一面必須向上），復(fù)寫紙則放在中間。.伏安法測(cè)電阻伏安法測(cè)電阻有a、b兩種接法，a叫（安培計(jì)）外接法，b叫（安培計(jì)）內(nèi)接法。外接法的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的，測(cè)量值總小于真實(shí)值，小電阻應(yīng)采用外接法；內(nèi)接法的系統(tǒng)誤差是由電流表的分壓引起的，測(cè)量值總大于真實(shí)值，大電阻應(yīng)采用內(nèi)接法。如果無法估計(jì)被測(cè)電阻的阻值大小，可以利用試觸法：如圖將電壓表的左端接a點(diǎn)，而將右端第一次接b點(diǎn)，第二次接c點(diǎn)，觀察電流表和電壓表的變化，若電流表讀數(shù)變化大，說明被測(cè)電阻是大電阻，應(yīng)該用內(nèi)接法測(cè)量；若電壓表讀數(shù)變化大，說明被測(cè)電阻是小電阻，應(yīng)該用外接法測(cè)量。（這里所說的變化大，是指相對(duì)變化，即AI/I和AU/U）O（1）滑動(dòng)變阻器的連接滑動(dòng)變阻器在電路中也有a、b兩種常用的接法：a叫限流接法，b叫分壓接法。分壓接法被測(cè)電阻上電壓的調(diào)節(jié)范圍大。當(dāng)要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，或要求電壓調(diào)節(jié)范圍盡量大時(shí)應(yīng)該用分壓接法。用分壓接法時(shí)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選用阻值小的；用限流接法時(shí)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選用阻值和被測(cè)電阻接近的。（2）實(shí)物圖連線技術(shù)無論是分壓接法還是限流接法都應(yīng)該先把伏安法部分接好；對(duì)限流電路，只需用筆畫線當(dāng)作導(dǎo)線，從電源正極開始，把電源、電鍵、滑動(dòng)變阻器、伏安法四部分依次串聯(lián)起來即可（注意電表的正負(fù)接線柱和量程，滑動(dòng)變阻器應(yīng)調(diào)到阻值最大處）。對(duì)分壓電路，應(yīng)該先把電源、電鍵和滑動(dòng)變阻器的全部電阻絲三部分用導(dǎo)線連接起來，然后在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端之中任選一個(gè)接頭，比較該接頭和滑動(dòng)觸頭兩點(diǎn)的電勢(shì)高低，根據(jù)伏安法部分電表正負(fù)接線柱的情況，將伏安法部分接入該兩點(diǎn)間。（3）描繪小電珠的伏安特性曲線因?yàn)樾‰娭椋葱襞荩┑碾娮栎^?。?0Q左右）所以應(yīng)該選用安培表外接法。小燈泡的電阻會(huì)隨著電壓的升高、燈絲溫