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2022-2023年高考物理二轮复习 把握电学实验要求提升实验复习成效课件(重点难点易错点核心热点经典考点)
展开电学实验的要求包括基本仪器的使用,基本物理量的测量。 .读数问题 .仪器的选择问题 .仪器的布局或连线 .实验的计算 .误差的分析等等
电学实验要求学生会正确使用的基本仪器有: 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、练习使用多用电表等涉及到的实验有: 描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定金属的电阻率、测定电源电动势和内阻等。
1、游标卡尺(如下图)(1)构造:主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺,尺身上还有一个紧固螺钉。
一、读--基本仪器的使用及读数
(2)用途:测量厚度、长度、深度、内径、外径.(3)原理:利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成.不管游标尺上有多少个小等分刻度,它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的,见下表:
(4)读数:若用x表示由主尺上读出的整毫米数,K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数,则记录结果表达为(x+K×精确度) mm.注意游标卡尺不估计读数。
cm
mm
2.螺旋测微器:螺旋测微器(又叫千分尺)是比游标卡尺更精密的测长度的工具,用它测长度可以准确到0.01毫米,这是因为测微螺杆前进或后退0.5毫米,可动刻度正好转一周,而一周分成50等分,每一等分表示0.01毫米,所以能精确到0.01毫米,但要估计到毫米的千分位。
在使用时,在测微螺杆快靠近被测物体时,应停止使用旋钮,改用微调旋钮,这样就不致在测微螺杆和被测物体间产生过大的压力,既可以使测量结果精确,又可以保护螺旋测微器。螺旋测微器读数时先读固定部分露出的部分,这部分与一般刻度尺差不多,但多了个半毫米的刻度,再读可动的螺旋部分的刻度,要估计一位并乘上0.01mm,二者相加即可。
3.多用电表使用多用电表时首先应该根据被测物理量将选择开关旋到相应的位置。使用前应先进行机械调零,用小螺丝刀轻旋调零螺丝,使指针指左端零刻线。使用欧姆挡时,还应进行欧姆调零,即将红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指右端零刻线处。
欧姆挡的使用:⑴选挡:一般比被测电阻的估计值低一个数量级,如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。⑵调零:⑶测量:将红黑表笔接孤立的被测电阻两端进行测量。⑷读数:将指针示数乘以倍率,得测量值。⑸将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。注意:用欧姆挡测电阻,如果指针偏转角度太小,应增大倍率;如果指针偏转角度太大,应减小倍率。
Ω
1K倍率欧姆档 Ω 2.5v电压档 v 5v量程电压档 v 10A电流档 A
4.电压表与电流表:电压表和电流表是分别用来测电压和电流的仪器,电流表常用的量程有0.6A和3A两个量程,而电压表常用的量程有3V和15V两个量程。当然选择量程要考虑安全性与准确性相结合的原则,不是量程越大越好。如果实验过程中指针所指的最大位置不到三分之一,说明量程选的太大了。比如“要描绘标有3.8V,0.3A小灯泡的伏安特性曲线”可以选用3V量程的电压表串联一个大电阻来完成3.8V的测量。
4.电压表与电流表:另外电压表和电流表都有电阻的,必要时我们可以把它们看成是一个能知道自己电压或电流的电阻而已。若电表的内阻知道了,电表还可以反串使用,即电压表可以知道流过自已的电流,而电流表可以知道加在自已上面的电压。使用时外部的电源正极要接电表的“+”接线柱,外部电源的负极要接电表的“-”接线柱。
4.电压表与电流表:读数时要参考有效数字的要求,如下图电流表(0.6A档,精确读到0.02A,不向下一位估读)的读数为0.16A(如果向右再偏一点可读0.17A)而电压表(3V档,精确读到0.1V,再向下一位估读)读数为2.61V或2.62V。
二、选—1安培表内外接的选取
1、常规思想(已知电表内阻的大约值)
2、功能拓展(前提为电表内阻为已知量)电压表:电压量程为 电流量程为 电流表:电流量程为 电压量程为 电压表、电流表均具有双重功能,既能测电流又能测电压统称为电表。使用过程中不必再拘泥于单纯的串联或并联,完全可以将电压表串联使用测量电流,也可以将电流表并联使用测电压,但一定要注意电表的安全和量程的要求。具体示例如下:
左面方案可以求出精准Rx,因此不必严格按照“大内小外”选取,此时可检验两电表指针是否偏转的角度相对较大,来进一步减少偶然误差。
3、整合改观(前提为电表内阻为 已知)若思路2中电表量程不满足使用需求,可通过改表的方式扩大其量程:a.较大定值电阻 与电压表串联,电压量程由 扩大为 b.较小定值电阻 与电流表并联,电流量程由 扩大为 c.将定值电阻与待测Rx串联,有增大待测阻值(或提高其待测电压)的作用
由上可知,通过电表改装,可以将小量程电表串联大电阻或并联小电阻扩大其量程以满足测量电路的需要。
二、选—2分压电路与限流电路的选取
1、两种电路比较: 分压接法的优势是:电压变化范围大。限流接法的优势:在于电路连接简便,附加功率损耗较小。2、选择原则a.要求电压或电流从0开始调节则一定用分压接法b.当负载电阻Rx 较大是滑动变阻器总阻值R的几倍时,限流接法对电流,电压的调控作用不明显,则一定用分压接法c.用限流接法时,电路中电流或电压的下限比安培表或伏特表的最大量程还大时则一定用分压接法其余选限流接法
实验器材的选取遵循四个原则:1安全 2精确 3节能 4简便(1)安全性原则:选用仪器组成电路,首先要保证实验正常进行。例如通过电流表的电流和加在电压表上的电压均不得超过其量程,滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流(额定功率)等。(2)精确性、方便性原则“精确”是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差,提高精确度。例如所用电流表、电压表的指针应有较大的偏转,一般应使指针偏转在满刻度的1/3以上,以减小因读数引起的偶然误差。
二、选—3实验器材的选取
“方便”是指实验中便于调节控制,便于读数.例如应根据电路可能出现的电流、电压范围选择滑动变阻器.对大阻值的滑动变阻器,如果滑片稍有移动就使电路中的电流、电压有很大变化,则不宜采用。(3)运用仪器少,耗电少原则在达到实验目的,各项指标均符合要求的前提下,还应注意运用的仪器尽量少和节约电能。例如控制电路有限流式与分压式两种调节电路,若这两种调节电路均能满足要求,从消耗功率小,节约电能的角度,则应选用限流式电路。
在“伏安法测电阻”的实验中采用分压电路时一般选用总阻值较小的滑动变阻器,可方便调节。①在滑动变阻器作限流作用时,为使负载RX既能得到较宽的电流调节范围,又能使电流变化均匀,选择变阻器时,应使其总电阻R0大于RX,一般在2—5倍为好。 ②在滑动变阻器作为分压作用时,一般取滑动变阻器的总电阻R0在0.1RX—0.5RX之间为好。
三、画—1画电路图、连实物图、画特性曲线
1、必须掌握的几个电路图:
描绘小灯泡的伏安特性曲线
若考虑到电压表电流表内阻的影响,电流表测量回路电流是真实的,由于电流表的分压作用,导致电压表的测量值小于电源的路端电压,因此存在系统误差。如果我们将电流表分走的电压加上,则就得到了电源电动势和内阻的真实值。
1、必须掌握的几个电路图
(1) 原理—闭合电路欧姆定律
改变Rx ,电流Ix 随之改变,Rx 与 Ix 一一对应。
注意:(1) 欧姆表的刻度不均匀
(2)欧姆表每次更换量程测电阻前都要调零,调零时两表笔要短接。
(3)欧姆表中电池用久了,电动势和内阻要改变,测出的电阻值有较大的误差,所以欧姆表常用来粗测电阻。
1.表盘多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等,并且每一种测量都有几个量程.外形见左图所示:上半部为表盘,表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度;下半部为选择开关,它的周围标有测量功能的区域和量程.另外,还有欧姆调零旋钮、指针定位螺丝和测试笔的插孔.
2、实物连图,尤其是分压电路连图需要注意的事项:第一步:连接电源、电键、滑动变阻器的全阻,注意滑动变阻器连接两个下端。第二步:连接安培表、伏特表内外接的部分。第三部:将这两部分连接起来,注意滑动变阻器一个连上端,一个连下端。
四、算—算电阻,算电阻率,算电源电动势,算内阻等,下面介绍一种借助图线运算的方法
例题1 (1)为了测定电源的电动势和内阻,某同学利用如图a所示的电路进行实验,其中R为电阻箱,阻值范围0~999.9 Ω,R0为定值电阻,对电路起保护作用。调节电阻箱R的阻值,记录电阻箱的阻值R和对应的电流值I,得到如图b所示的 图线,由图线可得该电源的电动势为________V。
小结:图像法是处理实验数据的重要方法,要会根据测量数据准确地描绘图像,但描绘图像不是目的,描绘图像的目的是从图像中获取有用的信息,得出正确的实验结论或取得新的发现。所以能够理解图像的物理意义,学会从图象中收集信息是更重要的学习目标。
从误差的来源看,误差分为偶然误差和系统误差两种。偶然误差是由于各种偶然因素对实验的影响而产生的。 偶然误差具有随机性,有时偏大,有时偏小,所以减小偶然误差的方法就是通过多次测量求平均值。系统误差是由于仪器本身不精确,或实验方法粗略,或实验原理不完善而产生的。它的特点是使测量总是偏大或总是偏小。所以,采用多次测量求平均值的方法不能减小系统误差。要减小系统误差,必须校准仪器,或改进实验方法,或设计在原理上更为完善的实验。
②如图为正确选择仪器后,连好的部分电路,为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将 和 相连、 和 相连、 和 相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。③实验时发现电流表坏了于是不再使用电流表,剩余仪器中111
点评:本题考查了测电源电动势与内阻实验,根据电路图由欧姆定律求出图像的函数表达式是正确求出电源电动势与内阻的前提与关键。
1.读出下列电表的示数.
接0~3 V量程时读数为 V.接0~15 V量程时读数为 V
接0~0.6 A量程时读数 A.接0~3 A量程时读数为 A
接0~3 V量程时读数为2.12-2.14V接0~15 V量程时读数为10.7V接0~0.6 A量程时读数0.16A接0~3 A量程时读数为0.80A
2.有一待测电阻R,其阻值在1000~1100 Ω之间,实验室准备用来测量该电阻值的实验器材有:电压表V(量程0~15 V,内电阻约20 kΩ)电流表A1(量程0~10 mA,内电阻约20 Ω)电流表A2(量程0~300 mA,内电阻约40 Ω)滑动变阻器R1(最大阻值为2 0Ω,额定电流为1 A)滑动变阻器R2(最大阻值为300 Ω,额定电流为0.1 A)直流电源E(电动势为9 V、内电阻约为0.5 Ω)
开关及导线若干实验要求电表读数从零开始变化,并能多测几组电流、电压值,以便画出电流-电压的关系图线,为了实验能正常进行,减少测量误差,还要求滑动变阻器便于调节,则(1)电流表应选用____(填实验器材的代号).(2)滑动变阻器应选用____(填实验器材的代号).(3)甲、乙、丙、丁四个电路图中符合要求的电路图是____图.
3.某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值,他先将电压表接在a点,读得两表示数分别为U1=3.0 V,I1=3.0 mA,然后将电压表改接在b点,读得两表示数分别为U2=2.9 V,I2=4.0 mA,如图所示,由此可知电压表应接到____点误差较小,测得R值应为 Ω.
4、理想电压表内阻无穷大,而实际电压表并非如此,现要测量一个量程为0~3 V、内阻约为3 kΩ电压表的阻值。实验室备有以下器材: A.待测电压表V1:量程为0~3 V、内阻约为3 kΩ B.电压表V2:量程为0~6 V、内阻约为6 kΩ C.滑动变阻器R1:最大值20 Ω、额定电流1 A D.定值电阻R0 E.电源:电动势6 V,内阻约为1 Ω F.开关一个、导线若干
(1)利用以上器材设计如图甲所示测量电路,请你按图示电路将图乙的实验仪器连接起来;
(2)请写出按该电路测量电压表V1内阻RV的表达式,并指出表达式中各物理量的含义___________________________________________;(3)在正确连接电路后,闭合开关S,不断地调节滑动变阻器R1滑片位置,记录多组电压表V1、V2示数,作出U2 U1图线如图丙所示。若R0=1 480 Ω,由图线上的数据可得RV=________Ω。
(1)
(2)RV= R0,其中U1、U2分别为电压表V1、V2的示数,R0是定值电阻的阻值(3)2960Ω
5.待测电阻Rx的阻值约为20 Ω,现要测量其阻值,实验室提供器材如下:A.电流表A1(量程为150 mA,内阻约为10 Ω)B.电流表A2(量程为20 mA,内阻r2=30 Ω)C.电压表V(量程为15 V,内阻约为3 000 Ω)D.定值电阻R0=100 ΩE.滑动变阻器R1,最大阻值为5 Ω,额定电流为1.0 AF.滑动变阻器R2,最大阻值为5 Ω,额定电流为0.5 AG.电源,电动势E=4 V(内阻不计)H.电键S及导线若干
(1)为了使电表调节范围较大,测量准确,测量时电表读数不小于其量程的三分之一,请从所给的器材中选择合适的实验器材:__________________(均用器材前对应的序号字母填写);(2)根据你选择的实验器材,请你在虚线框内画出测量Rx的最佳实验电路图并标明元件符号; (3)待测电阻的表达式为Rx=__________________,式中各符号的物理意义为____________________.
(1)ABDEGH(2)
(3)待测电阻Rx= ,其中,I1、I2分别为A1和A2的示数,R0与r2分别为定值电阻和A2内阻的阻值
6.如图所示是有两个量程的电流表,当使用a、b两个端点时,量程为1 A,当使用a、c两个端点时,量程为0.1 A,已知表头的内阻Rg为200 Ω,满偏电流Ig为2 mA,求电阻R1、R2的值.
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