高中物理电学实验高中物理电学实验是高考必考知识点,也是学生学习的难点。
难就难在:电路选择;电表内、外接;器材的选取;电表改装、校对、表头内阻的测量及测量值与真实值大小比较;多用电表原理应用等等。
这里我们就以这几个问题加以说明:一、滑动变阻器两种接法(限流和分压)的选择无论滑动变阻器以何种方法接入电路,都应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则灵活选取,但一般来说:“能限流不分压”。
1、下列三种情况必须选用分压式接法:(1)要求回路中某部分电路电流或电压从零开始可连续调节时(如:测定导体的伏安特性曲线,校对改装后的电表等),即大范围内测量时,必须采用分压电路。
(2)当负载电阻远大于滑动变阻器电阻的最大值时,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测多组数据)时,必须采用分压电路。
(3)若采用限流电路,电路中的实际电压(或实际电流)的最小值仍超过待测电阻的额定值时,只能采取分压电路。
2、下列情况可选用限流接法:(1)测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续可调,只是小范围测量,且待测阻值与滑动变阻器相比拟时。
采用限流接法。
(2)电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法要求时,采用限流接法。
(3)没有很高要求,仅从安全性和精确性角度分析,两者均可采用时,但考虑到安装简便和节能因素,一般采用限流接法。
二、电流表内、外接的选取方法:(1)大电阻内接,测量值大于真实值(大内偏大)(2)小电阻外接,测量值小于真实值(小外偏小)三、电表改装与电表内阻的测量(1)将灵敏电流表改装为大量程的电流表:并联一个小电阻分流。
(2)将灵敏电流表改装为大量程的电压表:串联一个大电阻分压。
(3)“半偏法”测电流表内阻原理及实验步骤略实验误差分析:造成误差的主要原因是实验原理与实验电路存在系统误差。
由于并联接入电阻R后,实际电路的总电阻变小,总电流变大,所以通过电阻R的电流要大于满偏一半,所以通过电流表的实际电流就小于满偏的一半了,由并联电路的特点知R A>R,故测量值是偏小的。
(4)“半偏法”测电压表内阻原理(分压电路)及实验步骤略实验误差分析:U g时,加到V与R两端电压值实际已超过U g,即此时电阻箱两(1)考虑到实际情况,当调节电阻箱阻值,使V表示数为12U g,因此,测量值偏大。
端电压值已大于12四、实验器材的选取方法:(1)选取顺序:电源→电压表→电流表→变阻器。
(2)最优选取原则:A:方法误差尽可能小B:实现较大范围的灵敏调节C:在大功率装置中尽可能节省能量;在小功率电路中,在不超过用电器额定值的前提下,适当提高电源、电压值,以提高测量的准确度。
根据以上原则,电学仪器的选择建议如下:①电表的选择:在使用电压表或电流表时,指针偏到满偏有1/3到2/3间的读数是比较准确的。
因此在选择电表量程时,应首先估算电流值是否达到半偏左右,若实验要求电流或电压从零开始连续调节,则调节到电流或电压到最大时应超过半偏。
②滑动变阻器的选取:实验时若是限流电路,一般选阻值适当大点的滑动变阻器,但也不是越大越好(因阻值太大了,在实验过程中可能只用到阻值很小一部分,这样滑片只能在很小的范围内调节,使用起来很不方便,不利于较精确地改变电路中的电流)。
实验电路若采用分压电路,应选取阻值较小的变阻器,这样可以使分出的电压值随滑片移动成正比改变,调节起来方便。
③电源的选取:在不超过待测器材允许的最大电压值的情况下,选电动势较大的电源(以获得较多的测量数据),在相同电动势的情况下应选内阻较小的电源(以获得较稳定的路端电压)电学实验训练题1、(2013、华师一附中)(9分)用以下器材测量待测电阻R x 的阻值:待测电阻R x :阻值约为30Ω;电源E :电动势约为6.0V 、内阻忽略不计; 电流表A 1:量程50mA 、内阻r 1=20Ω;电流表A 2:量程300 mA 、内阻r 2约为4Ω; 定值电阻R 0:阻值为100Ω;滑动变阻器R :最大阻值为10Ω; 单刀单掷开关S 、导线若干.(1)测量中要求使用两块电流表且它们的读数都不小于其量程的1/3,试将方框中测量电阻R x 的实验电路原理图补充完整(原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注).(2)如图某次测量中电流表A 1和电流表A 2 的示数分别为I 1和I 2, 则I 1= mA , I 2= mA .(3)由已知量和测得量计算R x = Ω.(小数点后保留一位) 2、(2013、武汉外校、黄冈中学联考)(10分)将两个金属电极插入任何一个水果中就可以做成一个水果电池,但日常生活中我们很少用“水果电池”,这是为什么呢?某学习小组的同学准备就此问题进行探究。
(1)通过查阅资料知道将锌、铜两电极插入水果中,电动势大约会有1伏多一点。
他们找来了一个苹果做实验,用量程为0一3V 、内阻约5k Ω的伏特表测其两极时读数为0.75V 。
但当他们将四个这样的苹果电池串起来给标称值为“3V ,0.5A ”的小灯泡供电时,灯泡并不发光。
检查灯泡、线路均没有故障,出现这种现象的原因应当是:(2)接着他们用内阻约50Ω的灵敏电流表直接接一个“苹果电池”的两极,测得电流为0.40mA ,根据前面用伏特表测得的0.75V 电压,由全电路欧姆定律得“苹果电池”内阻:30.75 1.90.4010E r k I -==Ω=Ω⨯.这个结果是否准确?如认为不准确,请说明主要理由 。
(3)请用以下器材尽可能准确测定“苹果电池”的电动势和内阻:由以上两个“苹果电池”串联的电池组,电压表V (量程3V ,内阻约5k Ω),电流表A (量程为0~0.6mA ,内阻约为50Ω),滑动变阻器R (最大阻值约4k Ω)),导线和开关。
①在方框中画出电路图。
②按电路图连接实物图。
③下图是实验中得到的U 一I 图像,由图像可知每个“苹果电池”的电动势为 V ,内电阻为 K Ω。
(结果保留两位有效数字)3、(2013、苏北三市联考)(10分)在物理课外活动中,刘聪同学制作了一个简单的多用电表,图1为电表的电路图。
已知选用的电流表内阻R g=10Ω、满偏电流I g=10mA,当选择开关接3时为量程250V的电压表。
该多用电表表盘如图2所示,下排刻度均匀,C为上排刻度线的中间刻度,由于粗心上排刻度线对应数据没有标出。
(1)若指针指在图2所示位置,选择开关接1时其读数为;选择开关接3时其读数为。
(2)为了测该多用电表电阻档的电阻和表内电源的电动势,刘聪同学在实验室找到了一个电阻箱,设计了如下实验:①将选择开关接2,红黑表笔短接,调节R1的阻值使电表指针满偏;②将电表红黑表笔与电阻箱相连,调节电阻箱使电表指针指C处,此时电阻箱的示数如图3,则C处刻度应为Ω。
③计算得到多用电表内电池的电动势为V。
(保留2位有效数字)(3)调零后将电表红黑表笔与某一待测电阻相连,若指针指在图2所示位置,则待测电阻的阻值为Ω。
(保留2位有效数字)4、(2013杭州七校联考)(9分)表格中所列数据是测量小灯泡U-I关系的实验数据:U(V)0.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0I(A)0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215(1)分析上表内实验数据可知,应选用的实验电路图是图;(2)在方格纸内画出小灯泡的U-I曲线。
分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而(填“变大”、“变小”或“不变” );(3)如图丙所示,用一个阻值为10Ω的定值电阻R和上述小灯泡组成串联电路,连接到内阻不计、电动势为3V 的电源上。
则流过灯泡的电流约为A。
AA B123RR12图1图2Ω--VAΩ∞CPn图3⨯1⨯10⨯100⨯01234567890123456789012345678901234567891000VS R 2E乙O丙U1 21R 5、(江苏苏北四市2014届高三第一次调研)(9分)某实验小组要描绘一个标有“3.8V ,1W ”的小灯珠R L 的R ~U曲线,所供选择的器材除了导线和开关外,还有以下一些器材可供选择: A .电压表V (量程5V ,内阻约为5k Ω) B .直流电源E (电动势4.5V ,内阻不计) C .电流表A 1(量程150mA ,内阻约为2Ω)D .电流表A 2(量程300mA ,内阻约为1Ω)E .滑动变阻器R 1(阻值0 ~ 10Ω)F .滑动变阻器R 2(阻值0 ~ 200Ω)⑴实验中为较准确测量、方便调节,电流表应选用 ▲ ,滑动变阻器应选用 ▲ (填写仪器符号);⑵要求实验中小灯珠电压从零逐渐增大到额定电压,测量误差尽可能小。
请你为该实验小组设计电路图,画在答题纸方框中;⑶据实验数据,计算并描绘出了R -U 的图象,如乙图所示。
由图象可知,当所加电压为3.00V 时,灯珠实际消耗的电功率为 ▲ W 。
假设灯丝电阻R 与其温度t 的关系是R =k (t +273)(k 为比例系数),室温为27℃ ,可知该灯珠正常发光时,灯丝的温度约为 ▲ ℃;⑷小灯珠的电功率P 随电压U 变化的图象及其伏安特性曲线可能分别是图丙中的 ▲ 。
A .①和③B .①和④C .②和③D .②和④6、(2013、12月武汉联考)(10分)某研究小组收集了两个电学元件:电阻R 0(约为2kΩ)和手机中的锂电池(电动势E 标称值为3.7V ,允许最大放电电流为100mA )。
实验室备有如下器材: A .电压表V (量程3V ,电阻R V 约为4.0kΩ) B .电流表A 1(量程100mA ,电阻R A1 约为5Ω)C .电流表A 2(量程2mA ,电阻R A2 约为50Ω)D .滑动变阻器R 1(0~40Ω,额定电流1A )E .电阻箱R 2(0~999.9Ω)F .开关S 一只、导线若干 ⑴为了测定电阻R 0的阻值,小明设计了一电路,如图甲所示为其对应的实物图,图中的电流表A 应选 ▲ (选填“A 1”或“A 2”),请将实物连线补充完整。
⑵为测量锂电池的电动势E 和内阻r ,小红设计了如图乙所示的电路图。
根据测量数据作出1U —21R 图象,如图丙所示。
若该图线的斜率为k ,纵轴截距为b ,则该锂电池的电动势E = ▲ ,内阻r = ▲ (用k 、b 和R 2表示)。
该实验的测量值偏小,造成此系统误差主要原因是 ▲ 。
甲▲▲▲①②P U③④I U0 丙0 1U /V2 432 4 6 8 R /Ω 10 14 12 0乙甲VA + - 锂电池 R 0 R 17、(2013、武汉四月联考)(10分)某同学为了研究某压敏电阻的伏安特性,通过实验得到了该压敏电阻的伏安特性曲线如图a所示.(1) 该同学所用蓄电池的电动势为6 V,还有导线、开关及以下器材:电流表,有两个量程,分别为量程A(0~3 A)和量程B(0~0. 6 A)电压表,有两个量程,分别为量程C(0~3 V)和量程D(0~15V)滑动变阻器,有两种规格,分别为E(0~10Ω,1.0 A)和F(0~200Ω,1.0 A)则电流表选量程,电压表选量程,滑动变阻器选规格.(仅填代号即可)(2)请在图b中用笔画线代替导线,把实验仪器连接成完整的实验电路.(3)通过进一步实验研究知道,该压敏电阻R的阻值随压力变化的图像如图c所示.某同学利用该压敏电阻设计了一种“超重违规证据模拟记录器”的控制电路,如图d.已知该电路中电源的电动势均为6V,内阻为1Ω,继电器电阻为10Ω,当控制电路中电流大于0.3A时,磁铁即会被吸引.则只有当质量超过_____kg的车辆违规时才会被记录.(取重力加g=10m/s2 )8、某兴趣小组的同学,可供选择的器材如下:小灯泡L,规格“4.0V,0.7A”;电流表A1,量程3A,内阻约为0.1Ω;电流表A2,量程0.6A,内阻r2=0.2Ω;电压表V,量程3V,内阻r V=9kΩ;标准电阻R1,阻值1Ω;标准电阻R2,阻值3kΩ;滑动变阻器R,阻值范围0~10Ω;学生电源E,电动势6V,内阻不计;开关S及导线若干。