高考物理电学实验复习.ppt
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1、2013届高考物理一轮复习-物理电学实验专题复习,常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的,一、电流表的构造和工作原理 1、构造:永磁铁和放入永磁铁磁场的可转动线圈组成 I,大约几欧到几十欧,二、把灵敏电流计改为电压表,电路图,(2)电压表的内阻:Rv=Rg+R,三、把灵敏电流计G改为电流表A,(2)电流表的内阻:RA=RgR/(R+Rg),四 关于电流表和电压表的读数方法:,1使用时应注意 (1)使用前若指针未对准零刻度线,应进行零点调整(机械调零) (2)选择合适的量程:使得测量时指针偏转角度要尽可能大,一般要求超过量程的 但又不能超过量程 (3)电流表应串联在被测电路中,电压表
2、应并联在被测电路两端电表“”“”接线柱不能接反,2读数方法 (1)读数时应使视线垂直刻度盘表面 (2)估读问题 最小分度为“1”的仪器,测量误差出现在最小分度的下一位,在下一位 按十分之一估读 最小分度为“2”、“5”的仪器,测量误差出现在最小分度的同一位,在 同一位按二分之一、五分之一估读,量程为0.6A的电流表,满刻度绝对误差最大为0.015A,最小分格为0.02A,指针偏转不够一个分格的部分用半格估读法,读数为两位小数。如图,电流表读数为0.15A.,量程为3A的电流表,满刻度绝对误差最大为0.075A,最小分格为0.1A,指针偏转不够一个分格的部分用1/10格估读法,读数为两位小数。如
3、图,电流表读数为0.74A.,量程为3V的电压表,满刻度绝对误差最大为0.075V,最小分格为0.1V,指针偏转不够一个分格的部分用1/10格估读法,读数为两位小数。如图,电压表读数为2.38V.,量程为15V的电压表,满刻度绝对误差最大为0.375V,最小分格为0.5V,指针偏转不够一个分格的部分用1/5格估读法,读数为一位小数。如图,电压表读数为11.7V.,如图731甲是学生实验用的有两个量程的电流表刻度盘,当用“”和“0.6”两接线柱时,能测量的最大电流是_A,对应刻度盘上每一小格代表_A,图中表针示数为_A;当使用电流表的“”和“3”两接线柱时,对应刻度盘上每一小格代表_A,图中表针
4、示数为_A.,图乙为学生实验用的两个量程的电压表刻度盘,当使用较小量程时,测量电压最大值不得超过_V,每小格表示_V,图中指针示数_V;若使用的是较大量程时,则表盘刻度每小格表示_V,图中指针示数_V.,答案:对图甲:0.6 0.02 0.34 0.1 1.70 对图乙:3.0 0.1 2.20 0.5 11.0,1)、限流式:,2)、分压式:,四、滑动变阻器的两种接法,(2)、滑动变阻器电路,、限流电路,负载电阻两端的电压变化范围为:,当RR0时,也可用,此电路滑动变阻器消耗的功率较少。,内阻不计,电动势为,A,(2)、滑动变阻器电路,、分压式电路,负载电阻两端的电压变化范围为:,常适用于R
5、0R时,此电路滑动变阻器消耗的功率较多。电压变化范围较大。,内阻不计,电动势为,、选择方法 限流接法 分压接法:,( 通常情况 ),电流、电压能达到要求的调节范围; 不超过测量仪表的量程, 不超过各元件允许的最大电流。,(三种特殊条件),a 、要求某部分电路的电压或电流从零开始连续可调。,b、采用限流接法时无论怎样调节滑动变阻器,电路中 的电流(电压)都会超过电表量程或元件允许的最大电流。,c、用电器电阻远大于滑动变阻器电阻,不利于测量获得多组数据。,负载RX的电压调节范围,可见滑动变阻器的总阻值R越大,电阻RX两端电压的变化范围越大。变阻器总阻值R 是Rx 的2-5倍时,限流接法对电流、电压
6、控制作用显著,这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.,(1) 限流电路,在合上开关以前,一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大,如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调,也没有要求多测几组数据,而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大,并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作,这时应从节省电能( )和电路简单考虑,选用限流电路。,(2) 分压电路,负载RX的电压调节范围0-E,在合上开关以前,一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端以使负载上的电压和电流最小(均为零),滑动变阻器的总阻值R越小,越便于调节用电器两端电压 一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电
7、阻, 在0.10.5倍之间为好。,要求测量结果尽量准确,需要多测几组数据;要求待测电阻两端电压变化范围较大;或要求从零开始连读可调,应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多,为了能使待测电阻两端电压有较大变化,应选分压电路。如果采用限流电路时,电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程,应选分压电路,三、控制电路(滑动变阻器的接法)的选择:,EIR 电源负担轻,E(IR+Iap) 电源负担重,简便,复杂,用电压表测电压,用电流表测电流,外接法? 内接法?,限流式? 分压式?,1.原理,一 伏安法测电阻,“同一性”,2.电路,限流器电路,安培表内接法,限流器电路,
8、安培表外接法,分压器电路,安培表内接法,分压器电路,安培表外接法,2、如何选择电流表的内接或外接方式? 答:一般当RX较小时,即RXRV时,(RX与RA较接近)采用电流表的外接方式: 而当RXRA时,一般采用电流表的内接 方式。 (一般RX较小时外接, RX较大时内接),由于电流表分压引起的。,误差产生的原因:,若 时,采用电流表内接法,由于电压表分流引起的。,误差产生的原因:,若 时,采用电流表外接法。, 比值法,b.选择方法:,内接法与外接法的选择,a.条件:已给出R的估计阻值,若 时,采用电流表内接法。,若 时,采用电流表外接法。,1、采用电流表内接法的条件:RxRA 采用电流表外接法的
9、条件:RvRx,例题解析,电流表内、外接判断方法,用试触法进行判断,当 (即 )时用内接法 大,2、当不满足RxRA和RvRx关系时,当 (即 )时用外接法 小,当 时,用内、外接法均可,3、当Rx、RA、Rv的阻值未知时, 试触法,b.选择方法:将电压表分别接a、b两点,结论:两次接触,那个表示数变化明显 , Rx就与那个表“近接”,a.条件:未给出RX的估计阻值,如果电流表示数有显著变化,说明电压表的分流作用较强,不满足RXRV,不适应用电流表的外接法应用电流表的内接法,安培表和伏特表示数变化显著(明显)的标志是它们的示数的变化量(绝对误差)占原来值的百分比大(相对误差),从另一个角度来看
10、,电压表的示数没有显著变化,说明电流表的分压作用很弱,满足RXRA,应选用内接法P 应接在b 处。,实验电路(电流表内外接法)选择的依据,R测U/IRx 偏大,R测U/IRx 偏小,电流表的分压,电压表的分流,请 牢 记,给阻值 看比值 与比值大表近接,无阻值 看变化 与变化大表近接,内接和外接的确定,小结:,伏安法测电阻之发散思维,2“安安法”,电流表的创新使用测电压,条件:已知电流表A2的内阻,将A2看成一个电压表使用,1“伏安法”测电压表的电阻,电压表(电流表)是一个能读出其两端电压(通过其电流)的电阻,没有系统误差,没有系统误差,此电路能否测量出电流表的内阻?,根据并联分流进行测量,没
11、有系统误差,3“伏伏法”,电压表的创新使用测电流,条件:已知电压表V2的内阻,将V2看成一个电流表使用,没有系统误差,存在系统误差,能否消除?,根据串联分压进行测量,没有系统误差,没有系统误差,【备考提示】在很多情况下,电压表和电流表(已知内阻)的功用可以互换。有时利用一块电表配合定值电阻也可以完成功能的互换。实际上就是部分电路欧姆定律的变形运用。在处理时,一定要明确原理,灵活运用。,替代比较法测电阻,替代法测量电阻,比较法测量电阻,I2R =I1 Rx Rx = I2R /I1 (不计电源内阻),4.仪器的选择,安全性原则,要保证所用仪器的安全,电源最大允许通过的电流、电压表和电流表的量程、
12、滑动变阻器允许通过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电源、电表和用电器时,保证其电流和电压均不超过使用的量程。,精确性原则,尽量减小实验误差。选择电表时,在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下,合理选择量程。务必使指针有较大偏转(一般取满偏度的2/3),电表达不到满偏的1/3是不允许的。,操作性原则:,如滑动变阻器的选择,既要考虑它的额定电流,又要考虑它的阻值范围,当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压(电流)比较方便;当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压(电流)比较方便,选择的一般步骤,根据实验要求设计合理的实验电路; 找出唯一性的器材; 估算电路中电压和电
13、流的最大值或最小值,结合已知器材的规格选定电源、选定电压表和电流表以及所用的量程; 根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器.,例1.用伏安法测量金属导线的电阻R,试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的量程为0.6A,内阻接近1,伏特表的量程为3V,内阻为5K;电源的电动势为6V,变阻器的阻值为020 。在闭合电键前,变阻器滑动触点应处于正确位置。,解:金属导线的电阻不大,安培表应外接,变阻器电阻比较大,可用限流接法,画出电路图如下:,例2:有一个电阻Rx,其阻值大约是25k ,可供选择的器材是: 电流表A1 (0-100A, 2k) 电流表A2 (0-500A, 300
14、) 电压表V1 (0-10V, 100k) 电压表V2 (0-50V, 500K) 直流稳压电源 E(15V,1A) 滑动变阻器 R (1k, 1W) 电键K和若干根导线 试选择适当的器材,选取适当的电路,使测量尽可能准确,并画出电路图,再将如图示的实物连线。,解:(1)电压表、电流表的选择,由于滑动变阻器的电阻明显小于待测电阻,因此滑动变阻器必须用分压器接法。,若电压表选V2(50V),因为电源电压15V不足其量程的1/3,所以电压表应选V1(10V)。,(2)电流表内接法和外接法的选择,实验电路图,因为RX=25KRA=300,所以采用电流表内接法,由于用分压器接法时,电阻RX 中的最大电
15、流为,Imax= 10V /25K = 0.4mA = 400A,所以电流表选A2(500 A ),例3. 如图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图,器材规格如下: (1)待测电阻Rx(约100) (2)直流毫安表(量程010mA,内阻50) (3)直流电压表(量程03V,内阻5k) (4)直流电源(输出电压4V,内阻可不计) (5)滑动变阻器(阻值范围015,允许最大电流1A) (6)电键一个,导线若干条 根据器材的规格和实验要求, 在本题的实物图上连线,答:,因毫安表内阻与待测电阻相近,必须“外接”,因为变阻器电阻很小,电源和滑动变阻器连接 成分压电路,,(全题6分电源、滑
16、动变阻器连接成分压电路,占3分除电键接错扣1分外,其它任何错都不给这3分伏安法测电阻的电路占3分,其中电流表应外接,即电压表应直接与待测电阻并联这部分接线中有任何错误都不给这3分),A1,例4某电压表的内阻在2050k之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:,待测电压表V(量程3V) 电流表A1(量程200A ) 电流表A2(量程5mA) 电流表A3(量程0.6A) 滑动变阻器R(最大阻1K) 电源(电动势4V) 电键K. (1)所提供的电流表中,应选用_(填写字母代号).,(2)为了尽量减小误差,要求测多组数据.试在方框中画出符合要求的实验电路图,解析:由于滑动变阻器用分压接法时,
17、伏特表两端电压变化范围较大,可以多测几组数据,故滑动变阻器用分压接法由于电压表中通过的最大电流为Imax= 3V/20K = 150A,因此电流表应选用A1,【例题2】(2006年全国、)现要测量某一电压表 的内阻。给定的器材有:待测电压表 (量程2V,内阻约4k);电流表 (量程1.2mA,内阻约500);直流电源E(电动势约2.4V,内阻不计);固定电阻3个:R1=4000,R2=10000,R3=15000;电键S及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。 试从3个固定电阻中选用1个,与其它器材一起组成测量电路,并在虚线框内画出测量电路的原理图。(要求电路中各器材用题中给定
18、的符号标出。) 电路接通后,若电压表读数为U,电流表读数为I,则电压表内阻RV =_。,【命题意图】本题考查了电压表内阻的测量,实验中真正的难点在于如何获得电压表中流过的电流大小,此时可以用电流表与定值电阻配合完成电流表的功能。原理还是部分电路的欧姆定律,关键是灵活的运用。,从下表中选出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据。(1)在虚线方框中画出电路图,标明所用器材的代号。(2)若选测量数据中的一组来计算,r1,则所用的表达式为r1=_,式中各符号的意义是:_。,2000年高考,根据并联电路两端电压相等, 将两电流表并联,如
19、图示:,解:电流表I1m=10mA, r1 40 R1=100 R2=50 ,若滑动变阻器用限流接法,,Imin =1.5/190=0.08A=8mA,Imax=10mA,电流的变化范围很小,应该用分压器接法。,因为电压表读数很小,Um =0.4V , 不能用伏安法量,,调节滑动变阻器的电阻,测出多组两电流表的读数,,由 I1 r1 =I2 r2,得 r1= I2 r2 I1,评分标准.(1)如图所示(5分。若电阻R1与电池串联,不扣分;若R2用作限流电阻,正确的同样给分。)(2)I1表示通过电流表A1的电流,I2表示通过电流表A2的电流,r2表示电流表A2的内阻。(3分,未说明r2的不扣分。
20、),三半偏法测量电流表的内阻,1.原理,半偏法测电流表内阻的原理是欧姆定律和并联电路的电流分配关系,因电流表可以读出自身的电流,故在其电流减半时,必有另一支路分掉另一半的电流,在总电流近似不变的条件下,该支路的电阻(电阻箱读出)等于电流表的电阻,2.电路,3.步骤,1.先闭合S1 ,调节R1使电流表指针满偏.,2.再闭合S2,保持电阻R1不变,调节R2使电流表指针半偏,记下R2的值.,3.若R1100R2 ,有Rg=R2,4.误差分析,在用半偏法测电流表的内阻的实验中,当闭合开关S2时,调节R2使电流表半偏,即通过电流表的电流为Ig/2,此时干路总电流因回路中总电阻变小而变大,即比Ig稍大,这
21、样通过R2的电流将大于Ig/2,因此电流表内阻的测量值小于真实值,5.半偏法测电压表的内阻,R测R真,1.把电阻箱R0的阻值调到0,把滑动变阻器的触头P滑到a端,3.保持滑动变阻器触头位置不变,调节R0使电压表指针半偏,记下R0的值.,4.若RRV ,有Rg=R0,2.闭合开关S,调节R使电压表指针满偏.,半偏法测电压表的内阻,半偏法测电流表的内阻,电路,实验条件,实验步骤,1.把滑动变阻器的触头P滑到a端把电阻箱R0的阻值调到0,1.把滑动变阻器R1的电阻调到最大,把电阻箱R2的阻值调到0,2.闭合开关S,调节R使电压表指针满偏.,2.先闭合S1 ,调节R1使电流表指针满偏.,3.再闭合S2
22、,保持电阻R1不变,调节R2使电流表指针半偏,记下R2的值,则Rg=R2.,3.保持滑动变阻器触头位置不变,调节R0使电压表指针半偏,记下R0的值,则RV=R0.,原理,Pa间的总电压基本不变,并联分流,干路中的电流基本不变,串联分压,误差分析,并联分流,满偏时Pa之间电阻,半偏时Pa之间电阻,串联分压,误差分析拓展,V,A,Rg测量值小于真实值,R串大于标准值,R并小于标准值,改装成电压表读数小于真实值,改装成电流表读数小于真实值,改进:在R串上并联一个大电阻,改进:在R并上串联一个小电阻,RV大于标准值,RA小于标准值,通过表头的电流偏小,把电流表改装成伏特表,把电流表改装成安培表,仪器选
23、择,R1Rg,滑动变阻器和电阻箱均可,RRV ,必须用滑动变阻器构成分压电路,R2略大于Rg,必须用电阻箱,R0略大于RV,必须用电阻箱,电动势E越大,调满偏时R1连入电路中的电阻越大,实验条件满足的越好,误差越小,电动势E越大,调满偏时滑动变阻器Pa之间的电阻越小,实验条件满足的越好,误差越小,上述操作步骤中,必要的操作步骤按合理顺序排列应为 。若在步骤 中,读出R0的值为2400 ,则电压表的内阻RV = 。用这种方法测出的内阻RV与其真实值相比偏。,E. 调节滑动变阻器的阻值,使电压表的示数为3.0V,例2为了测量一个量程为3.0V的电压表的内阻,可以采用图所示的电路,在测量时,可供选择
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