高考物理一轮复习 第8章 恒定电流 第3节 实验：电学实验基础课件.pdf

第3节实验：电学实验基础其础知识夯实教材知识籁合1.电流表、电压表的使用和读数(1)用电流表测电流时，要把电流表_联在被测电路中，让电流从_接线柱流进电流表，从接线柱流出来.读数：03%量程按10 估读.00.6N量程,按;估读，超过半小格的按半小格读，不足半小格的舍 去.都只读到百分位.、(2)用电压表测电压时，要把电压表_联在被 测电路两端.让“+”接线柱接在电势较_的一端.“一”接线柱接在电势较 低 的一端.读数：。3/量程，按点估读（估读为点小格的整 数倍），只读到百分位.015 V,按估读Q的1倍、2 倍、3倍、4倍），只读到十分位.2.电学实验器材的选用（1）选用器材的原则是：安全、精确、方便选用电源、电流表、电压表时，要根据实验的 要求，根据器材的参数，考虑所测电流，电压的最大 值不能超出仪表的量程，以确保不损坏仪器.在实验电路中测量电流、电压时，电流表、电压 表指针的偏角不能过小，以减小误差.电流表、电压 表的读数为满刻度的;以上时，读数较准确，能接近满 刻度更好.选用滑动变阻器时，先要确保电路中电流不超 过变阻器允许通过的最大电流.若用“限流式”一般 选阻值适当大一点的，但不是越大越好.因阻值太大 时，在实验中，可能只用到其阻值较小的一部分，滑 动触头只能在很短的距离内移动，使用起来很不方 便.一般是选变阻器总阻值与用电器的阻值比较接近 的.若用“分压式”，应选择总阻值适当小一些的滑 动变阻器，这样可使分出的电压大致上随滑动触头移 动距离成正比例改变，调节起来比较方便.(2)选用器材的一般步骤：先找出实验中必须应用的器材；画出实验电路图；估算待测电路中I和u的最大值；考虑能否使电表指针偏转满刻度的:以上；选择合适量程的电压表、电流表，合适的滑动 变阻器和电源.3.滑动变阻器的限流接法与分压接法(1)滑动变阻器示意图(2)滑动变阻器的使用作限流用时，把滑动变阻器串联在被限电流的 电路中，可以接同一端的两个接线柱 或B、D,也可以接对角线上的两接线柱 或B、C,开始时，应使接入的电阻最大.作分压用时，先把电阻丝串上开关，接到电源 两极上，再在电阻丝的一端与滑键之间接上用电器.如 下图所示.开始时，应使用电器上的电压为 0.两种接法的比较限流接法分压接法对比说明两种接法电 路图-1 口，一in aRb串、并联关系 不同负载Ro上电 压调节范围RoE Ro+R 巳（内阻不计）0E（内阻不计）分压接法调 节范围较大负载Ro上电 流调节范围E ERo+RRo（内阻不计）0 Ro（内阻不计）分压接法调 节范围较大4.电流表的内接与外接电流表的内接法和外接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测=口+11%电压表分流I 测=Ix+Ip电阻测量 值U i六R 测=j=Rx+R户R*测量值大于真实值U RxRpR测=1=心花(Rx测量值小于真实值适用条件R%RxRpRx适用于测 量大阻值的电阻小阻值的电阻(2)两种电路的选择方法阻值比较法: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远小于R，宜采用电 流表外接法；若Rx远大于R/,宜采用电流表内接法.临界值计算法：Rx国总时，用电流表内接法.实验试探法：按图接好电路，让电压表接线柱P先后与a、b处 子二YS)丁Y 接触一下，如果电压表的示数有 尸!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.y:邀，制k角度分析 雷 蛟心知识费硬nISBZ电表读去例1图甲所示的电流表使用0.6%量程时，对应 刻度盘上每一小格代表_A,图中指针示数是_A；当使用34量程时，对应刻度盘中每一小 格代表_A,图中指针示数为_A.如图乙所示的电表使用较小量程时，每小格表示 _K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_匕图中表针指示的是_V.解析电流表使用0.64量程时，刻度盘上的每一小 格为0.02 4,应估读到百分位，读为0.444当换用3，量程时，每一小格为0.14,指针示数为2.204电 压表使用3 P量程时，每小格表示0.1匕指针示数为 1.70 V-使用15 P量程时，每小格为0.5匕应估计到 十分位，所以指针示数为8.5匕 答案0.02 0.4 4 0.1 2.20 0.1 1.70 0.5归纳结 3-先看清是什么表，再依所选的量程确定每小格表示 多少和估读到哪一数位，最后读数.解析03 P的最小分度为0.1匕读数为1.90 H;015 P的最小分度为0.5匕 读数为9.5 1034的最小分度为0.1力，读数为0.80Z;0。.64的最小分度为0.024 读数为0.164答案1.90（1.891.91均可）V 9.5 V80（0.79 0.81 均可）4 0.16 4 11角度23电阻箱读数例2旋钮式电阻箱如图所示，电流从接线柱A 流入，从B流出，则接入电路的电阻为 Q.今欲将接入电路的电阻改为2 087。，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解析电阻为1 987。.最简单的操作方法是先 将“XI k”旋钮调到2,再将“X100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9 999 用这样的两个电 阻箱串联可得到的最大电阻是2X9 999 0=19 998。.故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为 0-19 998 Q.TH答案1 987 将“XI k”旋钮调到2,再将“X 100”旋钮调到0 019 998。旋钮式电阻箱的读数规则是：先把每个旋钮所对的 数字乘以相应的倍率，得出该旋钮所对应的阻值，然后 把各个阻值相加就得到电阻箱的读数.【变式2 为了测定电流表 4的内阻，采用如右图所示的电 路.其中：4是待测电流表，量程为 300,内阻约为100 0；R&4凡4是标准电流表，量程是200 pA；Ri是电阻箱，阻值范围是0999.9。；Rz是滑动变阻器；R3是保护电阻；E是电池组，电动势为4匕 内阻不计；舟是单刀单掷开关，&是单刀双掷开关.连接好电路，将开关2扳到接点a处，接通开关 与；调整滑动变阻器Rz，使电流表出的读数是1504 然后将开关S2扳到接点b处，保持R2不变，调整变 阻箱Ri，使电流表A2的读数仍是150 4若此时电 阻箱各旋钮的位置如图所示，电阻箱Ri的阻值是Q，则待测电流表4的内阻Rg=Q.解析因两次电流表出读数相同，故电流表4 内阻即等于电阻箱阻值，而电阻箱读数为(8X10+6X1+3X0.1)=86.3 O.答案86.3 86.3 1角度器材选用与实验电路设计、实物图连接例3在做“测定金属丝的电阻 率”的实验中，若待测金属丝的电阻 约为5要求测量结果尽量准确,提供以下器材供选择：4中池幻（3匕内见约I_B.电流表（03力，内阻0.0125。）C.电流表（006%，内阻约0.125。）D.电压表（03匕内阻4 4。）E.电压表（015匕 内阻15 4。）F.滑动变阻器（020。允许最大电流14）G.滑动变阻器（0-2 000。，允许最大电流0.3力）H.开关、导线若干 J(1)实验时应从上述器材中选用(填写 仪器前字母代号).(2)测电阻时，电流表、电压表、待测电阻Rx在组 成测量电路时，应采用电流表 接法，测量值比真实值偏(选填“大”或“小”).滑动变 阻器应采用(选填“限流”或“分压”)接 法.(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如 图所示，则读数为 mm.(4)若川L表示金属丝的长度，d表示直径，测得 电阻为R,请用R、d、L写出计算金属丝电阻率的表 达式p=.解析(1)由电池组的电动势可判也 根据金属丝的电阻约为5。，可求出电路中的最 流Lz=0.6Z,所以电流表选C；滑动变阻器选f最 后选取开关、导线H.(2)由于金属丝的电阻较小，所以采用电流表外接 法，外接法测得的电流偏大，算出的电阻值偏小，所 以测量值比真实值偏小.滑动变阻器阻值与待测电阻 相差不大且不要求电压从0开始变化，故应采用限流接法.；(3)螺旋测微器的读数为0.900阳阳.7d2(4)金属丝的横截面积为S=丁，由电阻定律,2得区=作，联立解得金属丝的电阻率为p=*-.答案(1)ACDFH(2)夕卜 小 限流(3)0.900(4)“Rd?4 L当滑动变阻器的最大阻值与用电器的阻值相差不 大且不要求电压从0开始变化应优先考虑限流式接 法.有下列情况时，要用分压式接法：要求电压从0 开始变化，待测电阻远大于变阻器的最大阻值，若 用限流式接法，电路中的最小电流超过电表量程或电阻 允许的最大电流.【变式3】现要组装一个由热敏电阻控制的报 警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时,系统报警.提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很 小，流过的电流超过k时就会报警），电阻箱（最大阻 值为999.9。），直流电源（输出电压为U,内阻不计）,滑动变阻器Ri（最大阻值为1 000。），滑动变阻器 Rz（最大阻值为2 000。），单刀双掷开关一个，导线 若干.在室温下对系统进行调节，已知U约为18匕k 约为10*4；流过报警器的电流超过20m4时，报警 器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在60 时阻值为650.0 Q.完成待调节的报警系统电路图的连线.(2)电路中应选用滑动变阻器(填“RJ或 w).(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为 滑动变阻器的滑片应置于(填“a”或b”)端附近，不能置于 另一端的原因是.将开关向(填“c”或d”)端闭合，缓慢 移动滑动变阻器的滑片，直至.(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另 一端闭合，报警系统即可正常使用.解析(2)在室温下对系统进行调节，已去18匕k约为10 mA;流过报警器的电流超过20,时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围，1 Q 181n 3 0=900 CWRW1rBN C 800 C ZU A 1U 1U A 1U60 时热敏电阻的阻值是650.0。，所以滑动变 阻器阻值的取值范围在250。到1150。之间，所以 滑动变阻器应该选Rz.(3)电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻，阻值应 为650.0。，滑动变阻器刚开始应置于b端，若置于 另一端，接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA.报警器可能损坏；实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直至报警器开始报警.答案I(2)R2(3)650.0 b 接通电源后，流过报警器 的电流会超过20帆4报警器可能损坏 c报警器 开始报警例4为了测量一电阻的阻值Rx，现有以下器材:蓄电池E,电流表力,电压表匕滑动变阻器R,电 阻箱Rp，开关与、导线若干.某活动小组设计了 如图甲所示的电路.实验的主要步骤如下：A.闭合Si，断开调节R和Rp,使电流表和 电压表示数合适，记下两表示数分别为11、Ui；B.闭合Sz，保持Rp阻值不变，记下电流表和电 压表示数分别为12、U2.(1)按电路图在实物图乙上连线.(2)写出被测电阻的表达式Rx=(用 两电表的读数表示).(3)由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测 电阻的测量值(选填“大于”“小于”或“等于)真实值.解析(2)由欧姆定律，第一次测量的电阻为电压表和Rp的并联电阻，即=1=R并；第二次测量的电阻为电压表、Rx和Rp的并联电阻，T=联立解得Rx=Kx+K 并U1U2-(3)由于电流表、电压表内阻不影响被测电阻的测 量，故其测量值等于真实值.答案见解析就用等于一实物图连接的注意事项：(1)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照 电路原理图依次到开关，再到滑动变阻器，按顺序以单 线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来；其次 将要并联的元件再并联到相应电路中去.(2)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交 叉.要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从 电表的正接线柱流入，从负接线柱流出.考点集训（三十二）第3节 实 验：电学实验基础1.甲图中，若用00.6/挡，读数为 A；若用03/挡，读数为 A.乙图中，若用03挡，读数为 V；若015/挡，读数为 V.0.24 1.20 1.20 6.02.如图所示为研究一台微型电动机性能的电路，调整可变电阻R的阻值，直到电动机停止转动，这时 两个电表的示数如图甲、乙所示，重新调整R的阻值 使电动机正常运转，这时两个电表的示数如图丙、丁 所示.则由两个电表的示数可知，电动机正常运转时 消耗的电功率为%,这时它的输出功率为 W.T 6丙2d2AoMOl2A 0.6T2解析图所示的电路中，当电动机停止转动时,由图甲、乙的示数可测得电动机内电阻的值为Ui 2.00两。=4.00。当电动机正常运转时，由图丙、丁的示数可计算出电动机消耗的电功率P=U2l2=24.0X2.00%=480这时它的输出功率为P 出=P I%=4 8.0 FF-2.002X4.00%=32.0 W答案4 8.0 32.03.如图甲所示为某次测量时电压表的刻度盘的情 形，若当时使用的是该表的03 P量程，那么电压表 读数为 K若当时使用的是该表的015 H量程，那么电压表读数应为 V；如图乙所示的电阻箱的读数为 Q.解析03 P量程最小刻度是0.1 K要向下估读 一位，读L15 P（由于最后一位是估读的，有偶然误差,读成1.14L16 P都算正确）.015/量程最小刻度为 0.5 K只要求读到0.1/这一位，所以读5.7/（5.6 5.8/都算正确）.图乙中的电阻箱有6个旋钮，每个 旋钮上方都标有倍率，将每个旋钮上指针所指的数值（都为整数）乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到电阻箱的读数为84 580.2 D.答案1.15（1.14 1.16 均可）5.7（5.6 5.8 均可）84 580.24.在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，为减小 实验误差，方便调节，请在给定的四个电路图力、C、。和三个滑动变阻器E、F,G中选取适当的电路 和器材，并将它们的编号填在横线上.应选取的电路 是，滑动变阻器应选取.E.总阻值15最大允许电流2%的滑动变阻 器足 总阻值200。、最大允许电流2 A的滑动变 阻器G.总阻值1 000。、最大允许电流1 A的滑动 变阻器解析因为要多取几组U、I的数据，才能画出 u-I图象，故用分压法；又因RpR灯，故用电流表 的外接法，故选。电路.滑动变阻器用作分压，为便 于调节，故选E答案C E5.有一个电阻Rx，其阻值大约是10 Q，请选择适当 的器材，以侦测至其网值.町 供选择的电路如图.可供选择的器材是：A.电动势4.5 K内阻不计的电源EB.量程为015 K 内阻10 4。的电压表片C.量程为03 K内阻6 4。的电压表D.量程为0300用力、内阻4。的电流表4E.量程为05/、内阻2。的电流表力2F.最大阻值20。、额定电流L5力的滑动变阻器RiG.最大阻值500 Q、额定电流0.5 A的滑动变 阻器R2H.开关和若干根导线.选用的器材是(填器材的字母代 号).解析甲、乙两种接法都可以，但限流法较节能，因而采用限流接法，故选用甲电路；电源电动势E=4.5 V,E=lm(Rx+R),Im=A=0.321 A=321 mA或口=方Z=0.375N=375阻4,电流表选“U=I.RX=0.321X10 P=3.21匕 因而电压表选C,变阻器R2 最大值为500 与Rx偏差太大，因此变阻器选足答案甲力、C、D、F、H6.右图是测量阻值约儿十欧的 未知电阻Rx的原理图，图中Ro 是保护电阻(10。)，处是电阻箱(0-99.9R是滑动变阻器，4和42是电流表，E是电源(电 动势10匕内阻很小).在保证安全和满足要求的情况下，使测量范围尽 可能大.实验具体步骤如下：(i)连接好电路，将滑动变阻器R调到最大；(ii)闭合S,从最大值开始调节电阻箱Ri，先调 Ri为适当值,再调节滑动变阻器R,使4示数h=05 4,记下此时电阻箱的阻值Ri和A2的示数12；(iii)重复步骤(ii),再测量6组Ri和12值；I(iv)将实验测得的7组数据在坐标纸上描点.根据实验HI答以下问题:现有四只供选用的电流表:A.电流表（03 mA,B.电流表（03阳力,C.电流表（00.3%,D.电流表（00.3/,内阻为2.0内）内阻未知）内阻为5.0 Q）内阻未知）4应选用,4应选用.（2）测得一组Ri和L值后，调整电阻箱Ri，使其 阻值变小，要使4示数保持Ii=05力，应让滑动变阻器R接入电路的阻值（选填“不变”“变 大”或“变小”）.(3)在坐标纸上画出与h的关系图.(4)根据以上实验得出Rx=Q.解析(1)该实验测段电阻的原理为并联电路两 支路电压相等，即(Rx+r2)I2=(Ro+Ri+nJ!，其中为、H分别为/i、4两表的内阻.又因为段的阻值约几 十欧，与Ro+R在同一数量级，4示数为Ii=0.15Z,表示电流表4只能从。、D中选择，出电流数量级与 4相同.由测量原理可知：(&+r2)I2=(Ro+Ri+门川,因Rx未知，故力阻值应已知，前4选。，4选C(2)因4示数L=0.15。不变,Ri变小，(Ro+Ri+口)11变小，滑动变阻器所分电压变大，R应变大.(3)该图线为一条直线，离线较远的一组数据为错 误数据，应舍去，其他点应对称分布在直线两侧.(4)由实验原理得:(Ro+Ri+口)11=(凡+功用其中 Ro=10 Q,上=5 Q,Ii=0.15 A,上选择两组Ri、l2代入不同数值可解得段约为31a Rx+H 或 Ri=一;（Ro+门）,图线的斜率k=kli-r2.50X0.150.27-0.065.0 Q=(35.7-5)0=30.7)右 31.答案刀c(2)变大(4)317.一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测 电阻风的阻值，图中Ro为标准定值电阻(Ro=2O.O。)；。可视为理想电压表.舟为单刀开关，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()，将图3)中实物连线；(2)将滑动变阻器滑动端置于适当位置，闭合多；(3)将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器滑片的位 置，记下此时电压表。的示数Ui；然后将$掷于2端,记下此时电压表0的示数U2；(4)待测电阻阻值的表达式Rx=(用R。、Ui、U?表示卜(5)重复步骤(3),得到如下数据：12345U1/P0.25 0.300.360.4 00.4 4u2/r0.861.031.221.361.4 9U2 Ui3.4 43.4 33.393.4 03.39(6)利用上述5次测量所得M的平均值，求得Rx。.(保留1位小数)解析开关&掷于1端,由欧姆定律可得通过段的电流1=$，将开关&掷于2端，Ro和Rx串联 k()电路电压为U2,Rx两端电压为U=U2-U1，由欧姆定律可得待测电阻阻值Rx=,=胖-lk.5 1 Ul/次测量所得兴的平均值，1x(3.4 4+3.4 3+3.39+3.4 0 U1 3+3.39)=3.4 1,代入 Rx=7-1 Ro=(3.4 1-1)X20.0Q=4 8.2答案(1)实物连线如图(湍-1r0(6)4 8.2