高三物理-电学电路实验内容归纳.doc

电学电路实验内容归纳（高三）电学实验包括范围很广，包括测电阻、测功率、测电阻率、描绘伏安特性曲线、测电动势和内电阻、万用表的使用等等，一直是高考的重点内容。近年来的高考实验部分更是基本实验变化考，基本方法变化考，充分体现了新课改高考是考查学生能力。但是，万变不离其中，最基本的还是电路的伏安法测电阻，这里就伏安法的问题，进行归纳。一、电流表内、外接法的选择由于电流表和电压表内阻的影响，不管采用电流表内接法还是外接法都将引起误差。在安培内接法中，电流表测量值I是Rx的电流，而电压表测量值U是Rx和电流表串联后的电压，根据可知，测量值比真实值偏大；安培外接法中，电压表测量值U是Rx的电压，电流表测量值I是Rx和电压表并联后的电流，而根据可知，测量值比真实值偏小。比如教材中常提到的几个实验：测定金属丝的电阻率实验应该用外接法，因为电阻丝的电阻一般都比较小；描绘小灯泡的伏安特性曲线实验也应该用外接法，因为小灯泡的电阻一般也都比较小；而测定电源电动势和内电阻的实验应该选择内接法，因为变阻器本身就是变化的，并不要求又准确数值，表面上看是测变阻器的电阻，实际上是测电源，可谓“醉翁之意不在酒”，假如采用了外界，则测出的r是电源内电阻和电流表内阻之和。为了减小误差，实验中应根据不同的实验选取不同的接法，具体分两种选择方法：选择方法1：当Rx的内阻比较小时，一般采用外接法，而Rx的内阻比较大时，应采用内接法。如遇到待测电阻值既不是很大又不是很小时，可用临界电阻方法粗略判定：先算出临界电阻（推导略，仅使用于RAR0可采用内接法；若RxR0可采用外接法。选择方法2：当RA、RV均不知的情况时，可用试触法判定：通过改变电表的连接方式看电流表、电压表的变化大小，确定正确的接法。若电流表示数变化大，说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法；若电压表示数变化大，说明电流表的分压作用较大，为了减小误差，应采用电流表外接法。例1：如右图所示，某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他先将电压表接在a点，读得两表示数分别为U1=3.0V，I1=3.0mA，然后将电压表改接在b点，读得两表示数分别为U2=2.9V，I2=4.0mA，由此可知电压表应接到 点误差较小，测得Rx值应为 。解析：两种接法中两表示数变化分别为：，此时有人得出错误结论：电流变化大，正确方法应该是看，可见电流表示数的变化与电压表接a时电流之比为，而电压表示数变化与电压表接a时电流之比为，电流表示数变化较电压表示数变化明显，说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法，即电压表接a点，此时。二、滑动变阻器分压、限流法的选择1、限流接法右图电路中变阻器起限流作用，负载Rx的电压调节范围为E，在合上电键前一定要使变阻器所使用的阻值最大，因此在闭合电键前一定要检查滑动触头P是否在正确的一端（图中应为b端）。2、分压接法右图电路中变阻器起分压作用，滑片自a端向b端滑动时，负载Rx上电压的调节范围为0E，显然，滑动变阻器在分压使用时，调节负载上的电压范围比限流法使用时调节范围大。在合上电键前一定要使变阻器的滑动触头P滑到a端，以使负载的电压和电流最小（均为零）。3、选择方法通常情况下，变阻器尽可能选用限流式接法，因为这种接法消耗的电能较小。但在一下三种情况下，必须选择分压器连接方式：（1）量程不够：若采用限流电路时，电表的量程不够或电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用分压电路。（2）变阻器阻值太小：当用电器电阻远大于滑动变阻器全值电阻，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组实验数据）时，必须选用分压电路。（3）要求从零开始变化：实验要求回路中某部分电路的电压从零开始可连续变化，必须选用分压电路。比如教材中常提到的几个实验：测定金属丝的电阻率实验和测定电源电动势和内电阻的实验，在没有特殊要求的情况下，而选用限流式接法就可以满足正常的实验要求；描绘小灯泡的伏安特性曲线实验，一般都要求从零开始变化或相对连续的电压和电流值，所以通常选用分压器接法。例2：(08年高考山东卷理综12分)2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。若图l为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中RB,R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验。(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.61.0T，不考虑磁场对电路其它部分的影响)。要求误差较小。提供的器材如下： A.磁敏电阻，无磁场时阻值Ro=150 B.滑动变阻器R，全电阻约20 C.电流表量程2.5mA，内阻约30 D.电压表，量程3V，内阻约3k E.直流电源E，电动势3V，内阻不计 F.开关S，导线若干(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表 根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB=_，结合图1可知待测磁场的磁感应强度B=_T。(3)试结合图1简要回答，磁感应强度B在00.2T和0.41.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?(4)某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻一磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论?答案：(1)如右图所示(2)1500 0.90(3)在00 2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在0.41.0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)(4)磁场反向磁敏电阻的阻值不变。 三、实验器材的选择仪器的选择首先应考虑安全因素，其次是误差因素。各电表：安全因素应考虑读数不能超过量程，误差因素一般应要求各电表的实际读数不小于量程的。滑动变阻器：除了应考虑其电流不能超过其最大允许电流（其它电阻类元件相同）的外，在分压接法中，一般选择阻值较小而额定电流较大的变阻器，在限流接法中，变阻器的阻值应与电路中其它电阻的阻值比较接近。例3：（07年高考山东卷理综11分）检测一个标称值为5的滑动变阻器。可供使用的器材如下：A.待测滑动变阻器，全电阻约5 （电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数）B.电流表，量程0.6 A，内阻约0.6 C.电流表，量程3 A，内阻约0.12 D.电流表，量程15 V，内阻约15 kE.电压表，量程3 V，内阻约3 kF.滑动变阻器R，全电阻约20 G.直流电源E，电动势3 V，内阻不计H.游标卡尺I.毫米刻度尺J.电键S、导线若干（1）用伏安法测定的全电阻值，所选电流表为_（填“”或“”），所选电压表为_（填“”或“”）。（2）画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将图中实物连接成测量电路。（3）为了进一步测量待测滑动变阻器电阻丝的电阻率，需要测量电阻丝的直径和总长度，在不破坏变阻器的前提下，请设计一个实验方案，写出所需器材及操作步骤，并给出直径和总长度的表达式。【解析】 实验时尽可能使测量数据准确。所以尽可能使指针偏转在三分之一以上。所以电压表选择，电流表选择 答案：、MA待测元件OPNRE例4：（07年高考江苏物理卷9分）要描绘某电学元件（最大电流不超过6 mA，最大电压不超过7 V）的伏安特性曲线，设计电路如图，图中定值电阻R为1 k，用于限流；电流表量程为10 m，内阻约为5 ；电压表（未画出）量程为10 ，内阻约为10 k；电源电动势E为12 ，内阻不计。实验时有两个滑动变阻器可供选择：a、阻值0到200 ，额定电流0.3 A b、阻值到20 ，额定电流0.5 A 本实验应选的滑动变阻器是（填“a”或“b”）正确接线后，测得数据如下表12345678910U（V）.003.006.006.166.286.326.366.386.396.40I（mA）0.000.000.000.060.501.002.003.004.005.50a）根据以上数据，电压表是并联在M与之间的（填“O”或“P”） b）根据以上数据，画出该元件的伏安特性曲线为 。画出待测元件两端电压UMO随MN间电压UMN变化的示意图为（无需数值）UMOUMN答案、a（a）P （b）如图 四、实物连接：实物连接图中，只要有一处错误就不得分，因为一处错误便不能使电路正常工作。需要注意：滑动变阻器接法（不能接到滑片上或腿上）；电表的量程和正负接线柱；单刀双掷开关；分压器电路等。详细内容略。例5：（08年高考各天津卷理综) （2）用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路，请将实物图连线成为实验电路。微安表A（量程200A，内阻约200 )；电压表V（量程3V，内阻约10k）；电阻R0（阻值约20k）； 滑动变阻器R（最大阻值50，额定电流1A ) ；电池组E（电动势3V ，内阻不计）； 开关S 及导线若干。 答案：见右图五、伏安法测电阻的变化1. 只有一个表测电源电动势和内电阻 其实，这不是一个实验而是一道电路习题（如教材选修3-1P62例题），但完全可能变成一个实验习题考查。一般分只有电压表和只有电流表两种情况（见右图）。当然，若电动势和R1以及接通R1时表的示数已知，还可以变成判断S接R2时表的示数范围。（具体略）2、电表的改装有的实验所给的仪器中，虽然给了电流表和电压表，但是，其中一个表（电压表或电流表）明显量程不够，即使采用分压器接法，也不能满足实验要求，这种情况下，一般在所给的实验器材中，还格外给出一个定值电阻或电阻箱，这时就需要将量程不够的电表和定值电阻或电阻箱，改装成另外一个量程足够的电表。当然，也有的实验是给出两块电流表和一个定值电阻或电阻箱，其中一个电流表的内阻给出具体数值而不是大约数值，这时也需要将这块内阻固定的电流表和定值电阻或电阻箱，改装成电压表来使用。例6： （07年高考宁夏理综）利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约1.5 V，符号电压表：量程1 V，内阻998.3 ，符号电流表：量程1 A，符号滑动变阻器：最大阻值10 ，符号电阻箱：最大阻值99 999.9 ，符号单刀单掷开关1个，符号导线若干设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内。要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负。为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的_倍，电阻箱的阻值应为_。【解析】这是圆柱形电容器，但可以定性地根据平行板电容器的公式判断，由平行板电容器的公式，可推测影响圆柱形电容器电容的因素有：正对面积、板间距离、极板间的介质即H、R1、R2、。考虑到电源的内阻比较小，则电流表接法是确定的，所以必须连接成答案所示。VAE rS因为干电池的电动势约为1.5 V，电压表的量程1 V，为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的2倍；又因电压表的内阻为998.3 ，所以电阻箱的阻值也应为998.3。答案：H、R1、R2、（正对面积、板间距离、极板间介质）如右图 2； 998.3例7：（08年高考全国II理综13分）右图为一电学实验的实物连线图。该实验可用来测量特测电阻Rx的阻值（约500）。图中两个电压表量程相同，内阻都很大。实验步骤如下： 调节电阻箱，使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近；将滑动变阻器的滑动头调到最右端。 合上开关S。 将滑动变阻器的滑动头向左端滑动，使两个电压表指针都具有明显偏转。记下两个电压表和的读数U1和U2。多次改变滑动变阻器滑动头的位置，记下和的多组读数U1和U2。求Rx的平均值。回答下列问题：（）根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图，其中电阻箱的符号为 滑动变阻器的符号为，其余器材用通用的符号表示。（）不计电压表内阻的影响，用U1、U2和R0表示Rx的公式为Rx。（）考虑电压表内阻的影响，且U1、U2、R0、的内阻r1、的内阻r2表示Rx的公式为Rx。解析：（）电路原理图如图所示（6分。其中，分压电路3分，除分压电路外的测量部分3分）（）(3分) （）3、表的改装与校对例8：（08年高考全国I理综12分）一直流电压表，量程为1 V，内阻为1 000,现将一阻值为50007000之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程.为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源（电动势E为67 V，内阻可忽略不计），一阻值R2=2000的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干线.（1）为达到上述目的，将答题卡上对应的图连成一个完整的实验电路图.（2）连线完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90 V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70 V，由此可以计算出改装后电压表的量程为 V，电源电动势为 V. 答案：AmAAmARR0abES例9：（08年高考海南卷物理）一毫安表头 满偏电流为9.90 mA，内阻约为300 要求将此毫安表头改装成量程为1 A的电流表，其电路原理如图所示图中 是量程为2 A的标准电流表，R0为电阻箱，R为滑动变阻器，S为开关，E为电源完善下列实验步骤：将虚线框内的实物图按电路原理图连线；将滑动变阻器的滑动头调至 端（填“a”或“b”），电阻箱R0的阻值调至零；合上开关；AmAR0SE调节滑动变阻器的滑动头，增大回路中的电流，使标准电流表读数为1 A；调节电阻箱R0的阻值，使毫安表指针接近满偏，此时标准电流表的读数会 （填“增大”、“减小”或“不变”）；多次重复步骤，直至标准电流表的读数为 ，同时毫安表指针满偏回答下列问题：在完成全部实验步骤后，电阻箱使用阻值的读数为3.1 ，由此可知毫安表头的内阻为 用改装成的电流表测量某一电路中的电流，电流表指针半偏，此时流过电阻箱的电流为 A 对于按照以上步骤改装后的电流表，写出一个可能影响它的准确程度的因素： 。 解析：连线如图 b 减小 1 A 310 0.495（0.4940.496均可）例如：电阻箱和滑动变阻器的阻值不能连续变化；标准表和毫安表的读数误差；电表指针偏转和实际电流的大小不成正比；等等4、电流表和电压表之间的替代有的实验所给的仪器中，没有电压表而有两个电流表，其中至少一个电流表的内阻给出具体数值而不是大约数值，这时就可以用这块内阻确定的电流表代替电压表，读数时，将这块表的示数（电流）乘以其内阻，就等于跟这块表并联的那部分电路的电压。若没有电流表而有两个电压表，其中至少一个电压表的内阻给出具体数值而不是大约数值，这时就可以用这块内阻确定的电压表代替电流表，读数时，将这块表的示数（电流）除以其内阻，就等于跟这块表串联的那部分电路的电流。例10：（04年高考）用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）： 电源E,具有一定内阻，电动势约为9.0V; 电压表V1，量程为1.5V，内阻r1750； 电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500; 滑线变阻器R，最大阻值约为100；V1V2+- 单刀单掷开关K，导线若干。（1） 测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注)。（2） 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。（3） 若电压表V1的读数用U1表示，电压V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx 。解析：本题提供了两只电压表，在没有电阻箱和定值电阻的情况下，不能用替代法和等效测量法，只能用伏安法测量，提供的电压表中必定有一只电压表要做电流表使用。由于待测电阻的阻值范围在9001000 之间，而电压表V1的内阻r1750，电压表V2的内阻r2=2500，待测电阻阻值与电压表V1的内阻阻值比较接近，不存在明显关系，所以“电流表”内接和“电流表”外接应该都是可行的。由于两个电压表的读数均不低于量程的，要想满足上述条件，电路也要接成分压电路。Rx= 或 Rx= 5、半偏法测电表的内阻“半偏法”是一种科学巧妙的测定电表内阻的方法，常见的有“半偏电流法”和“半偏电压法”，下面对这两种方法作一比较。（1）、半偏电流法在用“半偏电流法”测定电流表的内电阻的实验中，如图1，R1和R2是电阻箱，先闭合S1，调节R1，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合S 2，调节R2使电流表指针指在刻度盘的中央。则近似有rg=R2。（2）、半偏电压法在用“半偏电压法”测定电压表的内电阻的实验中，如图2，R11为滑动变阻器，R2为电阻箱，闭合开关S前，将滑动变阻器滑片P移到最右端，并将电阻箱的电阻调至零；闭合S，调节滑动变阻器R1的阻值，使电压表的指针指到满刻度；保持P不动，调节电阻箱R2阻值，使电压表指针指到刻度盘的中央，记下此时R2的值。则近似有RvR2。（3）、误差分析：半偏电流法：根据闭合电路欧姆定律和串并联的特点，当闭合开关S2，调整电流表半偏时，回路中的总电流增大，故流过R2的实际电流比流过电流表的电流大，因此，R2rg，即测量值小于真实值。半偏电压法：根据闭合电路欧姆定律和串并联电路的特点，当调整电压表半偏时，R2和电压表上的电压之和增大，故R2上的实际电压大于电压表上的电压，因此，R2Rv，即测量值大于真实值。（4）、其它的半偏法：按图3接好电路。G为待测电表，mV为毫伏表，R0为电阻箱，R为保护电阻。实验时，R调至最大阻值，R0调到较小的阻值R1。先调节R，再调节R使G的指针满偏（通过它的电流为Ig）记下毫伏表的读数U，则UIg（R1Rg）。调节R0及R，使检流计的指针达到半偏，而毫伏表读数不变，这时电阻箱示数为R2，则U（12）Ig（R2Rg）由上面两式可得：RgR22R1 如果实验时能够做到R00时，使G表指针指向满刻度，则RgR2。也可以用图4所示电路测量检流计内阻。G为待测电阻的检流计，A为微安表，R0为电电阻箱，R为保护电阻。实验时，先断开S2，闭合S1，调节R和R，使G表电流达到满偏，记下微安表的读数I。闭合S2，调节R0及R，使检流计的指针达到半偏，而微安表读数仍保持I不变。这时G与电阻箱R0中的电流相等，均为（12）I，由欧姆定律：，有即这时电阻箱的阻值等于检流计的内阻。用图5也可测出检流计的内阻。开始时使滑动变阻器R上的分压值最小，电阻箱R的阻值较大。闭合开关，调节R及R的阻值使G的指针满偏。保持R的分压值不变，调节R使G的指针半偏，如前后两次R的阻值分别为R1和R2，则可得RgR22R1。AA例11：（07年高考全国理综II）有一电流表 ，量程为1 mA，内阻r1约为100 。要求测量其内阻。可选用器材有：电阻器R0，最大阻值为99999.9 ；滑动变阻器甲，最大阻值为10 k；滑动变阻器乙，最大阻值为2 k；电源E1，电动势约为2 V，内阻不计；电源E2，电动势约为6 V，内阻不计；开关2个，导线若干。AAAAAAAR1RS2S1EAA采用的测量电路图如图所示，实验步骤如下：断开S1和S2，将R调到最大；合上S1调节R使 满偏；合上S2，调节R1使 半偏，此时可以认为 的内阻rgR1，试问：在上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选择 ；为了使测量尽量精确，可变电阻R应该选择 ；电源E应该选择 。认为内阻rgR1，此结果与rg的真实值相比 。（填“偏大”、“偏小”或“相等”）答案：AC R0；滑动变阻器甲；E2 偏小6. 把实验题当作计算题处理。 （1）根据闭合电路欧姆定律列方程求解待测量； （2）根据欧姆定律的变式 求解电阻。在利用伏安法测电源的电动势和内阻的实验中，只要测出外电路的电压变化量和电流的变化量（外电压的变化量始终等于内电压的变化量），就可以求出电源的内阻 。7、其它电路实验变化电路实验变化很多，但万变不离其宗，无论怎么变化，都可以看到以上的影子。例12： (07年高考海南卷) 图中电源电动势为，内阻可忽略不计；电流表具有一定的内阻，电压表的内阻不是无限大，为单刀双掷开关，为待测电阻。当向电压表一侧闭合时，电压表读数为U1,电流表读数为I1；当向一侧闭合时，电流表读数为I2。（）根据已知条件与测量数据，可以得出待测电阻_。（）根据图所给出的电路，在图的各器件实物图之间画出连接的导线。【解析】（1）当向电压表一侧闭合时，电压表读数为U1,电流表读数为I1；根据闭合电路欧姆定律有；整理得；当向一侧闭合时，电流表读数为I2。根据闭合电路欧姆定律有，整理得（2）连线如图11用心 爱心 专心