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2019-2020年高考物理二輪復(fù)習(xí) 電學(xué)實(shí)驗(yàn) 精練教案 一、常見電路 1．測電阻電路（或描繪伏安特性曲線電路，或測量功率電路，或測量電阻率電路） （1）圖1為分壓式，外接法 （2）圖2為限流式，外接法 （3）將圖1改為分壓式，內(nèi)接法 （4）將圖2改為限流式，內(nèi)接法 測電阻電路，共有四種電路 2．測電動(dòng)勢和內(nèi)阻電路 （1）測量電路如圖 （2）測量方法 第一、計(jì)算方法 測兩組端電壓U和電流I值，然后通過以下式子求解。 E＝U1＋I(xiàn)1r E＝U2＋I(xiàn)2r 第二、作U——I圖象方法 通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，取得多組（U，I）值，然后在坐標(biāo)中描點(diǎn)，連成直線 用圖象處理問題，須注意以下幾點(diǎn)： ①連直線的方法：讓盡可能多的點(diǎn)在直線上，直線兩則分布的點(diǎn)的個(gè)數(shù)大致均勻偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)舍去。 ②縱軸截距的含義：電動(dòng)勢E ③橫軸截距的含義：短路電流I0 ④斜率的含義：電阻。求解方法：r=或用直線上任意兩點(diǎn)求解斜率的絕對(duì)值。 注意：在利用圖象法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中，如兩個(gè)物理量不成線性關(guān)系，必須化解成線性關(guān)系后再作圖。 3．電流表、電壓表改裝電路 （1）把電流表改裝電壓表電路 ①用半偏法測電流表的內(nèi)阻rg。 先將R調(diào)到最左端，閉合S1，斷開S2，調(diào)節(jié)R使電流表滿偏，然后使R不變，閉合S２調(diào)節(jié)R’使電流表指到滿刻度的一半，此時(shí)電阻箱R’的讀數(shù)即為電流表的內(nèi)阻rg。 注：此處R’只能用電阻箱，而不能用滑動(dòng)變阻器，其阻值只需比靈敏電流表的電阻大一點(diǎn)就可以了，R一般使用滑動(dòng)變阻器，其阻值要求較大，以減小因閉合S2而引起總電流的變化，從而減小誤差。 ②改裝電路 Rx＝U/Ig－rg 其中U為改裝后的滿偏電壓 ③核對(duì)電路 調(diào)節(jié)R，改變電壓，比較改裝表和標(biāo)準(zhǔn)表V的讀數(shù)，并計(jì)算百分誤差 100% 其中U是改裝表的讀數(shù)，U０是標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù) 注：改裝電壓表和標(biāo)準(zhǔn)電壓表并聯(lián)進(jìn)行核對(duì) ④表流表內(nèi)阻誤差分析 在半偏法測內(nèi)阻電路中，當(dāng)閉合S２時(shí)，引起總電阻減小，總電流增大，大于原電流表的滿偏電流，而此時(shí)電流表半偏，所以流經(jīng)R’的電流比電流表電流多，R’的電阻比電流表的電阻小，但我們就把R’的讀數(shù)當(dāng)成電流表的內(nèi)阻，故測得的電流表的內(nèi)阻偏小。 （2）電壓表改裝電流表電路 ①用半偏法測電壓表的內(nèi)阻 先將R調(diào)到最左端，閉合S1和 S2，調(diào)節(jié)R使電壓表滿偏，然后使R不變，斷開S２調(diào)節(jié)R’使電壓表指到滿刻度的一半，此時(shí)電阻箱R’的讀數(shù)即為電流表的內(nèi)阻rg。 注：此處R’只能用電阻箱，而不能用滑動(dòng)變阻器，其阻值只需比電壓表的電阻大一點(diǎn)就可以了，R一般使用滑動(dòng)變阻器，其阻值要求較小，以減小因閉合S2而引起總電壓的變化，從而減小誤差。 ②改裝電路 若改裝電壓表量程為U，內(nèi)阻為Rv，改裝后的電流表的量程為I，則并聯(lián)電阻Rx＝____________ ③核對(duì)電路 　要求標(biāo)準(zhǔn)表A和改裝表串聯(lián)才能進(jìn)行核對(duì)，其百分誤差的計(jì)算方法為100% 　　注意：將改裝電流表和標(biāo)準(zhǔn)電流表串聯(lián)進(jìn)行核對(duì) ④電壓表內(nèi)阻誤差分析 　　在半偏法測電壓表內(nèi)阻電路中，在斷開S２時(shí)，引起總電阻增大，滑動(dòng)變阻器兩端分得電壓將超過原電壓表的滿偏電壓，調(diào)節(jié)R’使電壓表半偏時(shí)，R’上的電壓將比電壓表半偏電壓大，故R’的電阻比電壓表的內(nèi)阻大，所以測得電壓表內(nèi)阻偏大。 二、器材選取原則 1．準(zhǔn)確性原則：選用電表量程應(yīng)可能減小測量值的相對(duì)誤差，電壓表、電流表在使用時(shí)盡可能使指針接近滿量程，若指針偏轉(zhuǎn)不到滿偏角度的１/3，讀數(shù)誤差較大。 2．安全性原則：通過電源，電表，滑動(dòng)變阻器，用電器的電流不能超過其允許的最大電流。 3．便于操作原則：選擇控制電路時(shí)，既要考慮供電電壓的變化范圍是否滿足實(shí)驗(yàn)要求，又要注意便于操作。 三、電路選取 1．電流表內(nèi)外接法選取 （１）基本電路 （２）電路的對(duì)比 連接方式 誤差來源 測量值與真實(shí)值關(guān)系 適用范圍 外接法 電壓表分流 電流表的讀數(shù)大于流過待測的電流，故：R測時(shí)，視Rx為大電阻，應(yīng)選用內(nèi)接法；當(dāng)Rx＝時(shí)，兩種接法均可。 2．滑動(dòng)變阻器分壓式、限流于接法選取 （１）基本電路 （２）電路的對(duì)比 調(diào)節(jié)范圍 限流式電路 分壓式電路 電壓調(diào)節(jié)范圍 ０→U 電流調(diào)節(jié)范圍 ０→ 　說明：U為電源端電壓，R為滑動(dòng)變阻器最大電阻，Rx為待測電阻阻值。 （３）判斷方法 ①負(fù)載電阻Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器總電阻R，須用分壓式接法，此時(shí)若采用限流式接法對(duì)電路基本起不到調(diào)節(jié)作用。 ②要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法。 ③采用限流電路時(shí)，電路中的最小電流（電壓）仍超過電流表的量程或超過用電器的額定電流（電壓）時(shí)，應(yīng)采用變阻器的分壓式接法。 ④負(fù)載電阻的阻值Rx小于滑動(dòng)變阻器的總電阻R或相差不大，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零開始起調(diào)，可用限流式接法。 ⑤兩種電路均可使用時(shí)應(yīng)優(yōu)先用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃偣β瘦^小。 例1．有一小燈泡上標(biāo)有“６v，０.6W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法測量這個(gè)燈泡的I—U圖像，已知所用器材有： A．電流表：0—0.3A，內(nèi)阻1Ω B．電壓表：0—15V，內(nèi)阻20kΩ C．滑動(dòng)變阻器：0—30Ω，額定電流2A D．學(xué)生電源（直流9V） E．開關(guān)一只，導(dǎo)線若干 為使實(shí)驗(yàn)誤差盡量減小，試畫出合理的實(shí)驗(yàn)電路圖 例2．在“測定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中，若粗估金屬絲的電阻Rx約為3Ω，為減小誤差，要求金屬絲發(fā)熱功率P<0.75W，備有的部分器材有： A．6V的電池組 B、電流表（0—0.6A，內(nèi)阻0.5Ω） C．電流表（0—3A，內(nèi)阻0.01Ω） D、電壓表（0—3V，內(nèi)阻1kΩ） E．電壓表（0—15V，內(nèi)阻5kΩ） F、滑動(dòng)變阻器（0—100Ω，額定電流1A） G．滑動(dòng)變阻器（0—20Ω，額定電流1A） （1）上述器材應(yīng)選用的是________________________。（用字母代替） （2）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖 例3．一個(gè)未知電阻Rx，阻值大約為10kW—20kW.為了較為準(zhǔn)確的測定其電阻值，實(shí)驗(yàn)室中有如下器材： 　　電壓表V?。砍?V、內(nèi)阻約為3kW) (量程15V、內(nèi)阻約為15 kW) 電流表A1 (量程200mA、內(nèi)阻約為100W) 電流表A2 (量程5mA、內(nèi)阻約為10W) 電流表A3 (量程0.6A、內(nèi)阻約為1W) 電源 電動(dòng)勢為３V 滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為200W 開關(guān)S a.在實(shí)驗(yàn)中電壓表量程應(yīng)選　　　　， 電流表應(yīng)選　　　　　。 b.為了盡可能減少誤差，請(qǐng)你在虛線框中畫出本實(shí)驗(yàn)的電路圖。 c、根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要用筆滑線代替導(dǎo)線，將圖7所需的實(shí)物連接起來。 四、伏安法測電阻及電路的延伸設(shè)計(jì) 1、伏安法 如： 例2 2、比例法 受一些特殊的實(shí)驗(yàn)條件限制，比如：電流（或電壓表）表面上雖有刻度，但無刻度值（或刻度值模糊），這時(shí)我們不能直接讀出電流或電壓，但可根據(jù)電流或電壓表刻度均勻的特點(diǎn)，通過測量其指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)用比例法完成測量。 例4：現(xiàn)有一阻值為10.0Ω的定值電阻，一個(gè)開關(guān)、若干根導(dǎo)線和一個(gè)電壓表，該電壓表表面上有刻度但無刻度值。要求設(shè)計(jì)一個(gè)能測定某電源內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)方案，（已知電壓表內(nèi)阻很大，電壓表量程大于電源電動(dòng)勢，電源內(nèi)阻約為幾歐），要求： （1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖 （2）簡要寫出完成接線后的實(shí)驗(yàn)步驟 （3）寫出用測得的量計(jì)算電源內(nèi)阻的表達(dá)式r=_____________。 解析：（1）電路圖如右圖所示。 （2）①斷開開關(guān)，記下電壓表偏轉(zhuǎn)格數(shù)N1；②合上開關(guān)，記下電壓表格數(shù)N2。 （3）設(shè)電壓表每偏轉(zhuǎn)1格表示U0，當(dāng)K斷開時(shí)，由閉合電路歐姆定律得： E＝U1＝N1U0 當(dāng)K閉合后，有：E＝U2＋，即E＝N2U0＋，聯(lián)立兩式解得：r＝R。 3、替換法 用“伏安法”測電阻一般有電流表外接與電流表內(nèi)接兩種線路，因?yàn)殡娏鞅砑半妷罕肀旧聿⒎抢硐腚姳恚@兩種線路都存在誤差；另一種情況是實(shí)驗(yàn)只提供一只電流表或電流表本身讀數(shù)不準(zhǔn)，這時(shí)我們可以考慮在保證電表讀數(shù)不變的前提下，用一定值電阻（電阻箱）替換待測電阻，完成實(shí)驗(yàn)并提高測量準(zhǔn)確性： 例5：在某校開展的科技活動(dòng)中，為了要測出一個(gè)未知電阻的阻值R，現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)不準(zhǔn)的電流表A、定值電R0、電阻箱R1、滑動(dòng)變阻器R2、單刀單擲開關(guān)S1、單刀雙擲開關(guān)S2、電源和導(dǎo)線。 （1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并在圖上標(biāo)出你所選用器材的代碼。 （2）寫出主要的實(shí)驗(yàn)操作步驟 解析：（1）實(shí)驗(yàn)電路如右圖所示。 （2）①將S2與Rx相接，記下電流表指針?biāo)肝恢? ②將S2與R1相接，保持R2不變，調(diào)節(jié)R1的阻值，使電流表的指針在原位置上，記下R1的值，則Rx＝R1。 4、伏安法的推廣 對(duì)一些特殊電阻，如電流表或電壓表內(nèi)阻的測量，電路設(shè)計(jì)也有其特殊性：一是要注意到其自身量程對(duì)電路的影響，二是要充分利用其“自報(bào)電流或自報(bào)電壓”的功能。 例6：某電壓表的內(nèi)阻在20kΩ~50kΩ之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供下列可供選用的器材：待測電壓表V（量程3V）、電流表A1（量程200uA）、電流表A2（量程5mA）、電流表A3（量程0.6A）、滑動(dòng)變阻器R（最大值1kΩ、電源E（電動(dòng)勢4V），開關(guān)S。 （1）所提供的電流表中，應(yīng)選用________________。 （2）為了減少誤差，要求測量多組數(shù)據(jù)，試畫出符合要求的電路圖。 解析：因?yàn)橥ㄟ^電壓表的電流必須由電流表測定，所以電流表與電壓表應(yīng)串聯(lián)，這實(shí)際上就是一種特殊的伏安法，電壓表成了一個(gè)“可自報(bào)電壓的大電阻”，由于電壓表內(nèi)阻在20 kΩ~50kΩ之間，電流表內(nèi)阻與電壓表內(nèi)阻相比可忽略不計(jì)，而滑動(dòng)變阻器R的阻值遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，且實(shí)驗(yàn)要求測多組數(shù)據(jù)，因此實(shí)驗(yàn)電路中變阻器應(yīng)接成分壓式，這樣電壓表的電流在80uA～200uA之間，故電流表應(yīng)選A1。根據(jù)電流表、電壓表示數(shù)，可求得電壓表內(nèi)阻Rv＝ 5、比較法 某些問題中，因?qū)嶒?yàn)器材不具備（缺電流表或電壓表），或因?qū)嶒?yàn)條件限制，或因?qū)嶒?yàn)精度不允許而不能用“伏安法”。這時(shí)我們就得依據(jù)問題的具體條件和要求重新選擇實(shí)驗(yàn)原理，用“伏安法”的替代形式——“比較法”來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。 例7．從下表中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1。要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。 （1）畫出電路圖，標(biāo)明利用器材的代號(hào)。 （2）若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計(jì)算r1，則所用的表達(dá)式r1＝________________，式中各符號(hào)的意義是____________________________________。 解析：分析題意知道需測量電流表A1的內(nèi)阻，按常規(guī)思想應(yīng)用伏安法，將電壓表并聯(lián)在待測電流表兩端，但經(jīng)分析即使該電流表滿偏時(shí)兩端電壓僅為0.4V，遠(yuǎn)小于10V量程。這恰恰就是本題設(shè)計(jì)考核學(xué)生應(yīng)變能力的“陷阱” 根據(jù)所列儀器的特點(diǎn)，電流表A2內(nèi)阻已知，由此可采用兩電流表并聯(lián)，因?yàn)閮呻娏鞅韮啥穗妷合嗟燃纯墒∪ル妷旱臏y量，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差，由I2r2＝I1r1得r1= 此題也可理解為“將已知內(nèi)阻的電流表A2當(dāng)成電壓表使用”。這實(shí)際也是伏安法的一種推廣形式。 練習(xí) 1．有一根細(xì)長而均勻的金屬材料樣品，截面為外方（正方形）內(nèi)圓，如圖所示。此金屬材料質(zhì)量約為0.1～0.2kg，長約30cm，電阻約為10Ω。已知這種金屬的電阻率為，密度為。因管線內(nèi)徑太小，無法直接測量，請(qǐng)根據(jù)以下器材，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案測量其內(nèi)徑。 A．毫米刻度尺 B．螺旋測微器 C．電流表（600mA，10Ω） D．電流表（3A，0.1Ω） E．電壓表（3V，6kΩ） F．滑動(dòng)變阻器（2 kΩ，0.5A） G．滑動(dòng)變阻器（10Ω，2A）H．直流穩(wěn)壓電源（6V，0.05Ω） I．開關(guān)一個(gè)，帶夾子的導(dǎo)線若干 （1）除待測金屬材料外，應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有 。（只填代號(hào)字母） （2）畫出你設(shè)計(jì)方案的實(shí)驗(yàn)電路圖，并把所選儀器連成實(shí)際測量電路。 （3）用已知的物理常量和所測得的物理量，推導(dǎo)出計(jì)算金屬管線內(nèi)徑的表達(dá)式。 2． （1）有一游標(biāo)卡尺，主尺的最小分度是1mm，游標(biāo)上有20個(gè)小的等分刻度。用它測量一小球的直徑，如圖1所示的讀數(shù)是 mm。 如圖2，用螺旋測微器測量一根金屬絲的直徑，如圖所示的讀數(shù)是 mm。 （2）為了測量兩節(jié)串聯(lián)干電池的電動(dòng)勢，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)電路。其中：E是待測電池組，內(nèi)阻不能忽略；V1、V2是兩只量程都合適的電壓表，內(nèi)阻不是很大，且未知；S1、S2是單刀單擲開關(guān)；導(dǎo)線若干。 ①請(qǐng)根據(jù)電路圖3，在圖4中連線，將器材連成實(shí)驗(yàn)電路。 ②實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量是 。 ③用測出的物理量作為已知量，導(dǎo)出計(jì)算串聯(lián)電池電動(dòng)勢的表達(dá)式。（寫出推導(dǎo)過程） 。 3．⑴用一主尺最小分度為1mm，游標(biāo)上有20個(gè)分度的卡尺測量一個(gè)工件的長度，如圖所示。由此讀出工件的長度為__________mm。 10 11 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 10 11 12 0 10 20 ⑵有一塊小量程的電流表G，滿偏電流為100μA，內(nèi)阻為500Ω。若把它改裝成3V和15V兩量程的電壓表，電流表G應(yīng)與適當(dāng)?shù)碾娮柚颠B接。經(jīng)計(jì)算，改裝后與電流表連接的電阻值在3V擋時(shí)R1=_____kΩ，15 V擋時(shí)R2=____kΩ。 把改裝的電壓表和標(biāo)準(zhǔn)表校核，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)表的滿刻度讀數(shù)為15V時(shí)，改裝表的讀數(shù)為14.7V。則改裝成的電壓表相對(duì)于滿刻度的百分誤差為______。 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)電壓表V、R1、R2、滑動(dòng)變阻器R（最大阻值為20Ω）、電動(dòng)勢為20V的電源E、單刀單擲和單刀雙擲開關(guān)S1、S2。請(qǐng)你在方框圖中畫出改裝后的電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行核對(duì)的實(shí)驗(yàn)電路圖（在圖中標(biāo)出3V、15V的接線柱）。 四、電流表、電壓表特殊使用 1．電流表當(dāng)電壓表使用 2．電壓表當(dāng)電流表使用 五、單刀雙擲開關(guān)在電路中的使用 為了測定電流表A1的內(nèi)阻，某同學(xué)采用如下圖所示的實(shí)驗(yàn)電路。其中： A1是待測電流表，量程為300μA，內(nèi)阻約為100； A2是標(biāo)準(zhǔn)電流表，量程是200μA； R1是電阻箱，阻值范圍是0～999．9； R2是滑動(dòng)變阻器； R3是保護(hù)電阻； E是電池組，電動(dòng)勢為4 V，內(nèi)阻不計(jì)； S1是單刀單擲開關(guān)，S2是單刀雙擲開關(guān)。 （1）根據(jù)上圖所示電路的實(shí)物圖，請(qǐng)?jiān)谟覀?cè)的的方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。 （2）請(qǐng)將該同學(xué)的操作補(bǔ)充完整： ①連接好電路，將滑動(dòng)變阻器R2的滑片移到最 ；（填“左端”或“右端”）將開關(guān)S2扳到接點(diǎn)a處，接通開關(guān)S1；調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2，使電流表A2的讀數(shù)是150μA； ②將開關(guān)S2扳到接點(diǎn)b處， ，使電流表A2的讀數(shù)仍是150μA。 ③若此時(shí)電阻箱各旋鈕的位置如右圖所示，則待測電流表A1的內(nèi)阻Rg= Ω。 （3）上述實(shí)驗(yàn)中，無論怎樣調(diào)整滑動(dòng)變阻器R2的滑動(dòng)位置，都要保證兩只電流表的安全。在下面提供的四個(gè)電阻中，保護(hù)電阻R3應(yīng)選用 。（填寫阻值前相應(yīng)的字 母） A．200 kΩ B．20 kΩ C．15 kΩ D．150 kΩ