高二物理电学实验知识精讲 鲁教版 18页

高二物理电学实验知识精讲 鲁教版 ‎ 一. 本周教学内容：‎ 电学实验（1）‎ 知识重点：‎ ‎1、熟悉伏安法测电阻的基本方法 ‎2、从实验的原理入手，会用计算法、图象法研究实验误差 ‎3、通过误差分析合理地选择电路及实验仪器 知识难点：‎ ‎1、区分测量值与真实值 ‎2、通过对物理过程的分析，选用适当的公式列方程解决问题，并耐心细致的计算，对计算结果进行讨论，以更深入认识实验 ‎［教学过程］‎ 一、伏安法测电阻：‎ ‎1、电路图：‎ ‎（1）外接 ‎（2）内接 ‎2、测量值：‎ ‎（1）外接：‎ ‎（2）内接 ‎3、实际测量值：‎ ‎（1）‎ ‎（2）‎ ‎4、误差来源：‎ ‎（1）源于的内阻。‎ 本质：与的并联值。‎ ‎（2）源于的电阻。‎ 本质：与的串联值。‎ ‎5、减小误差的方法。‎ ‎（1）增大的电阻，与无关。‎ ‎（2）减小的电阻，与无关。‎ 二、测电源电动势和内阻 ‎1、电路：‎ ‎（1）‎ 替代电路：‎ ‎（2）‎ 替代电路：‎ ‎2、测量值：（计算法）‎ ‎3、真实值：计算法 ‎（1）‎ 设：。‎ 则：‎ 即：‎ 其中：‎ 即：‎ 误差分析：‎ 对比 其中：‎ 对比 其中：‎ 即E、r的测均偏小。‎ 误差根源：未测的电流。‎ 减小误差的方法：减小的电流，即的电阻尽量大，与、均无关。‎ ‎（2）‎ 其中：‎ 即： 或 误差根源：未测的电压 减少误差的方法：减少的电压，或说减小的电阻。与、均无关。‎ ‎4、图象法 下面用图象法定性地分析电动势和内电阻的测量值与真实值的大小关系。‎ 对于一个闭合电路，其路端电压和干路电流的关系图线与纵轴（U）的交点，图线斜率的绝对值即为电源的内阻，在下图（甲）中用虚线表示待测电源组成的闭合电路的真实的U—I图线。‎ 若采用图（1）所示电路，电压表测量的的确是路端电压，而电流表测量的电流即实验中的干路电流比实际干路电流小，故反映在同一U—I图中，对应的同一U值，实验数据点应在真实点的左方，当U＝0（理想情况）时，电压表的分流对干路电流无影响，即实验图线与实际图线在横轴上截距相等，所以可得实际图线（虚）与实验图线（实）大致如图（甲）所示，由图（甲）可明显看出。‎ 若用图（2）所示电路，由于电流表测量的的确是干路电流，而电压表测量的电压比实际路端电压小，故而反映在同一U—I图中，对应同一I值，实验数据点应在真实点下方，但当I＝0（理想情况）时，电压表的分压对路端电压无影响，即实验图线与实际图线在纵轴上截距相等，所以可得实际图线（虚）与实验图线（实）大致如图（乙）所示，由图（乙）可明显看出：.‎ ‎［实验注意］‎ ‎①选择甲电路进行测量，要注意，且滑动变阻器，故B宜选小一点的，此外电流不能太大，太大会使电阻内阻急剧增大，电动势剧减。‎ ‎②本实验由于干电池内阻较小，路端电压U的变化也较小，此外电流不能太大，电压也不能太小，故画U—I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始），但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电动势E，图线斜率的绝对值仍为内电阻r。‎ ‎③画U—I图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去，这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。‎ ‎5、测定电源电动势和内电阻的其它方法。‎ ‎（1）用一只电流表和电阻箱测量，电路如下图甲所示，测量原理为：，由此可求出E和r。此种方法使测得的电动势无偏差，而内阻偏大。‎ ‎（2）用一只电压表和电阻箱测量，电路如上图乙所示，测量原理为：。由此可求出E和r，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。‎ ‎（3）用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接电源两端，所测值近似认为是电源的电动势。‎ ‎，需满足。‎ ‎（4）用两只电压表可测得电源的电动势。‎ 例1. 在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯泡为“6V 3W”，其他供选择的器材有：‎ 电压表（量程6V，内阻）‎ 电流表（量程‎3A，内阻）‎ 电流表（量程‎0.6A，内阻）‎ 变阻器 变阻器 学生电源E（6~8V）‎ 开关S及导线若干 实验中要求在电压表0~6V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线，则在上述器材中，电流表应选______________，变阻器应选______________。‎ 在下边方框中画出此实验的原理图。‎ ‎［解题方略］灯泡的额定电流，故电流表应选。因灯泡的电压要从0开始变化，故应选变阻器作分压器电路。‎ 答案：‎ 电路如下图。‎ 评点：注意描绘小电珠的伏安特性曲线的实验电路及描绘出的曲线反映了随电压的升高灯泡电阻增大。‎ 例2. （2001高考全国理综）实验室中现有器材如实物图所示，有：电池E，电动势约10V，内阻约；电流表，量程‎10A，内阻约为；电流表，量程300mA，内阻约为；电流表,量程250mA，内阻约为；电阻箱，最大值，阻值最小改变量为；滑动变阻器，最大阻值；开关S，导线若干。‎ 要求用下图所示的电路测定图中电流表的内阻。（1）在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测出其内阻？（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路；（3）你要读出的物理量是__________，用这些物理量表示待测内阻的计算公式是___________。‎ ‎［解题方略］利用伏安法可以测导体的电阻，也可测一些电压表或电流表的内阻，此时应将表看成一个特殊的即能显示自身电压或电流的电阻。‎ 答案：（1）‎ ‎（2）若测，实物图如下图。‎ ‎（3）两电流表的读数和电阻箱的阻值；据并联电路电压相等原理可知。‎ 例3. （2001年上海）要求测量由2节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r（约几欧），提供下列器材：电压表（量程3V，内阻）、电压表（量程15V，内阻）、电阻箱（）、电键、导线若干。‎ 某同学用量程为15V的电压表连接成如上图所示的电路，实验步骤如下：‎ ‎（1）合上电键S，将电阻箱R阻值调到，读得电压表的读数为。‎ ‎（2）将电阻箱R阻值调节，读得电压表的读数为，由方程组，解出E、r。‎ 为了减少实验误差，上述实验在选择器材和实验步骤中应做哪些改进？‎ 解析：应选用量程为3V的电压表。‎ 改变电阻箱阻值R，读取若干个U的值，由计算出电流的值，然后作出U—I图线，得到E、r。‎ 线框内的电路看成一个电源（即等效电源）时，这组测量值恰好应为等效电源的电动势和内电阻，由全电路欧姆定律知：‎ 显然，这两个测量值均比真实值小，且 越大，误差越小，由此可见，在实验器材的选取时，量程相同的电压表应选内阻较大的。‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1、（2020年皖中联考）滑线变阻器常用来限流和分压，其原理图分别见下图甲、乙所示，已知电源的电动势是E，其内阻不计，负载电阻是，滑线变阻器的总电阻是，请回答下列问题：‎ ‎（1）为保护负载和电流表、电压表。电键S闭合前，滑线变阻器滑动触头P，对于甲图来讲应处在____________端，对于乙图来讲应处于____________端。（填A或B）‎ ‎（2）根据甲、乙电路图分别在对应的甲、乙实物图上连线。‎ ‎（3）根据题中给出的有关物理量，讨论甲、乙两图中负载电阻两端的电压变化范围，（假设电流表、电压表都是理想的）‎ ‎（4）采用乙电路图进行实验，得到负载电阻的U—I曲线如下图所示，说明曲线变弯曲的原因。‎ ‎2、（2020年湖北八市）如下图是一根横截面为正方形（边长约为‎1mm）、长约‎20cm的柱状金属丝（设电阻率约为），为了训练同学们根据具体情况设计测金属丝电阻率的最合理方案的能力，则 ‎①测该金属丝横截面的边长最好用______________，测该丝长度最好用______________（填“毫米刻度尺”或“游标卡尺”或“螺旋测微器”）。‎ ‎②某同学用伏安法测该丝电阻，电源用4.5V直流电源，另有下列器材：‎ A. 量程为0~‎0.6A、内阻约为的电流表一只 B. 量程为0~‎1A、内阻约为的电流表一只 C. 量程为0~‎6A、内阻约为的电压表一只 D. 量程为0~‎10A、内阻约为的电压表一只 E. 阻值为、额定电流为‎1A的滑动变阻器一只 F. 阻值为、额定电流为‎0.1A的滑动变阻器一只 G. 开关一个、导线若干 在以上器材中应选用___________组成电路。‎ ‎③为了较精确地测出该丝电阻，请将下面的实物连成测量电路：‎ ‎3、（2020年福建省达标中学质检）甲、乙两同学使用完全相同的器材用伏安法测量同一未知电阻的阻值，给定器材为：待测电阻，电流表（量程0~5mA，内阻约）；电压表（量程0~3V，内阻约）；最大阻值为的滑动变阻器；电源E（电动势约3V）；开关S、导线若干。两人的测量结果由下图甲和乙给出。‎ ‎（1）由图甲得＝_______________；由图乙得____________。‎ ‎（2）在下面方框中分别画出甲、乙两位同学所用测量电路，并由测量结果判定_____________同学测量结果较为准确。‎ ‎4、用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻 ‎（1）画出实验电路图（电源内阻很小）‎ ‎（2）如下图所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线，由图可知：图线与电压U轴的交点表示____________，电源I的内电阻___________电源II的内电阻（填“大于”、“等于”或“小于”），用此电路测得的电动势和内电阻比真实值____________。‎ ‎（3）图中两直线I、II的交点表示两个电路中____________相等。‎ ‎5、（2020年苏锡常镇四市）在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材 ‎①干电池，电动势约为1.5V，内电阻小于 ‎②电流表G（满偏电流3mA，内阻）‎ ‎③电流表A（0~‎0.6A，内阻）‎ ‎④滑动变阻器 ‎⑤滑动变阻器 ‎⑥定值电阻 ‎⑦开关、导线若干 ‎（1）为方便且能较准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是___________。（填写字母代号）‎ ‎（2）请在线框内画出你利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图。‎ ‎（3）下图为某一同学根据他所设计的实验绘出的图线（为电流表G的示数，‎ 为电流表A的示数），由图线可求得被测电池的电动势E＝___________V，内电阻r＝___________。‎ ‎[参考答案]‎ http://www.DearEDU.com ‎1、解析：（1）B A ‎（2）如下图 ‎（3）甲图中：由 则当P位于A端时，，则当P位于B端时，最大，‎ 则：‎ 故甲图中的的电压变化范围为：‎ 乙图中则当P位于A端时，；则当P位于B端时，‎ 故乙图中的的电压变化范围为：‎ ‎（4）（由U—I图中图线的斜率即为导体的电阻，从图线可知，随I的增大，逐渐增大。）原因是：电流增大时，电阻上的温度升高，电阻率增大而导致电阻增大。（只要指出的电阻随温度的升高而增大，即可得分。）‎ 答案：（1）B A （2）图略 （3） （4）略 ‎2、①螺旋测微器，毫米刻度尺 ‎②A、C、E、G ‎③‎ ‎3、（1）‎ ‎（2）甲 ‎4、［解题方略］（1）电路如下图所示。‎ ‎（2）纵轴截距表示电源的电动势，线II比线I陡一些，故电源I的内电阻小于电源II的内电阻，测量值偏小。‎ ‎（3）I、II的交点表示外电路的电压、电流均相同，外电路消耗的电功率和外电路电阻相同。‎ 答案：（2）、（3）答案为：电动势，小于，偏小；外电路消耗的电功率和外电路电阻。‎ ‎5、（1）‎ ‎（2）电路图如下图 ‎（3）1.48 0.8‎