知识点6-电学实验

2021/3/3电学实验2021/3/3测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器和游标卡尺)1．实验原理由电阻定律R＝ρlS得ρ＝RSl.可见，只要测出金属丝的电阻R、横截面积S和长度l，即可求出其电阻率．2021/3/32．游标卡尺的读数方法从游标尺零刻线所对位置，读出在主尺上以1mm为单位的整数部分；再确定游标尺上的第几条刻线与主尺刻线对齐，由游标尺读出不足整毫米的小数部分，最后把两部分读数相加即得测量长度，即L＝主尺上的整毫米数＋游标尺读数×精度(单位为毫米)．2021/3/33．螺旋测微器的读数方法整数部分由固定刻度的整数决定，小数部分则由固定刻度的半刻度和可动刻度的示数共同决定．若固定刻度过半毫米刻线，则可动刻度的示数加上“0.5mm”；若没有过半毫米刻线，就由可动刻度的示数来确定，读数为L＝固定刻度示数＋可动刻度示数×分度值．【注意】(1)使用游标卡尺时不需要估读．(2)读螺旋测微器时要注意半毫米刻线是否露出，以mm为单位时，示数一定要读到小数点后面的第三位，即使最后一位估读数字为零时，也不能省略．2021/3/34．用伏安法测电阻时电路的选择方法(1)电流表内接、外接的选择①当RVRx＜RxRA时，用电流表内接法．②当RVRx＞RxRA时，用电流表外接法．2021/3/3(2)滑动变阻器两种接法的选择一般选用限流式连接，因限流式易连接且节能．但在下列三种情况下，必须选择分压式连接：①题目所提供的实验仪器、电表的量程或电阻的最大允许电流不够．②变阻器的电阻远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻值．③要求电路中某部分电路的电压从零开始连续变化．2021/3/3(2013·广东省中山市检测)某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ.步骤如下：(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图6－2－1甲，由图可知其长度L＝________mm；甲乙图6－2－12021/3/3(2)用螺旋测微器测量其直径如图6－2－1乙，由图可知其直径D＝________mm；(3)用多用电表的电阻“×10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图6－2－2甲，则该电阻的阻值R＝________Ω.甲乙图6－2－22021/3/3(4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：待测圆柱体电阻R电流表A1(量程0～10mA，内阻约50Ω)电流表A2(量程0～50mA，内阻约30Ω)电压表V1(量程0～3V，内阻约30kΩ)电压表V2(量程0～15V，内阻约50kΩ)直流电源E(电动势4V，内阻不计)滑动变阻器R1(阻值范围0～50Ω，允许通过的最大电流为0.5A)2021/3/3开关S、导线若干．为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，请在图6－2－2乙框中画出测量的电路图，并标明所用器材的代号．2021/3/3【解析】(1)根据游标卡尺读数规则，由图可知其长度L＝50.15mm；(2)用螺旋测微器测量其直径，由图可知其直径D＝4.700mm；(3)用多用电表的电阻“×10挡”，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，则该电阻的阻值R＝30×10Ω＝300Ω；(4)根据要求测得多组数据，设计出滑动变阻器分压接法，由于待测电阻较小，采用电流表外接．直流电源E电动势4V，电压表采用量程0～3V的V1，电流不大于10mA，电流表采用量程0～10mA的A1.2021/3/3【答案】(1)50.15(2)4.700±0.001(3)300(4)如图2021/3/3描绘小灯泡的伏安特性曲线1.实验原理按如图6－2－3所示的原理图连接好实验电路，用电流表测出流过小灯泡的电流，用电压表测出小灯泡两端的电压，测出多组(U、I)值后，在U－I坐标系中描出对应点，用一条平滑的曲线将这些点连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．图6－2－32021/3/32．电压表、电流表量程的选取电流表一般用0.6A量程，电压表量程要看小灯泡的额定电压标值．3．电路的选择(1)电流表内、外接法的选择小灯泡内阻很小，当它与0～0.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很大，故采用电流表外接法．(2)分压、限流电路的选择为描绘完整的伏安特性曲线，小灯泡两端的电压要求从0开始连续变化，因此滑动变阻器应采用分压式连接．2021/3/34．连线的原则用平滑的曲线(不是折线)将各点连接起来，不在曲线上的点应大致“对称”地分居两侧，偏离较远的点应当舍去．2021/3/3(2013·河南省开封市二模)有一个额定电压为2.8V，额定功率约为0.8W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的I－U图线，有下列器材供选用：A．电压表(0～3V，内阻6kΩ)B．电压表(0～15V，内阻30kΩ)C．电流表(0～3A，内阻0.1Ω)D．电流表(0～0.6A，内阻0.5Ω)E．滑动变阻器(10Ω，2A)F．滑动变阻器(200Ω，0.5A)G．蓄电池(电动势6V，内阻不计)2021/3/3(1)用如图6－2－4所示的电路进行测量，电压表应选用________，电流表应选用________．滑动变阻器应选用________．(用序号前字母表示)图6－2－42021/3/3(2)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图6－2－5所示．由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为________Ω.图6－2－52021/3/3(3)若将此灯泡与电动势6V、内阻不计的电源相连，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为________Ω的电阻.【解析】(1)由于额定电压为2.8V，电压表应选用量程3V的A，额定电流不到0.3A，电流表应选用量程0.6A的D.由于采用分压电路，滑动变阻器应选用最大阻值10Ω的滑动变阻器E.(2)灯泡正常工作电压为2.8V，对应电流为0.28A，由欧姆定律可得此灯泡在正常工作时的电阻为10Ω.2021/3/3(3)由闭合电路欧姆定律，E＝U＋IR可得R＝(E－U)/I＝11Ω，即要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为11Ω的电阻．【答案】(1)ADE(2)10(3)112021/3/3测定电源的电动势和内电阻1.实验原理由闭合电路欧姆定律：E＝U＋Ir可知，只要测出两组U、I值，就可以列方程组求出E和r.2．实验电路的选择由于电源的内阻一般很小，为减小测量误差，常采用图6－2－6甲所示的电路，而不用图6－2－6乙电路．甲乙图6－2－62021/3/33．电压表、电流表量程及滑动变阻器的选取(1)电压表量程：根据测量电源的电动势的值选取，如测两节干电池，电压表选0～3.0V量程．(2)电流表量程：因要求流过电源的电流不宜过大，一般选0～0.6A量程．(3)滑动变阻器的选取：阻值一般为10～20Ω.2021/3/34．数据处理改变R的值，测出多组U、I值，作出U­I图线，如图6－2－7所示，图线与U轴交点的纵坐标即为电源电动势，图线斜率的绝对值即为电源内阻．图6－2－72021/3/35．注意事项由于电源的内阻很小，即使电流有较大的变化，路端电压变化也很小，为充分利用图象空间，电压轴数据常从某一不为零的数开始，但U­I图象在U轴上的截距和图线斜率的意义不变．2021/3/3(2013·3月山东省烟台市诊断)现有一种特殊的电池，它的电动势E为9V左右，内阻r大约为40Ω，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图6－2－8甲所示的电路进行实验，图中电压表的量程为6V，内阻为2kΩ，R1为电阻箱，阻值范围0～999Ω，R0为定值电阻．(1)实验室备有以下几种定值电阻R0A．10ΩB．100ΩC．200ΩD．2000Ω为使实验能顺利进行应选________.(填字母序号)2021/3/3(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S调整电阻箱的阻值，读取电压表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线．则根据图线可求得该电池的电动势E为________V，内阻r为________Ω.甲乙图6－2－82021/3/3【解析】(1)由于电源电动势约为9V，电压表量程只有6V，要顺利完成实验，电压表需要串联阻值大于1000Ω的定值电阻，所以选项D正确．(2)接入符合要求的R0后，电压表读数的2倍等于路端电压，由闭合电路欧姆定律，E＝2U＋2U1R1r，变化为1U＝21E＋2rE·1R1.题给1U－1R1图象在纵轴的截距0.2＝21E，解得E＝10V．图象斜率112×10－2＝2rE，解得r＝41.7Ω.【答案】(1)D(2)1041.72021/3/3练习使用多用电表1.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6－2－9.图6－2－92021/3/3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.2021/3/3(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”．2021/3/32．实验中应注意的问题(1)用多用电表测电阻时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为测量的有效范围．(2)每更换一次挡位，都要重新进行欧姆调零．(3)由于欧姆挡表盘刻度不均匀，难以估读，测量结果只能取两位有效数字，计数时不要忘记乘上相应挡位的倍率．2021/3/3用多用电表进行了几次测量，指针分别处于a、b位置，如图6－2－10所示．(1)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的相应读数各是多少？请填在表格中．图6－2－102021/3/3指针位置选择开关所处挡位读数a直流电流100mA________mA直流电压2.5V________Vb电阻×10________Ω(2)如果要用此多用表测量一个约1.8×103Ω的电阻，为了使测量比较精确，应选的欧姆挡是________(选填“×10”、“×100”或“×1K”)．【解析】(1)读数分别为26.0mA0.65V40Ω.(2)应选用的欧姆挡是“×100”．【答案】(1)26.00.6540(2)“×100”2021/3/3传感器的简单使用1.实验原理传感器就是将物体感受到的物理量(一般为非电学量)转换成便于测量的物理量(一般为电学量)的一类元件．其工作过程是利用某元件对某一物理量敏感，按一定规律将这一物理量转换成便于利用的信号，从而实现检测或自动控制．2021/3/32．敏感元件分类光敏电阻、热敏电阻、力敏电阻等．传感器因选用的敏感元件不同，用途也不一样，如光敏传感器可用于路灯控制，而热敏传感器可用于高温控制、火灾自动报警等．如图6－2－11为热敏电阻特性实验装置图．改变烧杯中水的温度，可观察到热敏电阻阻值的变化．2021/3/3图6－2－112021/3/3(2012·南京模拟)如图6－2－12所示是电子拉力计的示意图，金属弹簧右端和滑动触头P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1之间的摩擦不计)．定值电阻R0；电阻R1是用均匀电阻丝密绕在瓷管上做成的(类似于滑动变阻器)，其长度为10cm，阻值R1＝300Ω，电源电动势E＝3V，内阻不计．理想电流表的量程为0～100mA.当拉环不受拉力时，触头P刚好不与电阻R1接触(即电路断开)．弹簧的劲度系数为10000N/m.2021/3/3图6－2－12(1)电路中接入的R0阻值至少应为________Ω.(2)设计中需要将电流表上的电流数值改为拉力的数值，那么在原电流表的40mA处应改为________N．分析可知，拉力计的刻度是否均匀________．(填写“均匀”或“不均匀”)(3)为了使拉力计的量程增大应采用的措施是(只