2020高考物理第一轮复习 专题 电学实验（一）学案 鲁科版 5页

电学实验（1）‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 电学实验（1）‎ 二. 本章的知识点 电学实验是高考实验考查的重点、热点内容。试题注重联系实验操作的考查，如测量仪器的读数问题、实验线路的连线问题、电表和其他用电器的选择问题都是实验操作的仿真模拟，需要考生具备良好的动手实践经验。试题还注重实验数据的处理分析，如根据实验数据画出图线，根据图线分析得出结论。“设计和完成实验的能力”在理科综合《考试说明》中指出的五个考试目标之一。是近几年高考物理实验题的命题趋向。‎ 完整的设计一个实验，要经历多个环节，在实际考查中，一般不会考查全部环节，而是只考查其中的几个环节，有的题目给出条件和实验器材，要求阐述实验原理；有的给出实验电路图，要求领会实验原理，确定需测物理量及计算公式；有的则要求考生根据操作步骤及测定的物理量判断出实验原理……虽然考查方式不尽相同，但目前高考中几乎所有的设计型实验题都有一个共同点，都以不同方式或多或少的对实验原理作一定的提示，在给出实验器材的前提下进行考查。‎ 由于考查环节和要求的不同，题型也不尽相同，但较多的是选择、填空、作图题。‎ 在复习过程中，应对所学电学实验逐个理解实验原理、实验方法，比较不同实验的异同（如电路图、滑动变阻器和电表的连接）。不断充实自己的经验和方法，逐步达到能灵活运用已学知识解答新的问题。对于设计型实验题目要明确实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤。而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件。‎ 三. 重点、难点：‎ 电学实验中所用到的基本知识 在近年的电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）、测电源的电动势与内电阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为：。由此可见，对于电路中电压U及电流I的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。因此复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。‎ ‎1. 电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。‎ ‎⑴正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。‎ ‎⑵安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。‎ ‎⑶方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。‎ ‎⑷精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。‎ ‎2. 电学实验仪器的选择：‎ ‎⑴‎ 5‎ 根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差。‎ ‎⑵根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。‎ ‎⑶应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。‎ ‎3. 测量电路的选择 ‎⑴电流表的内、外接问题：（甲）所示电路为电流表外接电路（简称外接法）；（乙）所示电路为电流表内接电路（简称内接法）。两种接法的选择可按下列方法进行：‎ 方法一：设电流表、电压表内阻分别为、，被测电阻为，则 当<时，电压表分流作用小，应选用外接法 当>时，电流表分压作用小，应选用内接法 当=时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可。‎ 方法二：在、均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将a端与b、c接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。‎ ‎⑵滑动变阻器的分压、限流接法：‎ 为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：如图（甲）为滑动变阻器的限流式接法，为待测电阻。它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大调节范围是：（是待测电阻，R是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻）。如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：（不计电源内阻时）。‎ 5‎ 选取接法的原则：‎ ‎①要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。‎ ‎②负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。 ‎ ‎③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。‎ ‎④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。‎ ‎⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小。‎ 滑动变阻器的粗调和微调作用：‎ ‎①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用。‎ ‎②在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。‎ ‎4. 实物图的连接：实物图连线应掌握基本方法和注意事项。‎ ‎⑴注意事项：‎ ‎①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。‎ ‎②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。‎ ‎③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。‎ ‎⑵基本方法：‎ ‎①画出实验电路图。‎ ‎②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。‎ ‎③画线连接各元件。（用铅笔画线，以便改错）连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。‎ 一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。‎ ‎【知识讲解】‎ 测定金属的电阻率 ‎【实验目的】学会用伏安法测量电阻的阻值，测定金属的电阻率，练习使用螺旋测微器。‎ ‎【实验原理】根据电阻定律公式可得，金属的电阻率，因此只要测量出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出该段金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。‎ ‎【实验器材】被测金属导线，直流电源（4V），电流表（0~‎0.6A），电压表（0~3V），滑动变阻器，电键，导线若干，螺旋测微器，米尺。‎ ‎【实验步骤】‎ ‎ 1. 用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S。‎ 5‎ ‎ 2. 按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。‎ ‎ 3. 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度l，反复测量3次，求出其平均值。‎ ‎ 4. 把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S。改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。‎ ‎ 5. 将测得的R、l、S值，代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率。‎ ‎ 6. 拆去实验线路，整理好实验器材。‎ 实验数据记录表 测量次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ 平均值 导线长l/m 导线直径d/m 导线的横截面积S=______________（公式）=____________（代入数据）=_______________‎ 测量次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ 电阻平均值 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 所测金属的电阻率__________（公式）=____________（代入数据）=____________Ωm ‎【注意事项】‎ ‎ 1. 测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。‎ ‎ 2. 本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。‎ ‎ 3. 实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。‎ ‎ 4. 闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。‎ ‎ 5. 在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用0~‎0.6A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。‎ ‎ 6. 测量金属导线的直径时要用螺旋测微器，直接测量的结果要估读下一位数字。‎ ‎【典型例题】‎ 例1. 读出下列螺旋测微器的示数 解析：‎0.862mm ‎3.470mm ‎8.320mm ‎‎11.465mm 5‎ 例2. 在测定“金属的电阻率”实验中，所测金属导线的电阻约为5Ω，所用电流表内阻，电压表内阻，试判定电流表应该外接还是内接？‎ 解析：外接法 5‎