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强化巩固《电学实验》几个知识点

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《电学实验》强化巩固

一、现行高考必考的电学实验-------------------------------------------1

二、电学实验的几个重要问题：

1、伏安法测电阻------------------------------------------------------ 2

2．滑动变阻器的限流接法和分压接法----------------------------6

3、实验器材的选取----------------------------------------------------8

4、实物连线-------------------------------------------------------------8

5、如何解答电学设计型实验题-------------------------------------9

三、几种重要仪器的使用：

1、用多用电表测电阻（欧姆表的使用）-------------------------9

2、游标卡尺------------------------------------------------------------13

3、螺旋测微器（千分尺）------------------------------------------16

一、现行高考必考的电学实验：

实验：测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）

实验：测定电源的电动势和内阻

实验：描绘小电珠的伏安特性曲线

实验：练习使用多用电表

------- 以上实验均在物理3-1《恒定电流》一章

实验：传感器的简单使用 ------- 在物理3-2《交变电流传感器》一章

附：高考对实验考查的要求：

1、要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等。

2、要求认识误差问题在实验中的重要性了解误差的概念知道系统误差和偶然误差知道用多次测量求平均值的方法减少偶然误差能在某些实验中分析误差的主要来源不要求计算误差。

3、要求知道有效数字的概念会用有效数字表达直接测量的结果。间接测量的有效数字运算不作要求。

二、电学实验的几个重要问题：

1、伏安法测电阻：（分“内接法”和“外接法”）

特别提醒：伏安法测电阻率实验是物理高考考查的重点和热点，考查伏安法测电阻实验、伏安法测电阻率实验的试题，综合性强、难度中等。

⑴、电流表“内接法”和“外接法”的比较：

内接法

外接法

电路图

误差产生的原因

电流表分压

U测=Ux+UA

电压表分流

I测=IX+IV

电阻的测量值

R测==RX+RA > RX

R测=<Rx

适用条件

RX>>RA或

RX<<RV或

适用于测量

适于测：大电阻

适于测：小电阻

结论

两种解法的误差来源不同，测量电阻时要根据情况选择合适的解法！

⑵、两种电路的选择：

①、定性比较法：

将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻比较。

若Rx较大，应该采用内接法；

若Rx较小，应该采用外接法。

概况为：大内偏大，小内偏小。或：“内”字里面有一个“大”字

②、临界值计算法：

若时，采用内接法；

若时，采用外接法。

③试触法

当Rx、RV、RA大小都不知道时，可用试触法确定内、外接法。如下图所示的电路，空出电压表的一个接线头，用该接线头分别试触M、N两点，观察两电表的示数变化情况。

如果?I/I>?U/U，应采用内接法；

如果?U/U > ?I/I，应采用外接法。

⑶、典型例题：

例题1、欲用伏安法测定一段阻值约为5左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：

A．电池组（3V，内阻1）；

B．电流表（0~3A，内阻0.0125）

C．电流表（0~0.6A，内阻0.125）

D．电压表（0~3V，内阻3k）

E．电压表（0~15V，内阻15k）

F．滑动变阻器（0~20，额定电流1A）

G．滑动变阻器（0~2000，额定电流0.3A）

H．电键、导线。

（1）上述器材中应选用的是________。（填写各器材的字母代号）

（2）实验电路应采用电流表________接法。（填“内”或“外”）

（3）设实验中，电流表、电压表的某组示数如图所示，图示中I=________A，U=________V。

（4）将图中给定的器材连成实验电路。

例题2、 (2012·山东理综)在测量金属丝电阻率的实验中，可供选用的器材如下

待测金属丝：Rx(阻值约4Ω，额定电流约0.5A)；

电压表：V(量程3V，内阻约3kΩ)；

电流表：A1(量程0.6A，内阻约0.2Ω)；

A2 (量程3A，内阻约0.05Ω)；

电源：E1(电动势3V，内阻不计)；

E2(电动势12V，内阻不计)；

滑动变阻器：R(最大阻值约20Ω)；

螺旋测微器；毫米刻度尺；

开关S；导线。

(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，读数为________mm。

(2)若滑动变阻器采用限流接法，为使测量尽量精确，电流表应选________、电源应选______(均填器材代号)，在虚线框内完成电路原理图。

例题3、（2011天津理综卷第9题（4））某同学测量阻值约为25kΩ的电阻RX ,现备有下列器材：

A. 电流表（量程122μA, 内阻约2kΩ）；

B. 电流表（量程500μA, 内阻约300Ω）；

C. 电压表（量程15V, 内阻约100kΩ）；

D. 电压表（量程50V, 内阻约500kΩ）；

E. 直流电源（20V, 允许最大电流1A）；

F. 滑动变阻器（最大阻值1kΩ，额定功率1W）；

G. 电键和导线若干。

电流表应选___.电压表应选____.(填字母代号)。该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：

①___________________________________.

②___________________________________.

答案：

例题1、（1）ACDFH；（2）外；（3）0.48，2.20；（4）略。

例题2、　(1)螺旋测微器主尺读数为1.5mm，螺旋刻度每小格读数为0.01mm，读数为27.3×0.01mm＝0.273mm，读数应为(1.5＋0.273)mm＝1.773mm。

(2)由于待测电阻Rx阻值约为4Ω，额定电流约为0.5A，电流表量程选0.6A，即A1；根据欧姆定律可得待测金属丝两端最大电压约为U＝IRx＝2V，所以电源选E1。

[答案]　(1)1.773(1.771～1.775均正确)

(2)A1　E1　电路如图所示

例题3、【解析】为使测量时电表指针偏转角度合适，电压表选择C。电阻RX中电流大约为0.5mA，所以电流表选择B。由于待测电阻25kΩ，电流表内接；电源电压大于电压表量程，滑动变阻器应采用分压器方式的接法。

【答案】：B C ①电流表应采用内接；②滑动变阻器应采用分压器方式的接法。

【点评】：电阻测量是高考常考实验，一般与电路连接、仪器选择、故障判断等相结合，试题难度一般中等。

2．滑动变阻器的限流接法和分压接法：

⑴、两种接法的比较：

方式

内容

限流接法

分压接法

对比说明

电路图

串、并联

关系不同

负载RX上的电压

调节范围

～E

0～E

分压电路调节范围大

负载RX上的电流

调节范围

～

0～

分压电路调节范围大

闭合S前的触头

的位置

b端

a端

均起保护作用

额定条件下的电路总功率

E（I+Ip）

分压电路耗能较多

(2)限流电路、分压电路的选择原则：

限流式适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．分压式适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．因为Rx很小，限流式中滑动变阻器分得电压很大，调节范围越大．Rx很大，分压式中Rx几乎不影响电压的分配，触头移动时，电压变化接近线性关系，便于调节

①若采用限流式不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流，则必须选用分压式．

②若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑动触头从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应改用分压电路．

③若实验中要求电压从零开始连接可调，则必须采用分压式电路．

④两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．

例题4、(广东深圳一模)“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，提供的实验器材有：

A．小灯泡(额定电压为3.8V，额定电流约为0.3A)

B．电流表A(0～0.6A，内阻约为0.5Ω)

C．电压表V(0～6V，内阻约为5kΩ)

D．滑动变阻器R1(0～10Ω，2A)

E．滑动变阻器R2(0～100Ω，0.2A)

F．电源(6V，内阻不计)

G．开关及导线若干

(1)实验中滑动变阻器选________(选填“R1”或“R2”)。

(2)该同学设计了实验测量电路，通过改变滑动变阻器滑片的位置，使电流表的读数从零开始变化，记录多组电压表的读数U和电流表的读数I。请在图甲中用笔画线代替导线将实验电路连接完整。

(3)该同学根据实验数据作出了如图乙的U－I图象，根据图象可知小灯泡的电阻随着电流的增大而________(选项“增大”“减小”或“不变”)。

[答案]　(1)R1　(2)如图所示　(3)增大

[解析]　(1)实验采用滑动变阻器的分压式接法，滑动变阻器应选R1。

(2)电流值和电压值从0开始可调，待测电阻的最大阻值Rx＝Ω≈13Ω，且Rx<，电流表采用外接法。

(3)由U－I图象，小灯泡的电阻Rx＝随着电流的增大而增大。

3、实验器材的选取：

⑴、电流表、电压表的选取：

估算实验过程中可能出现的电流、电压的最大值。最简单的做法是：考虑将待测电阻与电源直接相连，求出电路中可能出现的最大电流和对应的最大电压。

依据上述估算，本着两个原则选取电流表和电压表：

安全性原则：不超过电表量程（实际问题中可以比电表量程略大些）。

准确性原则：测量过程中出现的最大值不得小于电表的半偏值。

⑵、滑动变阻器的选取：

参照上面的“限流电路、分压电路的选择原则”

4、实物连线：

方法：结合电路图，用笔画线代表导线，从电源正极开始，先连主干线路（把电源、电键、滑动变阻器、电流表等串联起来即可）；再依次并联。

注意：

1、各导线都应接到接线柱上；

2、不应在导线中间出现分叉，导线不能交叉、跨过仪器；

3、连接电表时，应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错；

4、开关要控制所在电路；如：总开关一定接在干路中。

5、滑动变阻器分压接法中，滑动变阻器的下面的两个接线柱一定连在电源和电键的两端；然后，在滑动变阻器的上面的两个接线柱之中选一个接线拄，进行连接，

如：下面是“限流接法”和“分压接法”的实物连线图：

5、如何解答电学设计型实验题：（在平时解答电学实验题和今后的高三复习中总结）

三、三种重要仪器的使用：

1、用多用电表（万用表）测电阻-------欧姆表

多用电表简介：多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成（如图），表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满度电流约几十到几百A，转换开关和测量线路相配合，可测量交流和直流电流、交流和直流电压及直流电阻和判断二极管的极性等。

⑴、欧姆表的原理：

欧姆表是由电流表表头、直流电源、电位器和红、黑两表笔串联而成（如图2所示），虚线框内是欧姆表的内部结构的原理图。

①、当红、黑表笔相接触时（如图2甲），相当于被测电阻，调节R的值，使电流表的指针达到满偏，此时有

--------①

所以电流表的满偏刻度处被定为电阻挡的零点。

②、当红、黑表笔不接触时（如图2乙），相当于被测电阻，此时电流表的电流为零，所以电流表零刻度的位置是电阻挡刻度的“”位置。

③、当红、黑表笔间接入某一电阻时（如图2丙），通过电流表的电流

-------②

可见，一个对应一个电流值，即：与I存在着一一对应的关系！在刻度盘上直接标出与I值对应的值，就可以从刻度盘上直接读出的值。

④、中值电阻：电流表的指针指到刻度盘的中央时所对应的值叫中值电阻，即为欧姆表内阻：

-------③

另外，由于电流和电阻的非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度是不均匀的，电阻的零刻度在电流满刻度处。

⑵、实验步骤：

1．机械调零，用小螺丝刀旋动定位螺丝使指针指在左端电流零刻度处，并将红、黑表笔分别接入“+”、“-”插孔。

2．选挡：选择开关置于欧姆表“×1”挡。

3．欧姆调零：在表笔短接时调整欧姆挡的调零旋钮使指针指在右端电阻零刻度处，若“欧姆零点”旋钮右旋到底也不能调零，应更换表内电池。

4．测量读数：将表笔搭接在待测电阻两端，读出指示的电阻值并与标定值比较，随即断开表笔。

5．换一个待测电阻，重复以上2、3、4过程，选择开关所置位置由被测电阻值与中值电阻值共同决定，可置于“×1”或“×10”或“×100”或“×1k”挡。

6．多用电表用完后，将选择开关置于“OFF”挡或交变电压的最高挡，拔出表笔。

⑶、注意事项：

1．多用电表在使用前，应先观察指针是否指在电流表的零刻度，若有偏差，应进行机械调零。

2．测量时，手不要接触表笔的金属部分。

3．合理选择量程，使指针尽可能指在中间刻度附近（可参考指针偏转在~5R中的范围）。若指针偏角太大，应改换低挡位；若指针偏角太小，应改换高挡位。每次换挡后均要重新短接进行欧姆调零，读数时应将指针示数乘以挡位倍率。

4．测量完毕后应拔出表笔，选择开头置于OFF挡或交流电压最高挡，电表长期不用时应取出电池，以防电池漏电。

⑷、典型习题：

习题1．一学生使用多用电表测电阻，他在实验中有违反使用规则之处。他的主要实验步骤如下：

A．把选择开关置于“×1”欧姆挡；

B．把表笔插入插孔中，先把两表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上；

C．把两表笔分别与某一待测电阻的两端相连，发现这时指针偏转角度较小；

D．换用“×100”挡，发现这时指针偏转适中，随即记下电阻值；

E．把表笔从插孔中拔出后，就把多用表放回桌上原处，实验完毕。

这个学生已经注意到在测量时待测电阻与其它元件或电源断开，不用手碰表笔的金属杆。这个学生在实验中哪一个或哪些步骤违反了使用规则？

习题2．调零后，用“×10”挡测量一个电阻的阻值，发现表针偏转角度很大，正确的判断和做法是：

A．这个电阻阻值很小

B．这个电阻阻值很大

C．为了把电阻测得更准一些，应换用“×1”档，重新测量

D．为了把电阻测得更准一些，应换用“×100”档，重新测量

习题3、（2013全国新课标I）

某学生实验小组利用图(a)所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×lk”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：

多用电表；

电压表：量程5V，内阻十几千欧；

滑动变阻器：最大阻值5kΩ；导线若干。

回答下列问题：

（1）将多用电表挡位调到电阻“×lk”挡．再将红表笔和黑表笔，调零点。

(2)将图(a)中多用电表的红表笔和 (填“l”或“2”)端相连，黑表笔连接另一端。

（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图（b）所示，这时电压表的示数如图（c）所示。多用电表和电压表的读数分别为 kΩ和 V

(4)调节滑动变阻器的滑片．使其接入电路的阻值为零，此时多用电表和电压表的读数分别为12.0 kΩ和4 .00V 。从测量数据可知，电压表的内阻为 kΩ。

(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如图(d)所示。根据前面的实验数据计算可得，此多用电表内电池的电动势为 v，电阻“×1k”档内部电路的总电阻为 kΩ。

答案：

习题1 D．先欧姆调零后再测R；E．将选择开关置于“OFF”或交流电压最大挡。

习题2：AC

习题3、⑴、答案：短接。

⑵、答案：1 。解析：对于多用电表欧姆档，其电流从黑表笔流出，从红表笔流入，而电压表则要求电流从“+”接线柱流入，因此红表笔应和“1”端相连。

⑶、答案：15.0 3.60。解析：多用电表欧姆档的测量值等于表盘上读数乘以倍率，电阻“×lk”读第一排，读数为15.0×1K=15.0kΩ;直流电压5V，最小分度为0.1V,估读到分度值下一位，读数为3.60V。

⑷、答案：12.0 解析：调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零，多用电表的读数即为电压表的内阻。

⑸、答案：9.00 15.0

解析：设多用电表内电池的电动势为E，电阻“×1k”档内部电路的总电阻为r,根据闭合电路欧姆定律有① ②，①②联立解得E=9.00V,r=15.0 kΩ

2、游标卡尺：

㈠、结构：

㈡、用途

测量：外径、内径、厚度、长度、深度等。

㈢、原理：

利用主尺的最小分度与游标尺最小分度的差值制成。

不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上同样多的等分刻度的总长度少1mm。

常见的游标卡尺有三种：10分度、20分度、50分度。

刻度格数

（分度）

刻度总长度

每一个小格与1mm的差值

精确度

（可准确到）

10分度

9mm

0.1mm

20分度

19mm

0.05mm

50分度

49mm

0.02mm

㈣、读数方法：

游标卡尺的读数可分为四步：

①、看游标尺上的总刻度数，确定精确度（10分度、20分度、50分度的精确度见表）

②、看游标尺：看游标尺零刻度线左侧的主尺上的整毫米数 x ；

③、看游标尺上与主尺上某一刻度线对齐的游标的格数 K （不要估读）；

④、将整毫米数和小数两部分相加，即得总长度。

即：（x + K×精确度）mm

注意：

⑴、看准精确度。

⑵、读数时，均以“ mm” 为单位读数，此时读出的数的小数点后的位数与相应的精确度小数点后的位数相同；然后，根据再要求的单位进行换算。

⑶、注意区分游标尺的零刻度线与游标尺的最前端。

㈤、读数练习：(在图下的横线上填上正确的读数)

⑴．读出下图中游标卡尺的读数为：_________mm.。

⑵、读出游标卡尺和螺旋测微器的读数：__________cm．

⑶.下图所示，甲、乙游标卡尺的示数分别为甲图 mm，

乙图 mm。

⑷、某学生用游标尺测一工件的长度，测得的结果如下图所示，则该工件的长度L=______ cm。

⑸. ①、已知不同的工具测量某物体的长度时，有下列不同的结果：

A． 2.4cm B． 2.37cm C． 2.372cm D． 2.3721cm

其中，用最小分度值为厘米的刻度尺测量的结果是________；用游标尺上有10个等分刻度的游标卡尺测量的结果是_________。

②、一同学用一游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测一物体的长度．测得的结果如图所示，则该物体的长度L=________ m。

⑹、图二中游标卡尺（游标尺上有50个等分刻度）读数为_________cm。

（7）、

参考答案：

⑴．11.4mm ⑵、 5.45cm

⑶. 甲 0.15，乙 8.95或9.00 (最好读作：9.00)

⑷、 5.015cm ⑸. A B 、 2.045×10-2

⑹、1.094cm （7）、10.092 mm

请把下面的主尺和游标尺剪下来，练习读数，祝你快速进步！

3、螺旋测微器（千分尺）：

㈠、构造：

各部分名称及作用

名称

作用

小砧

夹住被测物体

固定刻度

读整数和半毫米数

可动刻度

读小于0.5毫米数

旋钮

转动套筒

微调旋钮

细调保护

止动栓

锁定测量值

框架

————

测微螺杆

夹住被测物体

㈡、原理：

测微螺杆H与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5mm,即旋钮D每旋转一周，H前进或后退0.5mm；而可动刻度C上的刻度被等分为50等份，因此，可动刻度C每转动一小格，H前进或后退0.01mm（或者说：可动刻度C上的每相邻两条刻线间代表0.01mm）。所以，螺旋测微器的精确度为0.01mm。

螺旋测微器又叫：千分尺

㈢、读数方法：

测量时，被测物体的长度的整毫米数、半毫米数均由固定刻度B读出；小数部分由可动刻度（旋转刻度）C读出。

测量值（mm）=固定刻度数（mm）﹤注意：半毫米刻度线是否露出﹥+可动刻度数﹤估读一位﹥×0.01mm

㈣、注意事项：

1、转动旋钮D，当测微螺杆H将要接触被测物时，要停止使用H，改为转动微调旋钮E到夹住被测物，转轮发出声音为止。

2、转动不可过快，否则由于惯性会使接触压力过大使测杆上的精密螺纹变形，损伤量具；

3、被测物表面应光洁，

4、不允许把测微螺杆H固定后而将被测物强行卡入或取出，

5、螺旋测微器应估读一位，读数时均以mm作单位读数。以mm作单位读取的数，小数点后面必须有三位数值！

6、特别要注意半毫米刻度线是否露出。

㈤、读数练习：

1、实验中用螺旋测微器测得金属丝的直径如图实－8－14所示，其示

数为d＝________.

2、

3、下图是用螺旋测微器测量三根金属棒直径的示意图，从左到右三根金属棒的直径依次为：

mm、 mm、 mm。

参考答案： 1、读数为0.384 mm～0.386 mm

2、 2.000mm 2.034mm 2.085mm

2.510mm 2.500mm

2.891mm 1.461mm

10.882mm 4.790mm

3、. 3.550、 1.130、 5.699或5.700

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