1、第15讲 电学实验,-2-,知识脉络梳理,规律方法导引,-3-,知识脉络梳理,规律方法导引,1.知识规律 (1)电学仪器的使用与读数。 电流表、电压表、欧姆表的比较,-4-,知识脉络梳理,规律方法导引,使用多用电表的“三注意” a.电流的流向:使用欧姆挡时,多用电表内部电池的正极接黑表笔,负极接红表笔,从电源外部看,电流从红表笔流 入,从黑表笔流出。 b.区分“机械调零”和“欧姆调零”:“机械调零”在表盘刻度左侧“0”位置,调整表盘下边的指针定位螺丝;“欧姆调零”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,调整欧姆调零旋钮。 c.倍率选择:使用欧姆挡测电阻时,表头指针偏转过大或过小均有较大误差,指针偏
2、转角度在 满偏到 满偏之间读数较准确,如待测电阻约为2 k,应选用“100”挡。,-5-,知识脉络梳理,规律方法导引,电学仪器的选择 a.电源的选择:一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。 b.电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表;根据待测电流的最大电流选择电流表;选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大,一般应使指针能达到半偏以上,以减小读数的偶然误差,提高精确度。,-6-,知识脉络梳理,规律方法导引,(2)电流表内外接法的区分与选择。,-7-,知识脉络梳理,规律方法导引,(3)分压式电路与限流式电路的区分与选择。 控制电路的比较,-
3、8-,知识脉络梳理,规律方法导引,控制电路的选择 a.从节能的角度考虑,优先选用限流式。 b.以下三种情况必须用分压式:要求待测电路的U、I从0变化;R滑Rx;选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏电表、电源或用电器等)。 2.思想方法 (1)物理思想:等效思想、控制变量思想。 (2)物理方法:等效替代法、控制变量法、累积法。,-9-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,以测电阻为核心的实验 主要考查仪器的选择、实验操作及欧姆定律。 例1(1)用多用电表欧姆挡粗略测量某元件的电阻,选用1挡,测量结果如图甲所示,则测得的电阻为 ;,-10-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(2)为
4、描绘该元件的U-I图线,提供了如下器材: A.电流表A(量程0.6 A,内阻约0.9 ) B.电压表V(量程3 V,内阻约3 k) C.滑动变阻器R1(10 ,2 A) D.滑动变阻器R2(1 000 ,1 A) E.电源E(电动势6 V,内阻约0.1 ) F.开关S及导线若干 实验中滑动变阻器应该选择 (填写器材序号即可),以保证实验过程中调节方便。,-11-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,设计合适电路,在虚线框内画出实验电路图。,-12-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,如图乙所示中、图线,一条为元件真实的U-I图线,另一条是本次实验中测得的U-I图线,其中 是本次实验中测得的图
5、线。,-13-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,答案 (1)13.0 (2)C 如图所示 ,解析 (1)从多用电表指针位置可以读出示数为13.0(读成13也可),乘以倍率,即可测得该元件的电阻为13.0 (13 也可);(2)由于该元件电阻较小,所以电流表选用外接法,描绘该元件伏安特性曲线,电压从零开始,且要测量多组数据,故滑动变阻器选用小阻值R1且采用分压式接法,选用C;由于电压表的分流,所以实验中测得的U-I图线要比该元件真实的图线低一些,应选图线。,-14-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,思维导引,-15-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,例2(2017全国卷)某同学研究小
6、灯泡的伏安特性,所使用的器材有:小灯泡L(额定电压3.8 V,额定电流0.32 A);电压表V(量程3 V,内阻3 k);电流表A(量程0.5 A,内阻0.5 );固定电阻R0(阻值1 000 );滑动变阻器R(阻值09.0 );电源E(电动势5 V,内阻不计);开关S;导线若干。 (1)实验要求能够实现在03.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量,在虚线框内画出实验电路原理图。,-16-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图甲所示。,由实验曲线可知,随着电流的增加小灯泡的电阻 (填“增大”“不变”或“减小”),灯丝的电阻率 (填“增大”“不变”或“减小”
7、)。,-17-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(3)用另一电源E0(电动势4 V,内阻1.00 )和题给器材连接成图乙所示的电路,调节滑动变阻器R的阻值,可以改变小灯泡的实际功率。闭合开关S,在R的变化范围内,小灯泡的最小功率为 W,最大功率为 W。(结果均保留2位小数),-18-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,答案 (1)(2)增大 增大 (3)0.39 1.17,-19-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,-20-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(3)当R=9 时灯泡功率最小,将电阻R与电源视为整体。 U=E-I(R+r),故U=4 V-10 I,作图法找到灯泡功率Pm
8、in=UI1.75 V0.225 A0.39 W 当R=0时,灯泡功率最大,电源的路端电压与电流的关系U=E-Ir,故U=4 V-1 I,作图法找到灯泡功率Pmax=UI=3.65 V0.32 A1.17 W。,-21-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,思维导引,-22-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,规律方法(1)“测金属丝的电阻率”“描绘小灯泡的伏安特性曲线”均属于以测电阻为核心的电学实验,属于测量性实验,主要考查学生的实验分析、理解能力,要求学生有选择仪器、设计电路的能力。,-23-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(2)测量电路设计。,-24-,命题热点一,命题热点二,命
9、题热点三,(3)控制电路设计。以小控大用分压,相差无几用限流,即当滑动变阻器的阻值较小时,常采用分压式接法;当滑动变阻器的阻值与负载相差不大时,常采用限流式接法。另外滑动变阻器必须接为分压式的情况有三种:电压要求从零开始变化;滑动变阻器阻值太小,不能起到限流的作用;限流式不能获取有区分度的多组数据。若两种接法均可,则采用限流式,因为限流式损耗功率小。,-25-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,拓展训练1电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍。某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下: 待测电压表V(量程3 V,内阻约为3 000 ),电阻箱R0(最大
10、阻值为99 999.9 ),滑动变阻器R1(最大阻值 100 ,额定电流2 A),电源E(电动势6 V,内阻不计),开关2个,导线若干。 (1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整。,-26-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(2)根据设计的电路,写出实验步骤: 。 (3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV,与电压表内阻的真实值RV相比,RV (选填“”“=”或“”)RV,主要理由是 。,-27-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,答案 (1)实验电路图如图所示(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,
11、使电压表的指针满偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻 (3) 断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RVRV,-28-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,以测电源电动势为核心的实验 主要考查电路的选择、仪器的选择、线路的连接和数据的处理。 例3在测定电池的电动势和内阻的实验中,某同学的实物电路连接如图甲所示。 (1)在方框中画出与图甲对应的电路图。,甲,-29-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(2)图乙的 -R坐
12、标系中已经标出了该同学所测得的实验数据,请作出这些数据点的拟合直线,并读得该直线的纵截距为 A-1,求得其斜率为 V-1。,(3)求得电源的电动势是 V,内阻是 。(结果均保留两位有效数字),-30-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,答案 (1)电路图如图所示,(2)图象如图所示 0.9 0.67,(3)1.5 1.4,-31-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,-32-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,思维导引,-33-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,规律方法测量电源电动势和内阻的方法拓展,-34-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,-35-,命题热点一,命题热点二,命题热
13、点三,拓展训练2某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 A、内阻为2 500 的表头,一个开关,两个电阻箱(0999.9 )和若干导线。 (1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱 (选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为 。,-36-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进行测量,实验电路如图甲所示,通过改变电阻R测相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表。,-37-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,根据表中数据,图乙中已描绘出四个点,请
14、将第5、6两组数据也描绘在图乙中,并画IR-I图线。,乙 根据图线可得电池的电动势E= V,内阻r= 。,-38-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,答案 (1)并联 5.0 (2)如图所示 1.53 2.0,-39-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,解析 (1)表头改装成大量程的电流表时,应给其并联上一个电阻。由IgRg=(I-Ig)R,解得R=5.0 ,即将电阻箱阻值调为5.0 ; (2)图线如答案图所示;根据题意,题中(2)的表格中的电压为电阻箱两端电压。改装后的毫安表内阻RA约为5.0 ,由闭合电路欧姆定律,得E=U+(RA+r)I,整理得U=E-(RA+r)I,结合图象知,图线
15、在纵轴上的截距表示电池的电动势,有E=1.53 V,图线的斜率大小表示RA+r的阻值,由图线得斜率大小约为7.0,故 r=k-RA=2.0 。,-40-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,以多用电表的使用为核心的实验 主要考查多用电表的使用方法和读数特点。 例4图甲为正在测量中的多用电表表盘,请完成下列问题: (1)如果用直流“50 V”挡测量电压,指针位置如图甲所示,读数为V。 (2)用图甲多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等效为一个电池、一个可变电阻和一个表头相串联,如图乙所示,电源电动势E=1.5 V,选择开关在“1”挡,把它的两表笔短接,旋转可变电阻R1的旋钮,当指针指向“0
16、 ”时,流过多用电表的电流为 mA。,-41-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(3)图乙是测量Rx阻值时的电路,欧姆表使用一段时间后,电池电动势变小,内阻变大,但此表仍能进行欧姆调零,按正确使用方法再测Rx的值,其测量结果与原结果相比将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)图丙是将表头G改装成两个倍率挡(如“1”“10”)的欧姆表电路原理图,则当开关S合向 (选填“a”或“b”)端时,欧姆表是较大倍率挡。,-42-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,答案 (1)23.0 (2)100 (3)变大 (4)b,-43-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,解析 (1)多用电表读数为
17、23.0 V; (2)选择开关在“1”挡时,欧姆表的内阻为15 ,此时流过多用电表的电流为 (3)当电池电动势变小,内阻变大时,若测量某一电阻时,通过回路的电流减小,指针偏向左,则欧姆表的读数变大; (4)将G改装成两种倍率(如“1”“10”)的欧姆表,开关合向b端时,电路最大电流小,欧姆表的中值电阻大,倍率大,这时的欧姆表是较大倍率挡。,-44-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,思维导引,规律方法欧姆表使用六注意 (1)选挡接着调零。(2)换挡重新调零。(3)待测电阻与电路、电源要断开。(4)尽量使指针指在表盘中间位置附近。(5)读数之后要乘以倍率得阻值。(6)测量结束后,选择开关要置于
18、“OFF”挡或交流电压的最高挡。,-45-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,拓展训练3为确定某电子元件的电气特征,做如下测量。 (1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,因此需选择 (选填“10”或“1 k”)倍率的电阻挡,并 再进行测量,多用电表的示数如图甲所示,测量结果为 。,-46-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(2)将待测元件(额定电压9 V)、蓄电池、滑动变阻器、电流表、多用电表、开关及若干导线连接成电路如图乙所示。添加连线,使电路能测量该元件完整的伏安特性。 本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到_ (选填
19、“直流电压10 V”或“直流电压50 V”)挡。,-47-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,答案 (1)10 欧姆调零 70 (2)电路见解析图 直流电压10 V,-48-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,解析 (1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“100”倍率的电阻挡测量,发现多用电表指针偏转过大,说明电阻较小,因此需选择“10”倍率的电阻挡,并在欧姆调零后再进行测量,多用电表的测量结果为70 。 (2)要测量该元件完整的伏安特性,必须连接成分压电路,如图所示。本实验中使用多用电表测电压,多用电表的选择开关应调到直流电压10 V挡。,-49-,1,2,3,1.(2018全国卷)某同
20、学组装一个多用电表。可选用的器材有微安表头(量程100 A,内阻900 );电阻箱R1(阻值范围0999.9 );电阻箱R2(阻值范围099 999.9 );导线若干。 要求利用所给器材先组装一个量程为1 mA的直流电流表,在此基础上再将它改装成量程为3 V的直流电压表,组装好的多用电表有电流1 mA和电压3 V两挡。 回答下列问题: (1)在虚线框内画出电路图并标出R1和R2,其中 为公共接线柱,a和b分别是电流挡和电压挡的接线柱。,(2)电阻箱的阻值应取R1= ,R2= 。(保留到个位),-50-,1,2,3,答案:(1)见解析图 (2)100 2 910解析:(1)微安表改装为1 mA的
21、电流表,需要并联小于其内阻的电阻,起分流作用,应选R1;改装后的电流表再改装为大量程的电压表时需要串联较大的电阻,起分压作用,应选R2。电路如图所示。 (2)微安表与R1并联,有Igrg=(I-Ig)R1,其中I=1 mA,Ig=100 A,rg=900 ,代入得R1=100 。改装后的电流表量程为I=1 mA,内阻为,改装后的电流表与R2串联,有IR2=U-IRg,其中U=3 V,得R2=2 910 。,-51-,1,2,3,2.某同学想测量电压表03 V挡的内阻,他从实验室拿来一个多用电表、3节干电池、50 的滑动变阻器1个、开关和若干导线。 (1)先用多用电表粗测其内阻,把选择开关旋到欧
22、姆挡的“100”倍率,将 (选填“红”或“黑”)表笔接电压表的“-”接线柱,另一只表笔接“3 V”的接线柱,多用电表的指针位置如图甲所示,则电压表的内阻为 。 (2)再用伏安法测量其内阻,把多用电表的选择开关旋到直流电流的 (选填“100”“10”或“1”)mA挡,请在图乙完成其余的连线。 (3)实验中多用电表的示数为I,电压表的示数为U,则电压表的内阻为RV= 。,-52-,1,2,3,-53-,1,2,3,-54-,1,2,3,-55-,1,2,3,解析 (1)由于多用电表的黑色表笔是流出电流的,故它应该与电压表的正接线柱连接,红色表笔应该与电压表的负接线柱连接;电压表的内阻为R=3010
23、0 =3 000 ;(2)由于电路中的最大电流约为I= =1.5 mA,若选择“10 mA”或“100 mA”量程,则指针偏转的角度会很小,误差较大,可以通过变阻器的调压作用,让电压表中的电流在1 mA以内,故多用电表的直流电流挡选择“1 mA”量程,电路连接如答案图所示;(3)由于电压表测量的就是电压表的电压,电流表测量的就是电压表的电流,故电压表的电阻为 。,-56-,1,2,3,3.(2017全国卷)某同学利用如图甲所示的电路测量一微安表(量程为100 A,内阻大约为2 500 )的内阻。可使用的器材有:两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20 ,另一个阻值为2 000 );电阻箱R
24、z(最大阻值为99 999.9 );电源E(电动势约为1.5 V);单刀开关S1和S2。C、D分别为两个滑动变阻器的滑片。,-57-,1,2,3,(1)按原理图甲将图乙中的实物连线。 (2)完成下列填空: R1的阻值为 (填“20”或“2 000”) 。 为了保护微安表,开始时将R1的滑片C滑到接近图甲中滑动变阻器的 (填“左”或“右”)端对应的位置;将R2的滑片D置于中间位置附近。 将电阻箱Rz的阻值置于2 500.0 ,接通S1。将R1的滑片置于适当位置,再反复调节R2的滑片D的位置。最终使得接通S2前后,微安表的示数保持不变,这说明S2接通前B与D所在位置的电势 (填“相等”或“不相等”
25、)。 将电阻箱Rz和微安表位置对调,其他条件保持不变,发现将Rz的阻值置于2 601.0 时,在接通S2前后,微安表的示数也保持不变。待测微安表的内阻为 (结果保留到个位)。 (3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议: 。,-58-,1,2,3,答案 (1)连线如图(2)20 左 相等 2 550 (3)调节R1上的分压,尽可能使微安表接近满量程,-59-,1,2,3,解析 (1)略 (2)R1在电路中具有分压作用,应选阻值为20 的小电阻。为了保护微安表,开始时让微安表两端的电压为零,所以开始时将R1的滑片滑到左端。由题可知,S2接通前后微安表的示数保持不变,故电路中BD导线在S2接通前后
26、通过的电流均为零,所以B、D点在S2接通前后的电势相等。由于BD间导线没有电流通过,联立解得,RA=2 550 。 (3)本实验需要观察微安表的示数是否变化,微安表的示数越大,观察误差越小,所以实验时调节R1让微安表接近满量程,能提高测量微安表内阻精度。,-60-,电学创新实验分析技巧 【典例示范】 为了测量某电池的电动势E(约为3 V)和内阻r,选用的器材如下:,-61-,A.电流表G1(量程为2 mA,内阻为100 ) B.电流表G2(量程为1 mA,内阻为200 ) C.电阻箱R1(099.99 ) D.电阻箱R2(09 999 ) E.滑动变阻器R3(01 000 ,允许最大电流1 A
27、) F.待测电池 G.开关一个、导线若干,-62-,(1)某同学利用上述器材,采用图甲所示的电路测量该电池的电动势和内阻,请按照图甲将图乙所示的实物图连线。 (2)图甲中利用电阻箱R1,将电流表G1改装成了量程为0.5 A 的电流表,利用电阻箱R2将电流表G2改装成了量程为3 V 的电压表,则电阻箱R1的阻值调到 。 (3)以G2示数I2为纵坐标,G1示数I1为横坐标,作出I2-I1图象如图丙所示,结合图象可得出电源的电动势为 V,电源的内阻为 (结果均保留两位有效数字)。,-63-,答案 (1)如图所示(2)0.4 (3)2.7 9.0,-64-,-65-,思维导引,-66-,以题说法电学创
28、新实验需要特别注意: 一是选择好合适的实验原理,求解电学设计性实验考题的关键是在弄清原理的基础上将基本方法灵活迁移,从方法迁移中寻找问题的突破口。 二是设计合理的电路,应先依据题意确定电流表、电压表和滑动变阻器等仪器,然后确定电流表的接法,再选择控制电路并画出实验电路图。,-67-,针对训练图甲为某同学改装和校准毫安表的电路图,其中虚线框内是毫安表的改装电路。,(1)已知毫安表表头的内阻为100 ,满偏电流为1 mA;R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱,电表量程为3 mA;若使用a和c两个接线柱,电表量程为10 mA。由题给条件和数据,可以求出R1= ,R2= 。,-68-,(
29、2)现用一量程为3 mA、内阻为150 的标准电流表A对改装电表的3 mA挡进行校准,校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA。电池的电动势为1.5 V,内阻忽略不计;定值电阻R0有两种规格,阻值分别为300 和1 000 ;滑动变阻器R有两种规格,最大阻值分别为750 和3 000 。则R0应选用阻值为 的电阻,R应选用最大阻值为 的滑动变阻器。 (3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用图乙的电路可以判断出损坏的电阻。图乙中的R为保护电阻,虚线框内未画出的电路即为图甲虚线框内的电路。则图中的d点应和接线柱_(选填“b”或“c”)相连。判断依据是 。,答案 (1)15 35 (2)300 3 000 (3)c 闭合开关,若电表指针偏转,则损坏的电阻是R1;若电表指针不动,则损坏的电阻是R2,-69-,解析 (1)使用a和b两接线柱时有IgRg=(I1-Ig)(R1+R2),使用a和c两个接线柱时有Ig(Rg+R2)=(I2-Ig)R1,解得R1=15 ,R2=35 。,(3)若d点和接线柱c相连,当毫安表有读数时表明电阻R1损坏,当毫安表没有读数时,表明电阻R2损坏。而d点和接线柱b相连,毫安表均有读数,故d点应与接线柱c相连。,
