高中物理专题复习-电学实验-杨洋.doc

Copyright © Thomas Young. All rights reserved.1电学实验电学实验 专题专题( (学案学案) )开篇引入：开篇引入：电学实验年年考，年年有变化．从这么多年来的实验题来看，特地是很明显的：(1)从简单的背诵实验转向分析、理解实验 实验原理是物理实验的灵魂．近年来，高考物理实验题既不是简单地回答“是什么” ， 也不是背诵“该怎样” ，而是从物理实验情境中理解“为什么” ，通过分析推理判断“确实 是什么” ，进而了解物理实验的每一个环节． (2)从既定的课本学生实验转向变化的创新实验 只有创新，试题才有魅力；也只有变化，才能永葆实验考核的活力．近年来，既定刻 板的学生实验已经从高考物理实验题中淡出，取而代之的是学生尚未接触过的要通过解读 物理原理的新颖实验(如应用性、设计性、专题性实验等)．创新的实验题可以使能力考核 真正落到实处． 导入考纲：导入考纲：那么来看我们 2012 年的物理考纲 37 决定导线电阻的因素（实验、 探究）Ⅱ38 描绘小灯泡的福安特性曲线（实验、 探究）Ⅱ40 测量电源的电动势和内阻（实验 探 究）ⅡⅡ.较高要求：对所列知识要理解其确切定义及其他知识的联系，能够进行叙述和解释，并 能在实际问题的分析、综合、推理和判断过程中运用．那么，我们做电学实验电路的基本结构及构思的一般程序是什么？那么，我们做电学实验电路的基本结构及构思的一般程序是什么？ 1．电学实验电路的基本结构 一个完整的电学实验电路往往包括测量电路与控制电路两部分． 测量电路：指体现实验原理和测量方法的那部分电路，通常由电表、被测元件、电阻 箱等构成． 控制电路：指提供电能、控制和调节电流(电压)大小的那部分电路，通常由电源、开 关、滑动变阻器等构成． 有些实验电路的测量电路与控制电路浑然一体，不存在明显的分界．如“测定电源的 电动势和内阻”的实验电路．2．实验电路构思的一般程序 (1)审题 ①实验目的； ②给定器材的性能参数． (2)电表的选择 根据被测电阻及给定电源的相关信息，如电源的电动势、被测电阻的阻值范围和额定 电流等，估算出被测电阻的端电压及通过它的电流的最大值，以此为依据，选定量程适当 的电表． (3)控制电路的选择 一般情况或没有特别说明的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，应优先 考虑限流连接方式限流连接方式（如图） ．限流接法适合测量小电阻和与变阻器总电阻相比差不多或还小 的电阻．Copyright © Thomas Young. All rights reserved.2但在下列三种情形下，应选择分压式电路分压式电路：①当采用限流电路“限不住”电流时，即给定的滑动变阻器阻值偏小，即使把阻值调 至最大，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用滑动变阻器的分压连接 方式； ②给定的滑动变阻器的阻值 R 太小，即电器的电阻远大于滑动变阻器的总电阻值， R≪Rx，调节滑动变阻器时，对电流、电压的调节范围太小； ③实验要求电压的调节范围尽可能大，甚至表明要求使电压从零开始变化(或要求测量 多组实验数据)，必须选用滑动变阻器的分压连接方式． 如描绘小电珠的伏安特性曲线、电压表的校对等实验，通常情况下都采用分压式电 路． (4)测量电路的选择 根据所选定的电表以及被测电阻的情况，选择测量电路(估算法、试触法)． 在测量电路中，我们的电流表有两种接法：在测量电路中，我们的电流表有两种接法： 电流表的外接法和内接法电流表的外接法和内接法（测量电路的系统误差注 1）： (1)采用电流表内接时，由于电流表的分压，电压表测出的电压比 Rx两端的实际电压要 大一些，即系统误差使得电阻的测量值大于真实值，即 R测>R真．(2)采用电流表外接时，由于电压表的分流，电流表测出的电流比 Rx中的实际电流要大 一些，即系统误差使得电阻的测量值小于真实值，即 R测Rx时，我们RARV认为是小电阻，采用电流表外接。

(2)如果我们不知道待测电阻的大约值，那我们根据实验中两电表的读数变化来判断 我们用下图，把电压表的一段分别接在 a、b 两点，若电压表示数变化较 大，说明待测电阻可以与 RA相比拟，是小电阻；若电流表示数变化较大， 说明待测电阻可以与 RV相比拟，是大电阻5)滑动变阻器的选择Copyright © Thomas Young. All rights reserved.3根据所确定的控制电路可选定滑动变阻器． ①限流式电路对滑动变阻器的要求： a．能“限住”电流，且保证不被烧坏； b．阻值不宜太大或太小，有一定的调节空间，一般选择阻值与负载阻值相近的变阻 器． ②分压式电路对滑动变阻器的要求：电阻较小而额定电流较大，I额＞ (R 为变阻器的总电阻)． ．ER3．电表的反常规用法 其实，电流表、电压表如果知道其内阻，它们的功能就不仅仅是测电流或电压．因此，如 果知道电表的内阻，电流表、电压表就既可以测电流，也可以测电压，还可以作为定值电 阻来用，即“一表三用”三、常见的测量电阻的方法三、常见的测量电阻的方法注注 2例题训练：例题训练： 例 1：从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻 r1．要求方法简捷， 有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据．(1)画出电路图，标明所用器材的代号． (2)若选测量数据中的一组来计算 r1，则所用的表达式 r1＝______________________， 式中各符号的意义是：________________________________________________．【解析】根据所列仪器的特点，电流表的内阻已知，由此可采用两电流表并联．因 为两电流表两端的电压相等，即可省去电压的测量，从而减小实验误差，由 I2r2＝I1r1，得r1＝．I2r2I1 [答案] (1)电路图如图所示(2) I1、I2分别为、的示数I2r2I1【点评】①分析题意可知需测量电流表的内阻，按常规方法应用伏安法，将电压表Copyright © Thomas Young. All rights reserved.4并联在待测电流表两端，但经分析可知即使该电流表满偏，其两端的电压也仅为 0.4 V，远小 于量程 10 V．这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”．②此题也可理解为“将已知内阻的电流表当成电压表使用”，这实际也是伏安法的一 种推广形式．例 2：有一根圆台状匀质合金棒如图 7－9 甲所示，某同学猜测其电阻的大小与该合金棒的 电阻率 ρ、长度 L 和两底面直径 d、D 有关．他进行了如下实验：图 7－9 (1)用游标卡尺测量合金棒的两底面直径 d、D 和长度 L．图 6－8 乙中的游标卡尺(游标 尺上有 20 个等分刻度)的读数 L＝________cm．(2)测量该合金棒电阻的实物电路如图 6－8 丙所示(相关器材的参数已在图中标出) ．该合金棒的电阻约为几个欧姆．图中有一处连接不当的导线是________．(用标注在导线 旁的数字表示)图 7－9 丙(3)改正电路后，通过实验测得合金棒的电阻 R＝6.72 Ω．根据电阻定律计算电阻率为 ρ、长为 L、直径分别为 d 和 D 的圆台状合金棒的电阻分别为 Rd＝13.3 Ω、RD＝3.38 Ω．他 发现：在误差允许范围内，电阻 R 满足 R2＝Rd·RD，由此推断该圆台状合金棒的电阻 R＝________．(用 ρ、L、d、D 表述) [2009 年高考·江苏物理卷] 【解析】(1)游标卡尺的读数，按步骤进行则不会出错．首先，确定游标卡尺的精度为 20 分度，即为 0.05 mm；然后以毫米为单位从主尺上读出整毫米数 99.00 mm，注意小数点后的 有效数字要与精度一样；再从游标尺上找出对的最齐一根刻线，精度×格数＝0.05×8 mm＝0.40 mm；最后两者相加，根据题目单位要求换算为需要的数据，99.00 mm＋0.40 mm＝99.40 mm＝9.940 cm． (2)本实验为测定一个几欧姆的电阻，在用伏安法测量其两端的电压和通过电阻的电流 时，因为安培表的内阻较小，为了减小误差，应用安培表外接法，⑥线的连接使用的是安培 表内接法． (3)审题是关键，弄清题意也就能够找到解题的方法．根据电阻定律计算电阻率为 ρ、长 为 L、直径分别为 d 和 D 的圆柱状合金棒的电阻分别为： Rd＝13.3 Ω，RD＝3.38 ΩCopyright © Thomas Young. All rights reserved.5即 Rd＝ρ，RD＝ρLπ(d2)2Lπ(D2)2 而电阻 R 满足 R2＝Rd·RD将 Rd、RD代入得：R＝．4ρLπdD[答案] (1)9.940 (2)⑥ (3)4ρLπdD例 3：用以下器材测量一待测电阻 Rx的阻值(900～1000Ω)： 电源 E ，具有一定内阻，电动势约为 9.0V；电压表 V1，量 程为 1.5V，内阻 r1=750Ω；电压表 V2，量程为 5V，内阻 r2=2500Ω；滑动变阻器 R，最大阻值约为 100Ω；单刀单掷 开关 S；导线若干． (1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的 1/3，试在下面 的方框中画出测量电阻 Rx的一种实验电路原理图(原理图中 的元件要用题图中的相应的英文字母标注)． (2)根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线． (3)若电压表 V1的读数用 U1 表示，电压表 V2的读数用 U2表示，则由已知量和测得量表示 Rx的公式为或21 1 1xUURrU1 1 22 11 2xU rrRU rU r【解析】(1)本题中测量电阻的原理是并联 分流或串联分压．由于滑动变阻器的最大阻值 远小于测量电阻的阻值，且电源电动势大于两 电压表的量程，在调节滑动变阻器的过程中，为 保证电压表的安全，且其读数有明显的改变，滑 动变阻器应采用分压式控制电路，电路原理图 如图甲或乙所示． (2)实物连接图如图所示： (3)若用甲电路，根据并联电路的电流分配关系， 21121xUUU rrR=+解得，；1 1 22 11 2xU rrRU rU r若采用乙电路，根据串联电路的电压分配关系，1211xUUU rR-=解得，。

21 1 1xUURrU备注：已知内阻的电表可以当作另一种电表使用，而且测量没有系统误差．对于电表的选 择，必须先根据已知条件估算电路中的最大电压或电流值，以此确定选用略大于且量程最 小的电表，另外还必须满足题目的其他条件．Copyright © Thomas Young. All rights reserved.6例 4：如图，一热敏电阻 RT放在控温容器 M 内；为毫安表，量程 6mA，内阻为数十欧姆； E 为直流电源，电动势约为 3V，内阻很小；R 为电阻箱，最大阻值为 999.9Ω；S 为开 关．已知 RT在 95℃时的阻值为 150Ω，在 20℃时的阻值约为 550Ω.现要求在降温过程中测 量在 95℃～20℃之间的多个温度下 RT的阻值． (1)在图中画出连线，完成实验原理电路图． (2)完成下列步骤中的填空： ①依照实验原理在电路图上连线． ②调节控温容器 M 内的温度，使得 RT温度为 95℃. ③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全． ④闭合开关．调节电阻箱，记录电流表的示数 I0，并 记录______. ⑤将 RT的温度降为 T1(20℃＜T1＜95℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数仍为 I0,记 录电阻箱的读数 R1 . ⑥温度为 T1时热敏电阻的电阻值 RT1=______ . ⑦逐步降低 T1的数值，直至 20℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥. [2010·全国卷Ⅱ] 【解析】 (1)由于实验只有一个可以用来观察的电表，所以应该用“替代法”，用电流表 观察保证电路的电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路．而且热敏 电阻的 95℃的阻值是已知的，所以热敏电阻的初始温。