2012高考物理三轮实验专题复习专题二 电学实验

专题二电学实验电学实验常用基础知识梳理1.电路设计原则正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用.（1）正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理.（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害.要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器.（3）方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理.（4）精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小.2.电学实验仪器的选择（1）根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表.首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差.（2）根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用.（3）应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择.总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测量的准确度.3.测量电路的选择（1）电流表的内、外接问题图1甲所示电路为电流表外接电路（简称外接法）；图1乙所示电路为电流表内接电路（简称内接法）.两种接法的选择可按下列方法进行：图1方法一：设电流表、电压表内阻分别为RA、RV，被测电阻为Rx，则当Rx时，电压表分流作用小，应选用外接法当Rx时，电流表分压作用小，应选用内接法VARRVARR当Rx=时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可.方法二：在RV、RA均不知的情况下，可采用试触法.如图2所示，分别将a端与b、c接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法.VARR图2（2）滑动变阻器的分压、限流接法：为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：如图3甲为滑动变阻器的限流式接法,Rx为待测电阻.它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联.对待测电阻供电电压的最大调节范围是：~E（Rx是待测电阻,R是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻）.如图乙是滑动变阻器的分压式接法.接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，xxRRER该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：0~E（不计电源内阻时）.图3（3）选取接法的原则①要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法.②负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用.③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法.④两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小.（4）滑动变阻器的粗调和微调作用①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用.②在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用.4.实物图的连接（1）注意事项：①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错，注意电流表采用外接法还是内接法.②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉.③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，变阻器采用的是分压还是限流式接法，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上.（2）基本方法：①画出实验电路图.②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程.③画线连接各元件.用铅笔画线，以便改错.连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路.一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等.按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去.连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序.类型一测定电动势及内电阻例1（2009·安徽卷·21Ⅰ、Ⅱ）Ⅰ.用多用电表进行了几次测量，指针分别处于a和b的位置，如图4所示.若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的挡位.a和b的相应读数是多少？请填在表格中.图4指针位置选择开关所处挡位读数a直流电流100mAmA直流电压2.5VVb电阻×100Ω23.00.57320Ⅱ.用图5所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻.电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用.除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：图5（a）电流表（量程0.6A、3A）;（b）电压表（量程3V、15V）；（c）定值电阻（阻值1Ω、额定功率5W）；（d）定值电阻（阻值10Ω、额定功率10W）；（e）滑动变阻器（阻值范围0~10Ω、额定电流2A）；（f）滑动变阻器（阻值范围0~100Ω、额定电流1A）.那么（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择V，电流表的量程应选择A；R0应选择Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是Ω的滑动变阻器.（2）引起该实验系统误差的主要原因是.30.610~10电压表的分流解析Ⅰ.直流电流a位置时读数I=×11.5mA=23.0mA直流电压a位置读数U=×11.5V=0.57V测电阻在b位置R=3.2×100Ω=320Ω50100505.2Ⅱ.（1）一节干电池的电动势为1.5V，所以电压表量程选择3V即可，一节干电池的允许电流在0.6A以下，因此电流表量程选择0.6A即可.R0起保护作用使电路中的电流在0.6A以下，若选用定值电阻10Ω，估算最大电流为Imax=A=0.15A则电流表指针指在半刻度以下，测量误差太大，因此定值电阻应选用1Ω的.若选用滑动变阻器0~100Ω的，则使用范围太小，不方便操作，因此选用滑动变阻器0~10Ω即可.105.100RErRE（2）电流表应测量通过电源的电流，但由于电压表的分流作用，电流表实验测量的电流值比通过电源的电流小，所以引起该实验误差的主要原因是电压表的分流.解题归纳万用表表盘由刻度线、指针和机械调零旋钮组成，在高中阶段主要用来测量交、直流电压，交、直流电流和电阻.使用万用表测电阻时，要注意以下几个问题：（1）使用前首先要对电表进行机械调零，再对电表进行欧姆调零.（2）选择合适的倍率.使指针指示在中间位置附近.最好不使用刻度左边三分之一的部分，这部分刻度密集，读数误差较大.（3）不能带电测量.（4）被测电阻不能有并联支路.（5）由于多用电表的欧姆挡表盘刻度不均匀，难于估读，测量结果只需取两位有效数字即可.类型二描绘伏安特性曲线例2（2009·福建卷·19）（1）在通用技术课上,某小组在组装潜艇模型时,需要一枚截面为外方内圆的小螺母,如图6所示.现需要精确测量小螺母的内径，可选用的仪器有：A.50等分的游标卡尺;B.螺旋测微器①在所提供的仪器中应选用.图6A②在测量过程中，某同学在小螺母中空部分360°范围内选取不同的位置进行多次测量取平均值的目的是.（2）某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件.图7为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑,先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：减小实验的偶然误差器材（代号）规格电流表（A1）电流表（A2）电压表（V1）电压表（V2）滑动变阻器（R1）滑动变阻器（R2）直流电源（E）开关（S）导线若干量程0~50mA，内阻约为50Ω量程0~200mA，内阻约为10Ω量程0~3V，内阻约为10kΩ量程0~15V，内阻约为25kΩ阻值范围0~15Ω，允许最大电流1A阻值范围0~1kΩ，允许最大电流100mA输出电压6V，内阻不计图7①为提高实验结果的准确程度，电流表应选用；电压表应选用；滑动变阻器应选用.（以上均填器材代号）②为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号.A2V1R1③若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小灯泡的伏安特性曲线有何异同点？——元件——解析（1）游标卡尺测内径，故选用游标卡尺，在测量中多次测量取平均值的目的是减小实验的偶然误差.（2）①由图可知，该电器元件的允许电压小于3V，对应的电流小于0.14A，其阻值范围小于50Ω，故电流表应选A2,电压表应选V1，滑动变阻器应选R1.②由RV=10kΩ,RA=10Ω，知应用外接法；测量U、I的范围较大，且从0开始测量，应用滑动变阻器的分压接法，如图所示.③相同点：通过该元件的电流与电压的变化关系和通过小灯泡的电流与电压的变化关系都是非线性关系.不同点：该元件的电阻值随电压的升高而减小，而小灯泡的电阻值随电压的升高而增大.答案③见解析1.（2009·海南·14）图8是利用两个电流表和测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图.图中S为开关,R为滑动变阻器,固定电阻R1和的内阻之和为10000Ω（比r和滑动变阻器的总电阻都大得多）,为理想电流表.图8（1）按电路原理图在图9虚线框内各实物图之间画出连线.图9（2）在闭合开关S前,将滑动变阻器的滑动端c移动至（填“a端”、“中央”或“b端”）.（3）闭合开关S,移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置,读出电流表和的示数I1和I2.多次改变滑动端c的位置,得到的数据为b端I1/（mA）0.1200.1250.1300.1350.1400.145I2/（mA）48040032023214068在图10所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1—I2曲线.图10（4）利用所得曲线求的电源的电动势E=V,内阻r=Ω.（保留两位小数）（5）该电路中电源输出的短路电流Im=A.1.49±0.010.6±0.052.5±0.2解析（1）连线如下图所示（2）实验前滑动变阻器接入电路电阻值最大；（3）如下图所示（4）由图线上读出两组数值，代入E=I1R1+（I1+I2）r构成方程组联立求解E和r;（5）短路电流Im=E/r2.（2009·盘绵打靶卷）某实验小组要测量一节干电池的电动势和内阻，实验室提供的实验器材如下：A.待测的干电池（电动势约为1.5V，内电阻约为2Ω）B.电压表V1（0~2V，内阻RV1=4000Ω）C.电压表V2（0~2V，内阻RV2约为3500Ω）D.电流表A（0~3A，内阻0.1Ω）E.电阻箱R1（0~9999Ω）F.滑动变阻器R2（0~200Ω,1A）G.电键和导线若干该小组根据以上实验器材设计了如图11所示的电路来测量电源的电动势和内阻.图11（1）请你根据实验电路补充完整主要的实验步骤：a.闭合电键,记下V1的读数U1.b.闭合电键,断开电键，记下.（2）请你根据以上步骤记录的物理量和已知的物理量写出该干电池的电动势和内阻的表达式：E=，r=.S1和S2S1S2V1的读数U1′和V2的读数U22121UUUU1V212)1(RUUU（3）在现有器材的条件下，请你选择合适的实验器材，并设计出另一种测量干电池电动势和内阻的方案，在方框中画出实验电路图.（4）如果要求用图象法处理你设计的实验的数据，并能根据图象较直观地求出电动势和内阻，则较适合的函数表达式是.请你虚框中画出此表达式对应的大致图象.解析（3）电路图如下图所示（4）对应的图象如下图所示ERErU111或者对应的图象如下图所示rUrER1113.（2009·南京二调