高考电学实验精选 8页

高考电学实验精选----电阻的测量和电表的改装 第一种类型：伏安法测电阻 1、 器材特点：给出电压表和电流表 2、 原理：测出被测电阻的两端电压及通过的电流，利用欧姆定律可求被测电阻。伏安法存在由电表内阻引起的系统误差。‎ 3、 ‎【典例1】用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：‎ ‎ 待测电阻Rx：（阻值约为25kΩ）‎ ‎ 电流表A1：（量程100μA，内阻约2kΩ）‎ ‎ 电流表A2：（量程500μA，内阻约300Ω）‎ ‎ 电压表V1：（量程10V，内阻约100kΩ）‎ ‎ 电压表V2：（量程50V，内阻约500kΩ）‎ ‎ 电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）‎ ‎ 滑动变阻器R1：（最大阻值1kΩ）‎ ‎ 滑动变阻器R2：（最大阻值50Ω）‎ ‎ 电键S，导线若干 要求尽量减小实验误差，能测多组数据，操作方便，请回答以下问题：‎ ‎①电流表应选 ，电压表应选 ，变阻器应选 。‎ ‎②画出实验电路图，并在每个选用的器材旁标上题目所给的字母符号。‎ ‎③根据实验原理图连接实物图。‎ ‎④开始时，滑动变阻器的滑动触头应该移到最 端（对应你的连接图，选填“左”或“右”）。‎ ‎⑤在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用 （选填“内接”或“外接”）法，滑动变阻器的连接方式应采用 （选填“分压式”或“限流式”）。‎ ‎⑥根据你设计的实验电路，被测电阻的真实值 测量值（选填“>”或“<”），产生的误差属于 （选填“系统误差”或“偶然误差”），是由 的内阻（选填“电压表”或“电流表”）引起的。‎ ‎⑦为了减少偶然误差，可以利用图象法求被测电阻，可作 图象（选填“U-I”或“I-U”），对应图象的斜率表示 。‎ 第二种类型：相减法测电阻 1、 器材特点：给出电压表和电流表及一个单刀双掷开关（可用两个单刀单掷开关代替）‎ 2、 原理：两次利用欧姆定律或闭合电路的欧姆定律，分别测出含被测电阻的部分电路的电阻和不含被测电阻的部分电路的电阻，然后相减即得被测电阻。相减法无系统误差。‎ 3、 ‎【典例】‎ ‎【典例2---闭合电路欧姆定律】（07海南卷）图1中电源电动势为E，内阻可忽略不计；电流表具有一定的内阻，电压表 的内阻不是无限大，S为单刀双掷开关，R为待测电阻。当S向电压表一侧闭合时，电压表读数为U，电流表读数为I1；当S向R一侧闭合时，电流表读数为I2。‎ ‎ ⑴根据已知条件与测量数据，可以得出待测电阻R＝ 。‎ ‎ ⑵根据图1所给出的电路，在图2的各器件实物图之间画出连接的导线。‎ ‎【典例3---串联电路】在电学实验中由于电压表、电流表内阻的影响，使得测量结果总存在系统误差。某校课外研究性学习小组进行了消除电表内阻对测量影响的探究，利用如右上图所示的电路测定电阻的值，其主要操作过程是：‎ ‎（1）闭合电键S1，将电键S2接2，调节滑动变阻器和，使电压表读数尽量接近满量程，读出这时的 电压表和电流表的示数和；‎ ‎（2）将电键S2接1，保持不变，调节滑动变阻器，读出这时的电压表和电流表的示数和，‎ 由以上记录的数据计算出被测电阻的表达式为　　　　　　。‎ ‎【典例4---并联电路】某同学用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx：电源E，适当量程的电流表电压表各一只，滑线变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干。他设计的电路图如图（a）所示，具体做法：先闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表示数合理，记下两表示数为I1，U1；再保持RP阻值不变，闭合S2，记下电流表和电压表示数为I2、U2．‎ ‎（1）请你帮他按电路图在实物图（b）上连线；‎ ‎（2）写出被测电阻Rx= （用电表的读数表示）；‎ ‎（3）此实验中电流表和电压表的内阻对测量结果 影响（选填“无”或“有”） ．‎ 第三种类型：安安法测电阻 1、 器材特点：给出两个电流表及一个电阻箱（或定值电阻），其中至少一个电流表内阻已知（若测电流表本身的内阻，则不用此条件）‎ 2、 原理：利用串、并联电路的特点，改装电流表为电压表（测电流表内阻时定值电阻作电压表用）。‎ 3、 ‎【典例】‎ ‎【典例5---电流表作电压表用】某待测电阻Rx的阻值约为20Ω，现要测量其阻值，实验室提供器材如下：‎ A．电流表A1（量程150mA，内阻r1=10Ω）‎ B．电流表A2（量程20mA，内阻r2=30Ω）‎ C．定值电阻R0=100Ω D．滑动变阻器R，最大阻值为10Ω E．电源E，电动势E=4V（内阻不计）‎ F．开关S及导线若干 ‎①某同学根据上述器材设计出上图两个测量Rx的实验原理图，如果只知道其中一个电流表的内阻，则只能采用 图（选填“左”或“右”）所示的电路。‎ ‎②实验时电流表A1和A2的读数分别I1和I2，则左图中Rx=__________，右图中Rx=__________。‎ ‎【典例6---定值电阻作电压表用】电流表A1的量程为0~200μA、内电阻约为500Ω．现要测其内阻，除若干开关、导线之外还有器材如下： ‎ 电流表A2：与A1规格相同 滑动变阻器R1：阻值0~20Ω 电阻箱R2：阻值0~9999Ω 保护电阻R3：3kΩ 电源：电动势E约1.5V、内电阻r约2Ω 某同学设计了如右上图所示的测量电路，有以下测量电流表A1内电阻的方案：‎ 方法一（替代法）：‎ ‎①将变阻器R1的滑动端移到 （填“左”或“右”）端，电阻箱的阻值调到 （填“最大”或“最小”）；‎ ‎②闭合开关S1、S，调节变阻器，使两电流表指针有较大的偏转，记录电流表A2的示数I；‎ ‎③断开S1，保持S闭合、R1不变，再闭合S2，调节电阻箱，使电流表A2的示数再次为I，读出此时电阻箱的示数R2，则电流表A1内电阻r = ．‎ 方法二（安安法）：‎ ‎①将变阻器R1的滑动端移到 （填“左”或“右”）端；‎ ‎②闭合开关S1、S2、S，调节变阻器、电阻箱，使两电流表指针有较大的偏转，记录电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2、电阻箱的示数R2；‎ ‎③设r为电流表A1的内电阻，计算如下：‎ 第四种类型：伏伏法测电阻 ‎1、器材特点：给出两个电压表及一个电阻箱（或定值电阻），其中至少一个电流表内阻已知（若测电压表本身的内阻，则不用此条件）‎ ‎2、原理：利用串、并联电路的特点，改装电压表为电流表（测电压表内阻时定值电阻作电流表用）。‎ ‎3、【典例7】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；‎ 滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；‎ 单刀单掷开关K，导线若干。‎ ‎（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻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Rx＝_________________。‎ 第五种类型：替代法测电阻 ‎1、器材特点：给出电压表（或电流表）、单刀双掷开关（可用两个单刀单掷开关代替）、电阻箱 ‎2、原理：用电阻箱替代被测电阻在电路的位置，若替代前后电路中的电压或电流不变，则被测电阻的阻值等于电阻箱的读数。‎ ‎3、【典例】‎ ‎【典例8---电流等效】见第三种类型（安安法测电阻）典例2中的方法一。‎ ‎【典例9---电压等效】在右图所示电路中（闭合电源开关前要将滑动变阻器滑片P移到最左端使测量电路电压最小，将R调节到最大值），先将S扳到1的位置，调节滑动变阻器P，使电压表指针偏转角度足够大，记下此时的电压表的读数U。然后再将S扳到2的位置，保持滑动变阻器P位置不变，调节电阻箱，使电压表的读数仍为U，记下电阻箱的读数R，则被测电阻Rx=R。‎ 第六种类型：恒流源半偏法测电流表内阻 1、 器材特点：给出被测电流表、一个电阻箱和一个大阻值的滑动变阻器 2、 原理：当电流表内阻远小于电路的总电阻时可近似认为电路中的电流恒定不变，根据并联电路电流与电阻成反比的特点可求电流表内阻（实际上电阻箱充当电压表的角色）。‎ ‎3、【典例10】有一电流表A，量程为1 mA，内阻rg约为100 Ω。要求测量其内阻。可选用器材有：‎ 电阻器R0，最大阻值为99999.9 Ω；‎ 滑动变阻器甲，最大阻值为10 kΩ；‎ 滑动变阻器乙，最大阻值为2 kΩ；‎ 电源E1，电动势约为2 V，内阻不计；‎ 电源E2，电动势约为6 V，内阻不计；‎ 开关2个，导线若干。‎ 采用的测量电路图如图所示，实验步骤如下：‎ ①断开S1和S2，将R调到最大；‎ ②合上S1调节R使电流表A满偏；‎ ③合上S2，调节R1使电流表A半偏。‎ 此时可以认为A的内阻rg＝R1，试问：‎ ‎（1）在上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选择 ；为了使测量尽量精确，可变电阻R应该选择 ；电源E应该选择 。‎ ‎（2）本实验中认为内阻rg＝R1，此结果与rg的真实值相比 。（填“偏大”、“偏小”或“相等”）‎ ‎（3）上述实验步骤③中，若调节R1使电流表A为三分之一满偏，则rg＝ ‎ ‎（4）本实验的主要误差是因 引起，属于 误差（填“系统误差”或“偶然误差”），减少该类误差的办法是 。‎ 第七种类型：恒压源半偏法测电压表内阻 ‎1、器材特点：给出被测电压表、一个电阻箱和一个小阻值的滑动变阻器 ‎2、原理：当电压表内阻远大于电源的内阻时可近似认为路端电压恒定不变，根据串联电路电压与电阻成正比的特点可求电压表内阻（实际上电阻箱充当电流表的角色）。‎ ‎3、【典例11】实验室内有一电压表V，量程为500mV，内阻约为2.5kΩ，现要测量其内阻Rv，实验室提供如下器材：‎ 电源E1（电动势为3V，内阻不计），‎ 电源E2（电动势6V，内阻不计），‎ 电阻箱R，‎ 滑线变阻器R1（总阻值约15Ω，额定电流1A），‎ 滑线变阻器R2（总阻值约150Ω，额定电流1A），‎ 开关S及导线若干。‎ 在既不损坏仪器又能使精确度尽可能高的条件下，某同学根据提供的器材，设计出如右上图所示的测量电压表内阻的电路。‎ ‎（1）在该同学设计的电路中，电源应选_________，滑线变阻器应选__________；‎ ‎（2）该同学在连接好电路后进行了以下操作，请补充完整其操作：‎ ‎①断开S1、S2，将滑动变阻器滑片P移到 （填“左”或“右”）端，电阻箱的阻值调到 （填“最大”或“最小”）；‎ ‎②闭合S1、S2，移动滑动变阻器滑片P使电压表指针满偏；‎ ‎③断开S2，保持滑动变阻器滑片P位置不变，调节电阻箱使电压表指针半偏并记下其读数R；‎ ‎④此时可以认为电压表的内阻RV＝ 。‎ ‎（3）上述实验步骤③中，断开S2前后，测量电路两端的实际电压 （填“变大”、 “变小”或“不变”），因而用此方法测出的电压表内阻将______真实值（填“等于”、“小于”或“大于”）。‎ ‎（4）本实验的主要误差是因 引起，属于 误差（填“系统误差”或“偶然误差”），减少该类误差的办法是 。‎ 第八种类型：安阻法测电流表的内阻 ‎1、器材特点：给出被测电流表、不计内阻的电源和一个电阻箱（或定值电阻）‎ ‎2、原理：根据闭合电路的欧姆定律求出总电阻，总电阻减去已知阻值电阻即为被测电阻。‎ ‎3、【典例12】要测量一块多用电表直流10mA档的内阻RA（约为40Ω），除此多用电表外，还有下列器材：‎ 直流电源一个（电动势E约为1.5V，内阻可忽略不计），‎ 电阻一个（阻值R约为150Ω），‎ 电键一个，导线若干。‎ 要求（1）写出实验步骤；（2）给出RA的表达式 第九种类型：伏阻法测电压表的内阻 ‎1、器材特点：给出被测电压表、不计内阻的电源和一个电阻箱（或定值电阻）‎ ‎2、原理：根据闭合电路的欧姆定律求出总电阻，总电阻减去已知阻值电阻即为被测电阻。‎ ‎3、【典例13】测量一块量程已知的电压表的内阻，器材如下：‎ A．待测电压表（量程3V，内阻未知）一块 ‎ B．电流表（量程3A，内阻0.01Ω）一块 ‎ C．定值电阻（阻值5kΩ，额定电流0.5A）一个 D．电池组（电动势小于3V，内阻不计）一个 E．多用电表一块 ‎ F．开关两只、导线若干 ‎（1）大小，该同学设计了如图甲、乙两个实验电路。你认为其中较合理的是 （填“甲”或“乙”‎ ‎）电路。其理由是： 。‎ ‎（2）根据你选择的电路，写出必要的实验步骤，并得出电压表内阻的表达式。‎ 电表的改装与校准 ‎【典例14---表头改装为电压表】现提供以下器材：‎ 电流表G（满偏电流100μA，内阻100Ω）‎ 电流表A（量程10mA，内阻40Ω）‎ 滑动变阻器 （最大电阻值100Ω）‎ 待测电阻 （约300Ω）‎ 直流电源 （电动势6V，内阻为几欧姆）‎ 各种已知阻值的电阻 开关 ‎ 导线若干 ‎①现需要将电流表G改装成一个量程为3V的电压表，需要选用的电阻阻值为_______。‎ ‎②现要求用改装后的电压表（用符号V表示）和电流表A测量待测电阻Rx。‎ ‎（a）在下面的虚线框中画出电路图。‎ ‎（b）按电路图在下面的实物图中画出连接导线 V A ‎③若不能提供电流表A，但还可以提供一块与G完全一样的电流表。一位同学将其改装成量程为10mA的电流表A，改装后仍按原电路连接，则使用改装表与使用电流表A比较，滑动变阻器滑片的移动范围将______。（填“变大”、“变小”或“不变”）‎ ‎【典例15---表头改装为电压表】在把电流表改装成电压表的实验中，需要利用如下图所示的电路测定电流表的内阻，其主要操作步骤如下：‎ ‎（1）接通S1，调节R1，使电流表指针偏转到满刻度；‎ ‎（2）再接通S2，调节R2，使电流表指针偏转到满刻度的一半；‎ ‎（3）读出R2的阻值，即认为电流表的内阻rg=R2‎ 现备有如下器材：‎ A．电流表(量程0～100μA，内阻约为100Ω) ‎ B．电阻箱(范围0～10Ω)‎ C．电阻箱(范围0～9 999Ω )‎ D．电阻箱(范围0～99 999Ω ) ‎ E．滑动变阻器(范围0～200Ω ) ‎ F．电源(电动势3V，内阻不计)‎ G．开关和若干导线 ‎①电路图中R1应选________，R2应选________。(填入所选器材的字母代号)‎ ‎②实验中读得R2的阻值为100Ω，若将此电流表改装成量程为3V的电压表，应________联一个阻值为________Ω的电阻。‎ ‎③若用此改装表去测量一稳恒电压，则测量值和真实值相比______(填“偏大”或“偏小”) 。‎ ‎【典例16---表头改装为电流表】一毫安表头满偏电流为9.90 mA，内阻约为300 Ω．要求将此毫安表头改装成量程为1 A的电流表，其电路原理如图所示．图中A是量程为2 A的标准电流表，R0为电阻箱，R为滑动变阻器，S为开关，E为电源．‎ ‎（1）完善下列实验步骤：‎ ‎①将虚线框内的实物图按电路原理图连线；‎ ‎②将滑动变阻器的滑动头调至 端（填“a”或“b”），电阻箱R0的阻值调至零；‎ ‎③合上开关；‎ ‎④调节滑动变阻器的滑动头，增大回路中的电流，使标准电流表读数为1 A；‎ ‎⑤调节电阻箱R0的阻值，使毫安表指针接近满偏，此时标准电流表的读数会 （填“增大”、“减小”或“不变”）；‎ ‎⑥多次重复步骤④⑤，直至标准电流表的读数为 ，同时毫安表指针满偏．‎ ‎（2）回答下列问题：‎ ‎ ①在完成全部实验步骤后，电阻箱使用阻值的读数为3.1 Ω，由此可知毫安表头的内阻为 ．‎ ‎②用改装成的电流表测量某一电路中的电流，电流表指针半偏，此时流过电阻箱的电流为 A。‎ ‎ ③对于按照以上步骤改装后的电流表，写出一个可能影响它的准确程度的因素： 。‎ ‎1、（3）①A2；V1‎ ‎ ② ③‎ ‎7、 ， 连线如图 考查：闭合电路的欧姆定律。设电流表的内阻及电源的内阻之和为r，则有E=U+I1r和E=I2（r+R），解方程即可求被测电阻。关键在于理解测量原理。本题两次利用闭合电路的欧姆定律求电路的总电阻（各电阻串联，与电源是否有内阻无关），然后相减即得所求，属于“相减法”测电阻。要实现相减消掉未知的电源、电表内阻，就要进行两次测量，一次只含有未知内阻的测量，另一次包含未知内阻及待测在内测量，电路的关键在有一个“双掷开关”，这是这类方法的特点。‎ ‎8、将电键S1接1，（只能调节滑动变阻器，不能改变），读出这时的电压表和电流表的示数和　，　　‎ 本题两次利用欧姆定律求被测电路的总电阻（各电阻并联），然后相减即得所求，属于“相减法”测电阻。‎ ‎＋‎ ‎－‎ ‎＋‎ ‎－‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎7‎ ‎6‎ ‎5‎ ‎4‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎0‎ ‎×1‎ ‎×100‎ ‎×10‎ ‎×10000‎ ‎×100000‎ ‎×1000‎ ‎9、（1）‎ ‎（2）先闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表示数合理，记下两表示数为I1，U1；设电压表内阻为Rv（本次测量结果为电压表内阻与电阻箱两者的并联值）‎ =+ 再保持RP不变，闭合S2，记下电流表和电压表示数为I2、U2（本次测量结果为电压表内阻、电阻箱、被测电阻三者的并联值）‎ ‎ =++ ‎∴Rx= ‎（3）“等于”。‎ 本题两次利用欧姆定律求被测电路的总电阻（各电阻并联），然后相减即得所求，属于“相减法”测电阻。‎ ‎12、 或 （电路图6分，表达式5分）‎ 本题两电流表的内阻已知，故可作小量程的电压表使用，量程不够还可用已知电阻扩大量程。转化为“伏安法”测电阻。考查欧姆定律。‎ ‎14、解：1）（2）（3）或 本题两电压表的内阻已知，故可作小量程的电流表使用。转化为“伏安法”测电阻。‎ A1‎ A2‎ R2‎ S1‎ S2‎ R3‎ S R1‎ ‎1、（1）（4分）完成电路如图 ‎ ‎（2）（6分）测量电流表A1内电阻的实验步骤： ‎ 方法一：‎ ‎①将变阻器R1的滑动端移到左端，电阻箱的阻值调到最大；‎ ‎②闭合开关S1、S，调节变阻器，使两电流表指针有较大的偏转，记录电流表A2的示数I；‎ ‎③断开S1，保持S闭合、R1不变，再闭合S2，调节电阻箱，使电流表A2的示数 再次为I，读出此时电阻箱的示数R2，则电流表A1内电阻r =R2．‎ 方法二：‎ ‎①将变阻器R1的滑动端移到左端；‎ ‎②闭合开关S1、S2、S，调节变阻器、电阻箱，使两电流表指针有较大的偏转，记录电 流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2、电阻箱的示数R2；‎ ‎③设r为电流表A1的内电阻，计算如下：‎ A1‎ A2‎ R1‎ R2‎ ‎6、①R0；滑动变阻器甲；E2 ②偏小 ‎8、（1）电路图略（3分）；‎ ‎（2）E2（2分），R1（2分）；‎ ‎（3）大于（2分）；‎ ‎（4）实物连线（3分）‎ ‎6、答案：（1）①如图；②b；⑤减小；⑥1A；（2）①310；②0.495（0.494～0.496均可）；③例如：电阻箱和滑动变阻器的阻值不能连续变化；标准表和毫安表头的读数误差；电表指针偏转和实际电流的大小不成正比等等。‎ 解析：（1）将滑动变阻器的滑动头调至b点是为了保护毫安表；在调节电阻箱时，由于接入回路的电阻增加，故电流表电流会减小；为了能成功改装为1A的量程的电流表，需要通过调节滑动变阻器使标准电流表示数回到1A；（2）电阻箱的电阻读数为3.1Ω，此时毫安表满偏，电阻箱上的电流为1000mA－9.9mA=990.1mA，根据并联电阻值与电流值成反比，可计算毫安表的内阻为310Ω；若毫安表半偏，电阻箱的电流也减半为495mA=0.495A；本实验可能因电阻箱和滑动变阻器的阻值不能连续变化，导致标准电流表的示数无法精准显示1A，还有电表本身读数上的误差，以及电表指针偏转本身不是随电流均匀偏转等都可能影响改装后的电流表的准确程度。‎