【物理】2019届一轮复习人教版电学实验学案 40页

15 电学实验 核心考点 考纲要求 实验八：测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器) 实验九：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验十：测定电源的电动势和内阻 实验十一：练习使用多用电表 实验十二：传感器的简单使用 1．要求会正确使用的仪器主要有： 游标卡尺、螺旋测微器、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 U I              游标卡尺的使用与读数 螺旋测微器的使用与读数 实验仪器 电流表、电压表的使用与读数 电阻箱的使用与读数 滑动变阻器的使用与连线 电流表、电压表的选择 测定金属的电阻率 测量电路、控制电路的选择 实验原理的拓展与数据的处理 电学实验 电流表、电压表的选择 描绘小电珠的伏安特性曲线 测量电路、控制电路的选择 描绘 图线并分析其弯曲的原因 电表和滑动变阻器的选择 测定电源的电动势和内阻 实验电路                            的选择和连接 数据处理和误差分析 多用电表的使用和读数 传感器的简单使用 考点 1 测定金属的电阻率 （同时练习使用螺旋测微器） 1．基本实验要求 （1）实验原理 根据电阻定律公式知道只要测量出金属丝的长度和它的直径 d，计算出横截面积 S，并用伏安法测出电 阻 Rx，即可计算出金属丝的电阻率。 （2）实验器材 被测金属丝，直流电源（4 V），电流表（0~0.6 A），电压表（0~3 V），滑动变阻器（50 Ω），开关， 导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺。学--- / （3）实验步骤 ①用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值 d。 ②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丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值 l。 ④把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置。 ⑤改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数 I 和 U 的值，填入记录表格内。 ⑥将测得的 Rx、l、d 值，代入公式 2π 4x S d UR l lI    中，计算出金属丝的电阻率。 （4）电流表、电压表测电阻两种方法的比较 电流表内接法 电流表外接法 电路图 误差原因 电流表分压 U 测=Ux＋UA 电压表分流 I 测=Ix＋IV 电阻测量值 测 测 测 I UR  =Rx＋RA>Rx 测量值大于真实值 V V = =U R RR I R R 测 测 测 测 测 V AR R 时，用电流表内接法。 ③实验试探法：按图接好电路，让电压表一根接线柱 P 先后与 a、b 处接触一下，如果电压表的示数有 较大变化，而电流表示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表示数有较大的变化，而电压表示 数变化不大，则可采用电流表内接法。 （2）注意事项 ①先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量。 ②电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法。 ③电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大。 （3）误差分析 ①若为内接法，电流表分压。 ②若为外接法，电压表分流。 ③长度和直径的测量。 3．仪器选择的基本思路 （1）优先考虑安全因素 各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流（或电压）不能超过其允许的最大电流 （或电压）。实际处理过程中，需要估算回路中的最大电流（一般假设滑动变阻器采用限流式接法时进行 估算）。如：用伏安法作出标有“6 V，0.6 W”字样的小灯泡的 U–I 图象，而实际加在小灯泡两端的电压的最 大值不能超过 6 V。 （2）考虑读数误差因素 一般要求各电表的实际读数不小于其量程的 3 1 ，以减小读数误差。 （3）仪器选择的一般步骤 A．首先选择唯一性的器材； B．粗画电路图（暂不接电流表和电压表）； C．估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度偏转但不超过其量程的情况下，结合已 知器材的规格，确定实验电路和实验器材。 4．电阻测量方法荟萃 （1）伏安法： 电路图    外接法： 内接法： 特点：大内小外（内接法测量值偏大，测大电阻应用内接法测量） （2）安安法 若电流表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用。 ①如图甲所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知 的内阻 R1，则可测得 的内阻 R2= 1 1 2 I R I 。 ②如图乙所示，当两电表的满偏电压 UA2 ≫ UA1 时， 串联一定值电阻 R0 后，同样可测得 的电阻 R2= 1 1 0 2 ( )I R R I  。 （3）伏伏法 若电压表内阻已知，则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用。 ①如图甲所示，两电表的满偏电流接近时，若已知 的内阻 R1，则可测出 的内阻 R2= 2 1 U U R1。 ②如图乙所示，两电表的满偏电流 IV1 ≪ IV2 时， 并联一定值电阻 R0 后，同样可得 的内阻 R2= 2 1 1 1 0 U U U R R  。 （4）比较法测电阻 如图所示，测得电阻箱 R1 的阻值及 表、 表的示数 I1、I2，可得 Rx= 2 1 1 I R I 。 如果考虑电表内阻的影响，则 I1(Rx＋RA1)=I2(R1＋RA2)。 （5）半偏法测电流表内阻 电路图如图所示 步骤： ①断开 S2，闭合 S1，调节 R0，使 表满偏为 I0； ②保持 R0 不变，闭合 S2，调节 R，使 表读数为 0 2 I ； ③由上可得 RA=R。学--+ / 特别提醒：当 R0 ≫ RA 时，测量误差小，此方法比较适合测小阻值的电流表的内阻，且阻值的测量值偏 小；电源电动势应选大些的，这样 表满偏时 R0 才足够大，闭合 S2 时总电流变化才足够小，误差才小。 在“测定金属的电阻率”的实验中，提供两节内阻较小的干电池，绕成线圈的金属丝长度为 1 000 mm， 阻值约为 30 Ω。使用的电压表有 3 V（内阻约为 300 Ω）和 15 V（内阻约为 5 Ω）两个量程，电流表有 0.6 A（内阻约为 0.1 Ω）和 3 A（内阻约为 0.02 Ω）两个量程。供限流用的滑动变阻器有 A（0~20 Ω）、B（0~1 500 Ω）两种。可供选择的实验电路有图甲（a）（b）两种。用螺旋测微器测金属丝的直径为 1.708 mm，则： （1）为减小电阻的测量误差，应选用甲图中____________图所示的电路。 （2）为了 测量便于调 节，应选用 编号为 ____________的滑动 变阻器。电 压表的量程 应选用 ____________V。电流表的量程应选用____________A。 （3）如果用多用电表测被测电阻，选×1 挡，示数如图乙所示，该电阻为____________Ω，得该金属的 电阻率为_____________Ω·m。（电阻率结果取一位有效数字） 【参考答案】（1）（b） （2）A 3 0.6 （3）32 7×10–5 【试题解析】（1）因为电源为两节干电池，电动势为 3 V，所以采用量程为 3 V 的电压表，电路中的 最大电流为 0.1 A，所以采用量程为 0.6 A 的电流表，因为 V A R R R R ，所以采用电流表的外接法，故选电路 图（b）； （2）在选用滑动变阻器时，为了操作方便，应选择和被测电阻阻值相差不大的，所以选 A 变阻器； （3）欧姆表的读数为 32 Ω，根据公式 LR S  可得 57 10 m     。 1．测金属电阻率的实验： （1）测长度时，金属丝的起点、终点位置如图 a 所示，则长度为____________cm； （2）用螺旋测微器测金属丝的直径，示数如图 b 所示，则直径为____________mm； （3）用多用电表“Ω×1”挡估测其电阻，示数如图 c 所示，则阻值为____________Ω； （4）在图 d 中完成实物连线（滑动变阻器要求接限流式）； （5）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片 P 移至最____________（选填“左”或“右”）端。 【答案】（1）60.50（60.48~60.51） （2）1.980（1.979~1.981） （3）5 （4）连图如图所 示 （5）左 （4）连图如图所示。 （5）闭合开关前应将滑动变阻器的滑片 P 移至阻值最大处，由连接图可知应该移到最左端。 2．如图甲所示为用多用电表×1 挡测金属丝的电阻，图乙是用螺旋测微器测得的金属丝的直径示意图，图丙 使用游标卡尺测得的金属丝的长度，除待测金属丝外，实验室还备有的实验器材如下： 甲 乙 丙 A．电压表 V1（量程 3 V，内阻约为 15 Ω） B．电压表 V2（量程 l5 V，内阻约为 75 Ω） C．电流表 A1（量程 3 A，内阻约为 0.2 Ω） D．电流表 A2（量程 600 mA，内阻约为 1 Ω） E．滑动变阻器 R1（0~5 Ω，0.6 A） F．滑动变阻器 R2（0~2 000 Ω，0.1 A） G．输出电压为 3 V 的直流稳压电源 E H．电阻箱 I．开关 S，导线若干 为了减小实验误差，需进一步测其电阻而采用伏安法，则上述器材中应选用的实验器材有（填代号） ______________。请在方框内设计最合理的的电路图并实物连线。但用该电路电阻的测量值______真实 值（选填大于、等于或小于）。如果金属丝直径为 D，长度为 L，所测电压为 U，电流为 I，写出计算电 阻率____________________ 丁 戊 【答案】3.6 2.100 36.20 ADEGI < UπD2/4IL 通过待测电阻的最大电流约为 I= 3 6 E R  =0.5 A，则电流表应选电流表 A2（量程 600 mA，内阻约为 1 Ω）； 为保证电路安全方便实验操作，滑动变阻器应选滑动变阻器 R1（0~5 Ω，0.6 A）；故需要的实验器材是： ADEGI。 为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法， A 6= 1 R R =6， V 15 000 6 R R  =250， VR R > A R R ，电流表应 采用外接法，实验电路图如图甲所示，根据实验电路图连接实物电路图，如图乙所示；电流表采用外接 法，由于电压表的分流作用，电流测量值偏大，由 R= U I 可知，待测电阻测量值比真实值小。 由电阻定律可知，R=ρ 2 2 4 ππ( )2 L L L DS D    ，R= U I ，则电阻率ρ= 2π 4 UD IL 。 甲 乙 考点 2 描绘小电珠的伏安特性曲线 1．基本实验要求 （1）实验原理 ①测多组小灯泡的 U、I，并绘出 I–U 图象； ②由图线的斜率反映电流与电压和温度的关系。 （2）实验器材 小灯泡“3.8 V，0.3 A”、电压表“0~3 V~15 V”、电流表“0~0.6 A~3 A”、滑动变阻器、学生电源、开关、 导线若干、坐标纸、铅笔。 （3）实验步骤 ①画出电路图（如图所示）。 ②将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示电路。 ③测量与记录 移动滑动变阻器滑片的位置，测出 12 组左右不同的电压值 U 和电流值 I，并将测量数据填入自己设计 的表格中。 ④数据处理 A．在坐标纸上以 U 为横轴，I 为纵轴，建立直角坐标系。 B．在坐标纸上描出各组数据所对应的点。 C．将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。 （4）实验器材选取 ①原则：安全；精确；操作方便。 ②具体要求 A．电源允许的最大电流不小于电路中的实际最大电流。干电池中的电流一般不允许超过 0.6 A。 B．用电器的额定电流不能小于通过该用电器的实际最大电流。 C．电压表或电流表的量程不能小于被测电压或电流的最大值。 D．电压表或电流表的指针应偏转到满刻度的 1 3 以上。 E．从便于操作来考虑，限流式接法要选用与待测电阻相近的滑动变阻器，分压式接法要选用小阻值滑 动变阻器。 2．规律方法总结 （1）滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较 两种接法的电路图 负载 R 上电压的调节范围 0RR RE  ≤U≤E 0≤U≤E 负载 R 上电流的调节范围 0 E R R ≤I≤ E R 0≤I≤ E R （2）两种接法的适用条件 ①限流式接法适合测量阻值较小的电阻（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）。 ②分压式接法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）。 （3）注意事项 ①电流表外接法：本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法。 ②滑动变阻器应采用分压式接法：本实验要作出 U–I 图象，要求测出多组包括零在内的电流、电压值， 故控制电路必须采用分压式接法。 ③保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前滑动变阻器的滑片应位于最大电阻处，加在小灯 泡两端的电压不要超过其额定电压。 （4）误差分析 ①由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差，电流表外接，由于电压表 的分流，使测得的电流值大于真实值。 ②测量时读数带来误差。 ③在坐标纸上描点、作图带来误差。 （5）实物连线的原则 ①先串后并，接线到柱，注意量程和正负。 ②对限流电路，用笔画线代替导线，从电源正极开始，把电源、开关、滑动变阻器、“伏安法”四部分依 次串联起来即可（注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）。 ③对分压电路，应该先把电源、开关和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动 变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据“伏安法”部分电表正负 接线柱的情况，将“伏安法”部分接入该两点间。 在描绘小电珠的伏安特性曲线实验中，一组同学用量程为 3 V 的电压表测量小电珠的电压，用多用电 表的 250 mA 挡测量通过小电珠的电流。 （1）在图甲的电路中，需要将多用电表的两表笔连接到 a、b 两处。其中黑表笔应与_________（选填 “a”或“b”）连接。 （2）将得到的数据记录在表格中，当电压为 1.50 V 时。对应的多用电表指针指示如图乙所示，其读数 为________mA。 （3）根据表格中的其他数据，在答题卡的坐标纸上绘制出 I–U 曲线。 （4）由 I–U 曲线可以看出，随电压、电流的增大，小电珠的电阻_____________（选填“变大”、“变小” 或“不变”）。 （5）实验完成后，一位同学用多用电表的欧姆挡测量小电珠的电阻。他将选择开关置于电阻“×l”挡， 调零后将红黑表笔接在小电珠的两极上。已知多用电表内部欧姆挡所接电池的电动势为 1.5 V，欧姆挡刻度 盘的中央刻度示数为 15。则指针应位于______区间。 A．R>10 B．7Rg RA= g g RR R R