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第14讲 电学实验,一、电学仪器的使用与读数 1.电流表、电压表、欧姆表的比较：,2.使用多用电表的“三注意”： (1)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。 (2)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,调整表盘下边的中间定位螺丝;“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。,(3)倍率选择：使用欧姆挡测电阻时,表头指针过大或过小均有较大误 差,指针偏转角度在 满偏到 满偏之间读数较准确,例如待测电阻约 为2k,则应选用“100”挡。,3.电学仪器的选择： (1)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。 (2)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。,二、电流表内外接法的区分与选择,三、分压式与限流式的区分与选择 1.控制电路的比较：,2.控制电路的选择： (1)从节能的角度考虑,优先选用限流式。 (2)以下三种情况必须用分压式： 要求待测电路的U、I从0开始变化; R0Rx; 选用限流时,Ux、Ix过大(超过电流表量程,烧坏电表、电源或用电 器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电表满偏量程的 ,读数误差大)。,四、电学实验方法 1.等效替代法：在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来进行研究和处理。 2.控制变量法：对于多个变量的问题,常常采用控制变量的方法,把多个变量的问题变成单个变量的问题,从而研究这一个变量对事物的影响,分别对各个变量加以研究,最后综合解决。,3.累积法：把某些难以用常规仪器直接准确测量的物理量用累积的方法,将微小量变为较大的量,不仅便于测量,还可以提高测量的准确程度,从而减小误差。,热点考向1 多用电表的使用 【典题1】(2015渝中区二模)为了较准确地测量某电子元件的电阻,某同学进行了以下实验,请完成步骤中的填空：,(1)用多用电表测量该元件的电阻,选用“10”的电阻挡测量时,发现指针偏转较小,因此应将多用电表调到电阻_(选填“1”或“100”)挡。 (2)将红、黑表笔短接,调节欧姆表调零旋钮,使指针指到_位置。 (3)将红、黑表笔分别连接电阻的两端,多用电表的示数如图甲所示,则被测电阻的阻值为_。,(4)为精确测量其电阻,该同学设计了如图乙所示的电路。图乙中毫安表的量程为2mA,内阻约50;R为电阻箱(9999.9),直流电源E约6V,内阻约0.5。则以下关于保护电阻R0的阻值合理的是_。 A.20 B.200 C.2 000 D.20 000 (5)将S掷到1位置,将R调为R1,读出R1的值以及此时毫安表的示数为I0,然后将R调到_(选填“最大值”或“最小值”)。 (6)再将S掷到2位置,调节R,使得毫安表的示数仍为I0,读出R的值为R2,则Rx=_。,【解题探究】 (1)多用电表的零刻线在_,指针偏转角度较小时,电阻_, 说明选择的量程_。 (2)换挡后,需进行欧姆调零,即_ _。 (3)电阻的大小等于_。 (4)测Rx的原理：_ _。,最右边,较大,过小,红黑表笔短接,使得指针指在欧姆表,的零刻度,表盘的读数乘以倍率,根据电流不变,结合欧姆定律知总电阻不变,进一步,求出待测电阻的大小,【解析】(1)选用“10”的电阻挡测量时,发现指针偏转较小,知该电阻较大,应选用量程较大的欧姆挡,即选择“100”挡。 (2)将红、黑表笔短接,调节欧姆表调零旋钮,使指针指到欧姆表的零刻度处。 (3)欧姆表的读数等于表盘读数乘以倍率,则R=19100=1900。 (4)根据欧姆定律得,电路中的最小电阻大约为R总= =3000,可知保护电阻应选择C。,(5)为了保护电路,开关变换位置时,应将电阻箱调到最大值。 (6)将S掷到2位置,调节R,使得电流表的示数仍为I0,知电路中的总电阻不变,即R1+Rx=R2,解得Rx=R2-R1。 答案：(1)100 (2)欧姆表零刻度 (3)1900 (4)C (5)最大值 (6)R2-R1,【规律总结】多用电表使用“五步”法 (1)选倍率：一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率,如估计值为200,就应该选“10”的倍率。 (2)进行欧姆调零。 (3)将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量。 (4)将指针示数乘以倍率,得测量值。 (5)测量结束后,将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。,特别注意：用欧姆挡测电阻时,如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大),应该适当增大倍率重新调零后再测量;如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小),应该适当减小倍率重新调零后再测量。,【对点训练】 1.(2015广东高考)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括电压表(内阻约为3k)、电流表(内阻约为1)、定值电阻等。 (1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“1”欧姆挡测量,示数 如图a所示,读数为_。据此应选择图中的_(选填“b”或“c”)电路进行实验。,(2)连接所选电路,闭合S;滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,电流表的示数逐渐_(选填“增大”或“减小”);依次记录电流及相应的电压;将元件X换成元件Y,重复实验。 (3)如图d是根据实验数据作出的U-I图线,由图可判断元件_ (选填“X”或“Y”)是非线性元件。,(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21的定值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路如图e所示,闭合S1和S2,电压表读数为3.00 V;断开S2,读数为1.00 V。利用图d可算得E=_V, r=_(结果均保留两位有效数字,视电压表为理想电压表)。,【解析】(1)多用电表选择“1”挡,指针指示“10”,故读数为 10;因电阻10远远小于电压表内阻,故电流表选用外接法。故选b 图进行实验。 (2)滑片从左向右滑动,电阻两端电压增大,电流表的示数增大。 (3)由图可知U-I图线呈非线性变化的是元件Y。 (4)由d图可得线性元件X的电阻为RX=10,闭合S1和S2,由闭合电路的 欧姆定律有：E=U1+ r,断开S2,有：E=U2+ (r+R),代入数据计 算得E=3.2V,r=0.50。 答案：(1)10 b (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50,2.某同学将量程为200A、内阻为500的表头改装成量程为1 mA 和10 mA的双量程电流表。电路如图甲所示,定值电阻R1=500,R3= 25,S为单刀双掷开关。回答下列问题：,(1)表笔A的颜色为_(选填“红”或“黑”)色。 (2)将开关S置于“1”挡时,量程为_mA。 (3)利用改装的电流表进行某次测量时,S置于“2”挡,表头指示如图乙所示,其示数为_mA。 (4)定值电阻的阻值R2=_。,【解析】(1)根据电流应从电流表的“+”极进入,再根据红表笔应接 “+”插孔可知,表笔A的颜色应是红色。 (2)根据欧姆定律,当开关置于“1”时,电流表的量程最大,所以量程 应是10mA。 (3)当开关置于“2”时,电流表量程是1mA,其示数为I= mA =0.8mA;,(4)根据欧姆定律,当开关置于“1”时应有：10mA=20010-3mA + ,解得R2=225。 答案：(1)红 (2)10 (3)0.8 (4)225,热点考向2 实验器材的选择和实验电路的设计 【典题2】(2015全国卷)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=_。,(2)现用一量程为3 mA、内阻为150的标准电流表对改装电表的 3 mA挡进行校准,校准时需选取的刻度为0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、 2.0 mA、2.5 mA、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。则图乙中的d点应和接线柱_ (选填“b”或“c”)相连。判断依据是：_。,【解题探究】 (1)利用_去选择定值电阻和滑动变阻器。 (2)根据_判断电阻的损坏情况。,电路中的最大和最小电流,电表示数的有无,【解析】(1)根据电路的串并联关系,使用a和b两个接线柱时有IgRg =(Iab-Ig)(R1+R2);使用a和c两个接线柱时有Ig(Rg+R2)=(Iac-Ig)R1; 把Rg=100,Ig=1mA,Iab=3mA,Iac=10mA代入以上两式解得R1=15, R2=35。 (2)因为校准时需选取的刻度为0.5 mA、1.0 mA、1.5 mA、2.0 mA、 2.5 mA、3.0 mA,取滑动变阻器阻值为零,当电路中电流最大时Imax= =3.0mA,代入数据解得R0=350,故R0选规格为300的;当电 路中电流最小时有Imin= =0.5mA,代入数据解得R=2550, 所以滑动变阻器R应选3000的。,(3)乙图中的d点应和接线柱c相连,这样如果电流表有示数,说明电阻R1损坏;如果电流表无示数则说明电阻R2损坏。 答案：(1)15 35 (2)300 3 000 (3)c 判断依据见解析,【规律总结】选择实验仪器的三大原则 (1)安全性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。 (2)精确性原则：根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好。,(3)方便性原则：在不违反前两个原则的前提下,尽量使测量电路简单好接,测量中的调节控制操作方便。 用分压式接法时,滑动变阻器应该选用阻值较小的,而额定电流较大的。 用限流式接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的,额定电流应大于被测电阻的额定电流。,【对点训练】 1.(2015江西六校联考)某物理兴趣小组要精确测量一只电流表G (量程为1 mA、内阻约为100)的内阻。实验室中可供选择的器材有： 电流表A1：量程为3 mA,内阻约为200; 电流表A2：量程为0.6 A,内阻约为0.1; 定值电阻R1：阻值为10; 定值电阻R2：阻值为60;,滑动变阻器R3：最大电阻20,额定电流1.5A; 直流电源：电动势1.5V,内阻0.5; 开关,导线若干。 (1)为了精确测量电流表G的内阻,你认为该小组同学应选择的电流表为_、定值电阻为_。(填写器材的符号),(2)在方框中画出你设计的实验电路图。 (3)按照你设计的电路进行实验,测得电流表A的示数为I1,电流表G的示数为I2,则电流表G的内阻的表达式为rg=_。,【解析】(1)待测电流表G的量程是1 mA,因此可以选电流表A1：量程 为3 mA,内阻约为200;当通过电流表A1的电流等于其量程3 mA时, 电路最小电阻约为R= =500, 则定值电阻最小应为 R定=R-RA1-RG=500-200-100=200, 为保证电路安全,定值电阻阻值应大一点,定值电阻应选R2：阻值为60;,(2)待测电流表与定值电阻并联,然后由电流表测 出并联电流,滑动变阻器采用分压接法,电路图如 图所示。 (3)电流表A的示数为I1,电流表G的示数为I2,通过定值电阻的电流为 I=I1-I2,电流表G两端的电压U=IR2,待测电流表内阻rg= 答案：(1)A1 R2 (2)电路图见解析 (3),2.(2015合肥一模)在“描绘标有9 V 5 W小灯泡伏安特性曲线”的实验中,要求测量从0 V到9.0 V的电压下通过小灯泡的电流,实验室提供了下列器材 A.电流表A1(量程100 mA,内阻1) B.电流表A2(量程0.6 A,内阻0.3) C.电压表V1(量程3.0 V,内阻3 k) D.电压表V2(量程15.0 V,内阻10 k),E.滑动变阻器R1(最大阻值为50) F.滑动变阻器R2(最大阻值为500) G.电源E(电动势15 V,内阻忽略) H.电键、导线若干 (1)为了提高测量准确度和有效性,应选择的器材为(只需填写器材 前面的字母即可)电流表_;电压表_;滑动变阻器 _。,(2)如图1下列给出的测量电路中,最合理的是_。,(3)某同学用正确的方法分别测得两只灯泡L1和L2的伏安特性曲线如图3中和所示。然后又将灯泡L1、L2分别与电池组连成如图2所示电路。测得通过L1和L2的电流分别为0.30 A和0.60 A,则电池组的电动势为_V,内阻为_(数值取到小数点后一位)。,【解析】(1)因灯泡的额定电压为9 V,故电压表应选V2;额定电流为0.56 A,故电流表应选A2,滑动变阻器采用分压式接法,应该选择最大阻值较小的,有利于数据的测量。故选R1。 (2)要求测量从0 V到9.0 V的电压下通过小灯泡的电流,所以应采用分压式接法。由于灯泡电阻更接近电流表内阻,所以采用电流表外接法。故选B。,(3)由图可知,灯光L1电流为0.30 A时,电压为8.0 V;L2电流为0.60 A时,电压为6.0 V;因灯泡直接接在电源两端,故灯泡电压即为电源输出电压,故由闭合电路欧姆定律可知：E=8.0+0.30r,E=6.0+0.60r;联立两式解得：r=6.7;E=10.0 V。 答案：(1)B D E (2)B (3)10.0 6.7,热点考向3 实验数据的处理及实物的连接 【典题3】(2015海南高考)某同学利用图甲所示电路测量电容器充 电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E(内 阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100F)、电阻R1(约200k)、电 阻R2(1k)、电压表 (量程6 V)、秒表、导线若干。,(1)按图甲所示的电路原理图将图乙中实物图连线。,(2)先闭合开关S2,再断开开关S2,闭合开关S1,同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表的示数如图丙所示,电压表的读数为_V (保留2位小数)。,(3)该同学每隔10s记录一次电压表的读数U,记录的数据如下表所示,在给出的坐标纸上绘出U-t图线。已知只有一个数据点误差较大,该数据点对应的表中的时间是_s。,(4)电路中C、R2和S2构成的回路的作用是_。 【解题探究】 (1)连接实物图时要_进行。 (2)电压表的分度值为0.1V,读数时要估读到_。 (3)绘制图线时要舍去_的点。,按照一定的顺序,0.01 V,偶然误差较大,【解析】(1)实物连线如图所示,(2)电压表的量程为6 V,分度值为0.1 V,所以读数为3.60 V。 (3)根据表格中数据描点连线如图所示,由图像可以看出40s时的数据偏离较大,所以40s时的数据误差较大。,(4)电路中C、R2和S2构成的回路,可以使充电的电容器很快放电,以便多次测量。 答案：(1)见解析 (2)3.60 (3)图见解析 40 (4)可以使充电的电容器很快放电,以便多次测量,【对点训练】 1.某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一只2.5的保护电阻R0,实验电路如图所示。 (1)请按图甲电路原理图把图乙实物电路连接起来。,(2)该同学顺利完成实验,测定下列数据。根据数据在图丙坐标图中画出U-I图,由图知：电池的电动势为_,内阻为_。,(3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响,造成本实验系统误差的原 因：_。 (4)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较,E测_E真, r测_r真(选填“”)。,【解析】(1)对照电路图连线即可,要注意电表的极性,实物图连线如图：,(2)U-I图线是一条倾斜的直线,描点连线如图所示。 纵轴截距为1.5,所以电动势：E=1.5V。 图线的斜率：k= =3.0, 则内阻：r=3.0-2.5=0.5。,(3)电流表所测的电流小于通过电源的电流,因为电压表内阻有分流作用。 (4)保护电阻等效到电源的内部,电压表测的电压为外电压,电流表所测的电流偏小,作出U-I图线的测量图线和实际图线(虚线表示实际图线) 从图线可以看出,电动势和内阻的测量值均小于真实值。,答案：(1)见解析图 (2)1.5 V 0.5 (3)电压表内阻分流 (4) ,2.(2015福建高考)某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小,实验器材如图甲所示,现已完成部分导线的连接。,(1)实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中,电流表的示数从 零开始逐渐增大,请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中 完成余下导线的连接。 (2)某次测量,电流表指针偏转如图乙所示,则电流表的示数为_A。 (3)该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示,根据图线判断,将 _只相同的小电珠并联后,直接与电动势为3 V、内阻为1的 电源组成闭合回路,可使小电珠的总功率最大,其总功率的值约为 _W(保留两位小数)。,【解析】(1)要使电流表示数从零逐渐增加,滑动变阻器应采用分压接法,实物接线图如图所示。,(2)由于最小刻度值为0.02 A,因此示数为0.44 A。 (3)电源内阻为1,所以当外电路总电阻等于电源内阻时,消耗电功率 最大,此时外电路电压等于内电压等于1.5 V,由图丙知当小电珠电压 等于1.5 V时电流约为0.38 A,此时电阻约为R= =3.95,并联后的 总电阻为1,所以需要4个小电珠,小电珠消耗的总功率约为P= W=2.25 W。 答案：(1)见解析 (2)0.44 (3)4 2.25,
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