2014届高考物理二轮复习专题讲义：专题七--物理实验--第2讲-电学实验

2014届高考物理二轮复习专题讲义：专题七物理实验第2讲电学实验一、电学量测量仪器1．电流表、电压表、欧姆表的对比仪器极性量程选择读数电流表有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出使指针指示比满偏刻度13多的位置若最小分度为1、0.1、0.01等，需要估读到最小分度的下一位；如果最小分度不是1、0.1、0.01等的只需要读到最小分度位即可电压表使指针尽量指在表盘的中间位置左右取两位有效数字并乘以相应挡位的倍率欧姆表2．实验原理(1)电路：欧姆表是多用电表电阻挡的一个挡位，电路如图7－2－1所示。图7－2－1电流的流向：由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。(2)调零：当红、黑表笔短接时，表头电流表指针满偏，此时Ig＝ER＋Rg＋r。(3)测量：当红、黑表笔之间接电阻Rx时，电路中电流I＝ER＋Rg＋r＋Rx，Rx的一个值对应I的一个值，故将电流刻度标上相应的电阻刻度，即可直接读出待测电阻Rx的阻值。(4)中值电阻：当被测电阻Rx＝R＋Rg＋r时，电流变为满偏电流的一半，欧姆表指针指向刻度正中央，称为“中值电阻”。二、电流表的内外接法选择1．两种接法的比较比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差原因由于电流表内阻的分压作用，电压表测量值偏大由于电压表内阻的分流作用，电流表测量值偏大测量结果R测＝UI＝RA＋RxRx电阻的测量值大于真实值R测＝UI＝RVRV＋RxRxRx电阻的测量值小于真实值适用条件Rx≫RA，大电阻Rx≪RV，小电阻2．两种接法的判断(1)比值判断法：若RVRx＜RxRA，Rx为大电阻，内接法误差小应选用内接法；若RVRx＞RxRA，Rx为小电阻，外接法误差小应选用外接法。(2)临界值判断法：当被测电阻Rx的大小无法直接判定时，先求临界电阻R0＝RARV。若Rx＞R0，则Rx为大电阻，内接法误差小；若RxR0，则Rx为小电阻，外接法误差小；若Rx＝R0，内外接法均可。(3)试触法：当无法估计电阻的阻值，难以比较RARx及RxRV的大小时，可采用电压表试触法看电流表、电压表变化大小来确定，若电流表示数较电压表示数变化明显，说明外接时电压表分流作用大，应采用内接法；若电压表示数较电流表示数变化明显，说明内接时电流表的分压作用大，应采用外接法。三、滑动变阻器连接的限流接法和分压接法1．两种接法的对比方式内容限流接法分压接法对比说明两种接法电路图串、并联关系不同负载Rx上电压调节范围RxERx＋R0≤U≤E0≤U≤E分压电路调节范围大负载Rx上电流调节范围ERx＋R0≤I≤ERx0≤I≤ERx分压电路调节范围大闭合S前触头位置b端a端都起保护作用额定条件下电路总功率EIE(I＋IP)分压电路耗能较多2．两种接法的处理技巧(1)滑动变阻器限流式接法选取原则：一般在滑动变阻器总电阻R0与Rx相差不大时，既不要求较大范围调节电流和电压，又不要求从零开始读数，则优先选择限流式接法。(2)滑动变阻器的分压式接法选取原则：①滑动变阻器的全值电阻R0远小于用电器电阻Rx或电路中串联的其他电阻的阻值，即Rx≫R0。②要求用电器Rx的电流或电压从零开始连续变化。③采用限流式电路时，电路中的最小电流大于用电器Rx的额定电流，或给定的仪表量程偏小。[典例](2013·新课标全国卷Ⅰ)某学生实验小组利用图7－2－2所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：图7－2－2多用电表；电压表：量程5V，内阻十几千欧；滑动变阻器：最大阻值5kΩ；导线若干。回答下列问题：(1)将多用电表挡位调到电阻“×1k”挡，再将红表笔和黑表笔________，调零点。(2)将图7－2－2中多用电表的红表笔和________(填“1”或“2”)端相连，黑表笔连接另一端。(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图7－2－3甲所示，这时电压表的示数如图乙所示，多用电表和电压表的读数分别为______kΩ和______V。图7－2－3(4)调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00V。从测量数据可知，电压表的内阻为________kΩ。(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图7－2－4所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为________V，电阻“×1k”挡内部电路的总电阻为________kΩ。图7－2－4[解析](1)使用多用电表测电阻时，换挡后需重新进行欧姆调零，故应将两表笔短接进行调零。(2)电流应从多用电表的红表笔流入、黑表笔流出，故红表笔应接“1”。(3)从图可以看出指针指向欧姆挡15.0位置，电阻挡为“×1k”，故读数为15.0kΩ；由于电压表量程为5V，指针所指位置为3.60，故读数为3.60V。(4)当滑动变阻器连入电路中的电阻为零时，多用电表读数即为电压表内阻，所以电压表内阻为12.0kΩ。(5)设多用电表内电池的电动势为E、多用电表内阻为R，由第(3)、(4)问可知ER＋15.0kΩ＝3.60V12.0kΩ，ER＋12.0kΩ＝4.00V12.0kΩ，两式联立解得：E＝9.00V，R＝15.0kΩ。[答案](1)短接(2)1(3)15.03.60(4)12.0(5)9.0015.0一、方法技巧要用好1．使用多用电表的“五步”法(1)选倍率，一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200Ω就应该选×10的倍率；(2)进行欧姆调零；(3)将红黑表笔接被测电阻两端进行测量；(4)将指针示数乘以倍率，得测量值；(5)测量结束后，将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。2．多用电表的使用“三注意”(1)电流的流向：由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔(红表笔)流入，从“－”插孔(黑表笔)流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。(3)选倍率：测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转过大或过小都有较大误差。通常只使用表盘中间一段刻度范围，指针偏转角度在13满偏到23满偏之间为测量的有效范围。若出现指针偏转角太小(即指针所指的刻度值过大)应换用大倍率挡，反之要换用小倍率挡，但换挡后必须进行欧姆挡调零。二、易错易混要明了换欧姆挡位时不必进行机械调零，但必须进行欧姆调零。(2013·陕西高三质检)一多用电表的电阻挡有三个倍率，分别是×1、×10、×100。用×10挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到________挡。如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是________，若补上该步骤后测量，表盘的示数如图7－2－5所示，则该电阻的阻值是________Ω。图7－2－5解析：刚开始欧姆表指针偏转角度较小，说明选用倍率偏小，应换用大倍率。每次换挡之后欧姆表都需重新欧姆调零。答案：×100欧姆调零2200[典例](2013·北京高考)某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值。(1)现有电源(4V，内阻可不计)、滑动变阻器(0～50Ω，额定电流2A)、开关和导线若干，以及下列电表：A．电流表(0～3A，内阻约0.025Ω)B．电流表(0～0.6A，内阻约0.125Ω)C．电压表(0～3V，内阻约3kΩ)D．电压表(0～15V，内阻约15kΩ)为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________(选填器材前的字母)；实验电路应采用图7－2－6中的________(选填“甲”或“乙”)。图7－2－6(2)图7－2－7是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图中实物间的连线。图7－2－7(3)接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。某次电表示数如图7－2－8所示，可得该电阻的测量值Rx＝UI＝________Ω(保留两位有效数字)。图7－2－8(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是________；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________。(选填选项前的字母)A．电流表测量值小于流经Rx的电流值B．电流表测量值大于流经Rx的电流值C．电压表测量值小于Rx两端的电压值D．电压表测量值大于Rx两端的电压值[解析](1)为了减小误差，应使电流表读数为量程的13～23，因电源电动势为4V，故电压表应选C，因此通过被测电阻Rx的最大电流Im＝35A＝0.6A，故电流表应选B，本题测的是一个小电阻，即RVRRRA，所以应采用电流表外接法，故采用图甲。(2)电路连接如图所示。(3)由题图中可读出电流表的读数为0.50A，电压表的读数为2.6V，故Rx＝UI＝5.2Ω。(4)甲图中引起误差的原因主要是电压表的分流作用，即电流表的测量值大于流经Rx的电流值，选项B正确。乙图中引起误差的原因主要是电流表的分压作用，即电压表的测量值大于Rx两端的电压值，选项D正确。[答案](1)BC甲(2)见解析(3)5.2(4)BD一、方法技巧要用好1．器材选取三原则(1)安全性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程，电器元件的电流不能超过其允许通过的最大电流等。(2)精确性原则：根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度合适即可，并不是精度越高越好。(3)方便性原则：实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作是否调节方便的问题。2．器材选取三要求(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(一般取满偏的1/3～2/3左右)，以减少测量和读数的误差。(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能超过它的额定值。对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，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，才能做出恰当的选择。3．器材选取的一般步骤(1)找出唯一且必需的器材；(2)画出电路图(暂不把电表接入)；(3)估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值)或估算最小值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最大值)；(4)考虑能否使电压表、电流表都达到满偏的1/3以上。二、易错易混要明了选择电流表、电压表时首先要考虑量程是否合适，在量程符合要求的情况下，再考虑电表的内阻对实验结果的影响。(2013·湛江模拟)现要用伏安法描绘一只标值为“2.5V，0.6W”小灯泡的I­U图线，有下列器材供选用：A．电压表(0～3V，内阻3kΩ；0～15V，内阻10kΩ)B．电流表(0～0.6A，内阻0.5Ω；0～3A，内阻0.1Ω)C．滑动变阻器(10Ω，2A)D．滑动变阻器(100Ω，1.0A)E．蓄电池(电动势6V，内阻不计)图7－2－9(1)用如图7－2－9甲所示的电路进行测量，滑动变阻器应选用________(用序号字母表示)。开关S闭合之前，滑动变阻器的滑片应该置于________端(选填“A”“B”或“AB正中间”)。(2)按图7－2－9甲所示电路，用笔画线代替导线在图乙中将实物连接成实验所需电路图。(3)通过实验测得