专题十八电学实验

专题十八 电学实验,专题十八 电学实验,专题十八 主干知识整合,一、电学实验中的测量方法,专题十八 主干知识整合,专题十八 主干知识整合,专题十八 主干知识整合,专题十八 主干知识整合,二、控制电路的确定方法 根据不同的实验要求，为实现实验的安全性、精确性、节能性、方便性等原则，需要设计合理的控制电路根据滑动变阻器的不同接入方式，可以将控制电路分为分压式和限流式两种方式 1下列四种情况必须选用分压式接法 (1)要求被控制电路的电流(或电压)实现从零开始可连续调节时(如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路)，即大范围内测量时，必须采用分压式接法； (2)当被控制电路的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，必须采用分压式接法；,专题十八 主干知识整合,(3)实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，通常采用分压式接法； (4)若采用限流接法，电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过电表或电器的额定值时，只能采用分压式接法 2下列情况可选用限流式接法 (1)测量电路的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且被控制电路的电阻RL与滑动变阻器的最大值R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法； (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，采用限流式接法； (3)没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法,专题十八 主干知识整合,三、电学仪器的选择 电学实验器材和电路选择的总的原则是安全、精确和方便器材的选择与实验所用的电路密切相关，因此在选择器材前首先要根据实验目的和实验原理设计测量精确、安全可靠、操作方便的实验电路，再根据实验电路的需要选择器材选择器材和电路时，为了使测量结果精确和保护仪器，应遵循以下原则：,专题十八 主干知识整合,1电表的选择 通过估算确定电路中通过电流表的最大电流和电压表两端的最大电压，所选择的电表的量程应大于最大电流和最大电压，以确保电表的安全；通过估算确定电路中通过电流表的最小电流和电压表两端的最小电压，选择的电表的量程应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏左右，以减小读数的偶然误差，提高精确度；在满足上述两个条件以后，在不计电表内阻时应选用内阻较小的电流表和内阻较大的电压表，以减小系统误差,专题十八 主干知识整合,2变阻器的选择 所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确保变阻器的安全；为满足实验中电流变化的需要和调节的方便，在分压式接法中，应选用电阻较小而额定电流较大的变阻器，在限流式接法中，应选用电阻与待测电阻比较接近的变阻器 3电源的选择 一般可以根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源,专题十八 要点热点探究, 探究点一 测量性实验,电学测量性实验的核心工作是电阻的测量，其基本原理是部分电路欧姆定律和闭合电路欧姆定律具体问题中涉及纯电阻阻值的测量、电表内阻的测量、电源内阻的测量，其方法有伏安法、半偏法、替换法、电桥法等，注意对平常所遇到的每一种方法要认真体会和理解，及时总结、逐步提高,专题十八 要点热点探究,例1 在做“用电流表和电压表测电池的电动势E(约3 V)和内阻r”的实验时，部分器材参数如下：电压表(量程3 V)、电流表(量程0.6 A )、保护电阻R0(阻值为3 )、滑动变阻器(阻值约30 ),专题十八 要点热点探究,(1)某同学设计的电路图如图5181甲所示当他闭合开关时发现电压表有示数，电流表没有示数反复检查后发现电路连接完好，估计是某一元件断路，因此他拿来多用电表检查故障他的操作如下： 断开电源开关S. 将多用表选择开关置于×1 挡，调零后，红黑表笔分别接R两端，读数为30 . 将多用表选择开关置于×100 挡，调零后，将红黑表笔分别接电压表两端，发现指针读数如图乙所示，则所测阻值为_，然后又将两表笔接电流表两端，发现指针位置几乎不变由以上操作可知，发生断路故障的元件是_,专题十八 要点热点探究,(2)在更换规格相同的完好元件后，他改变滑动变阻器的阻值，测出了6组对应的数据后，想通过描点作图的方法求电动势E与内阻r，如图5182所示，请继续完成图象，根据图象可求得该电源的电动势E_，并可求出电源内阻r_.(保留两位有效数字),【点拨】 本题为教材基本实验的考查，侧重于基本实验理论的理解和应用,专题十八 要点热点探究,专题十八 要点热点探究,例1 (1)2000 电流表 (2)2.82.9V 2.62.9 【解析】 (1)20×100 2000 ；“将多用表选择开关置于×1 挡，调零后，红黑表笔分别接R两端，读数为30 ”说明电阻R未发生断路；接在电压表两端，欧姆表的测量值可能为：电压表与电流表、R并联后的阻值(电路未发生断路)；电压表的阻值(电流表发生断路)；电流表、R串联后的阻值(电压表断路)同理，表笔接在电流表两端时，欧姆表的测量值可能为：电流表与电压表、R并联后的阻值(电路未发生断路)；电压表、R串联后的阻值(电流表断路)；电流表的阻值(电压表断路)由于电压表的内阻远大于电流表的阻值，只有电流表断路时，表笔接电压表两端，测量值为电压表的阻值；,专题十八 要点热点探究,表笔接在电流表两端，测量值为电压表、R串联后的阻值，电压表内约为2 k，符合题意因此断路的元件为电流表(2)舍去严重偏离其他值的点，连线，根据图象解析式UEIr易得电源电动势为E2.8 V，内阻为r2.7 .,【点评】 本题为综合性实验题，通过一个题有机组合了多用表的使用、电路故障分析、电源电动势和内阻的测量等多个考点图象法是处理实验数据的基本方法，注意通过其解析式准确理解图象的含义,专题十八 要点热点探究,专题十八 要点热点探究,(1)按电路原理图将图乙中的实物图连线；,专题十八 要点热点探究,(2)开关S1保持断开，合上开关S2，此时电压表的读数为U1；再合上开关S1，电压表的读数变为U2.电压表内阻r_(用U1、U2和R表示),例1 变式题 (1)如图所示,专题十八 要点热点探究,【高考命题者说】 本题考查考生的基本实验能力第(1)问要求考生连接电路是电学实验的基本要求；第(2)问要求考生熟练运用闭合电路欧姆定律，由S1的断开与闭合找到各物理量之间的关系，然后解方程组将电压表内阻r用U1、U2和R来表示根据实验原理图，当S1断开和闭合时的电路图分别如下：,专题十八 要点热点探究,本题抽样统计难度为0.496，区分度为0.441.有26%的考生得0分，67%的考生得4分，3%的考生得满分 (引自教育部考试中心2011课程标准实验高考理科试题分析第207208页),专题十八 要点热点探究, 探究点二 验证性实验,电学实验中涉及的验证性实验一般是以电压、电流等电学参量的直接测量为基础来达到相应的验证目的,专题十八 要点热点探究,例2 发光二极管是目前很多用电器的指示灯的电子元件，在电路中的符号是 只有电流从标有“”号的一端流入，从标有“”号的一端流出时，它才能发光，这时可将它视为一个纯电阻现有某厂家提供的某种型号的发光二极管的伏安特性曲线如图5185所示,专题十八 要点热点探究,(1)已知该型号发光二极管的正常工作电压为2.0 V若用电动势为12 V、内阻可以忽略不计的直流电源供电，为使该二极管正常工作，需要在电源和二极管之间串联一只阻值为_的定值电阻 (2)已知该型号的发光二极管允许通过的最大电流为56 mA，请用实验证明这种元件的伏安特性曲线与厂家提供的数据是否一致可选用的器材有：待测发光二极管；直流电源E(电动势4.5 V，内阻可以忽略不计)；滑动变阻器R(最大阻值为20 )；电压表V1(量程10 V，内阻约50 k)；电压表V2(量程5 V，内阻约20 k)；电流表A1(量程100 mA，内阻约50 )；电流表A2(量程60 mA，内阻约100 )；开关S、导线若干,专题十八 要点热点探究,为准确、方便地进行检测，电压表应选用_，电流表应选用_(填字母符号) (3)画出利用(2)中器材设计的实验电路图,【点拨】 (1)根据题中所给图象可以得到什么信息？(2)电流表、电压表的选取原则是什么？,专题十八 要点热点探究,例2 (1)500 (2)V2 A2 (3)如图所示,专题十八 要点热点探究,【解析】 电源电动势为12 V，二极管的正常工作电压为2 V，由二极管的伏安特性曲线可知其正常工作电流为20 mA，可以求出串联的电阻分压为10 V，电阻为500 .根据电表量程和工作电压电流可以选择V2、A2.描绘伏安特性曲线要求电压从零开始调节，故采用滑动变阻器分压式接法，根据电表内阻和二极管电阻的关系可知，应采用电流表外接法，如图所示,【点评】 本题实质属于电阻测量问题，在本题中关于电流表的内外接法问题、滑动变阻器的分压限流问题与测电阻遵从的方法相同,专题十八 要点热点探究, 探究点三 探究性实验,探究性实验也是以电压、电流等电学参量的直接测量为基础来完成探究工作的,专题十八 要点热点探究,例3 2011·浙江卷 在“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中，为了探究3根材料未知、横截面积均为S0.20 mm2的金属丝a、b、c的电阻率，采用如图5186所示的实验电路M为金属丝c的左端点，O为金属丝a的右端点，P是金属丝上可移动的接触点在实验过程中，电流表读数始终为I1.25 A，电压表读数U随OP间距离x的变化如下表：,专题十八 要点热点探究,(1)绘出电压表读数U随OP间距离x变化的图线； (2)求出金属丝的电阻率，并进行比较,【点拨】 (1)根据测量数据描点，根据点迹分布确定图线的性质(2)电流表的示数保持不变的的作用如何？(3)看清图象的性质,专题十八 要点热点探究,例3 (1)如图所示,专题十八 要点热点探究,(2)a1.04×106 ·m，b9.6×108 ·m，c1.04×106·m，电阻率的允许范围： a：0.96×106 ·m1.10×106 ·m b：8.5×108 ·m1.10×107 ·m c：0.96×106 ·m1.10×106 ·m 金属丝a与c电阻率相同，远大于金属丝b的电阻率,【解析】 先描点，观察点的分布情况，然后由题意知，有三根不同的金属丝，所以图象应该画三段折线，如图所示根据电阻定义R 和电阻定律R 可得：U ，结合图象可得，金属丝a的电阻率a,专题十八 要点热点探究,·m1.04×106 ·m；金属丝b的电阻率b ·m9.6×108 ·m；金属丝c的 电阻率c ·m 1.04×106 ·m， 通过计算可知，金属丝a与c电阻率相同，远大于金属丝b的电阻率,专题十八 要点热点探究,【点评】 本实验为探究性实验，其实质仍然是测量电阻，根据测量数据来发现需要探究的规律，对本实验的分析要注意以下两点：第一，通过电路图可以看到本实验的基本原理是伏安法测电阻；第二，电流表示数保持不变的作用主要表现在两个方面避免多次读数引起误差；可以通过电压的变化直接得到电阻的变化，这一点要认真领会,专题十八 要点热点探究, 探究点四 实验的创新与设计,实验的创新与设计是高考对实验考查的一项核心能力对创新能力的培养应注意以下三点：其一，平时要加强对实验思想方法(如模拟法、转换法、放大法、比较法、替代法等)的归纳