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2011年高考物理电学实验必杀技.doc


2011 年高考物理电学实验必杀技
1、电流表、电压表的读数规则: 电流表、电压表的读数规则: 的读数规则 电流表量程一般有两种——0.1~0.6A,0~3A;电压表量程一般有两种——0~3V,0~15V。如图 10-1 所示: 限流接法

负载 RL 上电压调节范围 (忽略 电源内阻)

负载 RL 上电流调节范 围(忽略电源内阻)

相同条件下电路消耗 的总功率

RL E≤UL≤E R L + R0
0≤UL≤E

E E ≤ I L≤ R L + R0 RL
0≤IL≤

EIL

分压接法

E RL

E(IL+Iap)
限流电路能耗较小

比较 图 10-1 电压表、电流表若用 0~3V、0~3A 量程,其最小刻度(精确度)分别为 0.1V、0.1A,为 10 分 度仪表读数,读数规则较为简单,只需在精确度后加一估读数即可。 如图所示,电压表读数为 1.88V,电流表读数为 0.83A。若指针恰好指在 2 上,则读数为 2.00V (或 A) 。 电压表若用 0~15V 量程,则其最小刻度为 0.5V,为 2 分度仪表读数,所读数值小数点后只能 有一位小数,也必须有一位小数。 如图所示,若指针指在整刻度线上,如指在 10 上应读做 10.0V,指在紧靠 10 刻度线右侧的刻 度线上(即表盘上的第 21 条小刻度线)读数为 10.5V,若指在这两条刻度线间的中间某个位置,则 可根据指针靠近两刻度线的程度,分别读做 10.1V,或 10.2V,或 10.3V,或 10.4V,即使是指在正 中央,也不能读做 10.25V,若这样,则会出现两位不准确的数,即小数点后的 2 和 5,不符合读数 规则,如上图中所示,读数应为 9.3V。 电流表若用 0-0.6A 量程,则其最小刻度为 0.02A,为 5 分度仪表读数,其读数规则与 0—15V 电压表相似,所读数值小数点后只能有两位小数,也必须有两位小数。 如上图所示,电流表读数为 0.17A,若指针指在第 11 条刻度线上,则读数为 0.22A,指在第 10 条刻度线上,读数为 0.20A,指在第 12 条刻度线上,读数为 0.24A。 2、滑动变阻器应用分析 滑动变阻器是电学实验中常用的仪器, 近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或渗 透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点. 滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点:如图 10-2 所示的两种电路中,滑动变阻器(最大 阻值为 R0)对负载 RL 的电压、电流强度都起控制调节作用,通常把图(a)电路称为限流接法,图 (b)电路称为分压接法.

分压电路调节范围较大

分压电路调节范围较 大

1.下列三种情况必须选用分压式接法 (1)要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如:测定导体的伏安特 性、校对改装后的电表等电路) ,即大范围内测量时,必须采用分压接法. (2)当用电器的电阻 RL 远大于滑动变阻器的最大值 R0 时,必须采用分压接法.因为按图(b) 连接时,因 RL>>R0>Rap,所以 RL 与 Rap 的并联值 R 并≈Rap,而整个电路的总阻值约为 R0,那么 RL 两端 电压 UL=IR 并=

U ·Rap,显然 UL∝Rap,且 Rap 越小,这种线性关系越好,电表的变化越平稳均匀,越 R0

图 10-2

便于观察和操作. (3)若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过 RL 的额定值时,只能采用 分压接法. 2.下列情况可选用限流式接法 (1)测量时对电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且 RL 与 R0 相差不大或 RL 略小于 R0,采用限流式接法. (2)电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采用限 流式接法. (3)没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节 能因素优先采用限流式接法. 例 1:用伏安法测量某一电阻 Rx 阻值,现有实验器材如下:待测电阻 Rx(阻值约 5 Ω,额定功率为 : 1 W) ;电流表 A1(量程 0~0.6 A,内阻 0.2 Ω);电流表 A2(量程 0~3 A,内阻 0.05 Ω);电压表 V1(量程 0~3 V,内阻 3 kΩ);电压表 V2(量程 0~15 V,内阻 15 kΩ);滑动变阻器 R0(0~50 Ω), 蓄电池(电动势为 6 V) 、开关、导线. 为了较准确测量 Rx 阻值,电压表、电流表应选________,并画出实验电路图. 审题】 【审题】该题要求选择实验仪器、测量电路及控制电路,因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻 Rx,故首先考虑滑动变阻器的限流接法 解析】 【解析】由待测电阻 Rx 额定功率和阻值的大约值,可以计算待测电阻 Rx 的额定电压、额定电流的 值约为

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U= PR ≈ 1× 5 V≈2.2 V,I= P / R ≈ 1 / 5 A=0.45 A.
则电流表应选 A1,电压表应选 V1. 又因 R A × RV =

当待测电阻阻值 Rx>>RA 时,安培表分压很小,选择安培表内接电路。 2、临界值计算比较法: 当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时,如何确定被测电阻 R 是较大还是较小 呢?我们要计算两种接法的相对误差,可用

0.2 × 3000 =24.5 Ω>Rx,则电流表必须外接.

因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻 Rx, 故首先考虑滑动变阻器的限流接法, 若用限流接法, 则被测电阻 Rx 上的最小电流为 Imin=

RV R 与 相比较. R RA

E 6 = =0.11 A<I 额,因 E x + R 5 + 50



RV R 即 R < RV R A 时,宜采用电流表外接法; > R RA RV R 即 R > RV R A 时,宜采用电流表内接法; < R RA
RV R A 时,电流表内外接法效果是一样的.此时的被测电阻值 R 我们称为临界电阻。

该实验没有对电流、 电压的调节范围未作特殊要求, 故用限流电路.电路 如图 10-4 所示. 【总结】 总结】 滑动变阻器全阻值相对待测电阻较大, 用分压接法不便于调节, 故限流接法是首选,只要能保证安全且有一定的调节范围即可。 图 10-4 用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下: 待测电阻 Rx (约 100 例 2: : );直流电流表(量程 0~10 mA、内阻 50 );直流电压表(量程 0~3 V、 内阻 5 k );直流电源(输出电压 4 V、内阻不计) ;滑动变阻器(0~15 、允许最大电流 1 A) ;开 关 1 个,导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图. 审题】 【审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法,各仪器的量程和电阻都已经给出,只需计算 两种接法哪种合适。 解析】 【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和 外接法, 由于 Rx< R A Rv , 故电流表应采用外接法.在控制电路中, 若采用变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载 的电流最小,Imin=



而R =

3、测试判断法(试触法) 若 Rx、RA、RV 的大小关系事先没有给定,可借助试触法确定内、外接法.具体做法是: 如图 10-6 所示组成电路,其中电流表事先已经接好,拿电压表的一个接线柱去分别试触 M、 N 两点,观察先后两次试触时两电表的示数变化情况。 如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即

?I ?U > ), 说明接 M 点时电压表分流作用 I U ?I ?U < ), 说明接 N 点时电流表分压作用 I U

引起的误差大于接 N 点时电流表分压作用引起的误差,这时应采用内接法(即电压表接 N 点)。 如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即

E =24 mA>10 mA,此时电流仍超过电 R + R A + Rx

引起的误差大于接 M 点时电压表分流作用引起的误差,这时应采用外接法(即电压表接 M 点).

流表的量程,故滑动变阻器必须采用分压接法.如图 10-5 所示. 图 10-5 总结】 【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全,这是电学实验的首要原则 ,限流接法虽然简洁 方便, 但必须要能够控制电路不超过电流的额定值,同时, 能够保证可获取一定的电压、 电流范围, 该题中,即便控制电流最小值不超过电流表的量程,因滑动变阻器全阻值相对电路其它电阻过小, 电流、电压变化范围太小,仍不能用限流接法。 3、实验电路和电学仪器的选择 (1)电路的选择 ①安培表内、外接电路的选择 由于电压表的分流作用和电流表的分压作用, 造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之 间产生误差,为减小此系统误差,应慎重选择电流表的内外接法,选择方法如下: 1、直接比较法: 当待测电阻阻值 Rx<<RV 时,伏特表分流很小,选择安培表外接电路; 根据以上原则,电学仪器的选择有如下建议: 图 10-6

1、电源的选择:选择直流电源,应根据用电器的需要来确定,一般考虑用电器所需的电压、 电路中的电流、电源电动势和允许电流等.在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下,选择 电动势较大的电源(以获得更多的测量数据) 。在相同电动势情况下,通常选择内电阻较小的电源 (以获得较稳定的路端电压),测电源内阻除外。 2、电表的选择:在不超过电表量程的条件下,选择量程较小的电表(以便测量时示数能在满 刻度的 2/3 左右) 。 3、滑动变阻器的选择:要由电路中所要求或可能出现的电流、电压的范围来选定变阻器,实际 流过变阻器的电流不得超过其额定值;如要通过变阻器的电阻改变来读取不同的电流、电压值时, 要注意避免变阻器滑片稍有移动电流或电压就会有很大变化的出现, 也要避免出现滑片从一头滑到

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另一头,电流或电压几乎没有变化的情况. 若控制电路确定为限流接法,则滑动变阻器应选用与实验电路中其它电阻的总阻值相差不大的; 若控制电路确定为分压接法,则应选用在额定电流允许的条件下阻值较小的滑动变阻器。 例 3: 图 10-7 为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需器材实物图,器材规格如下: : (1)待测电阻 Rx(约 100Ω) (2)直流电源(输出电压 4V,内阻可不计) (3)直流毫安表(量程 0~10mA,内阻 50Ω) (4)直流电压表(量程 0~3V,内阻 5KΩ) (5)滑动变阻器(阻值范围 0~15Ω,允许最大电流 1A) (6)电键一个,导线若干条 动触点应处的正确位置。 本题不要求选择仪器, 只是对已有的仪器进行电路的选择合成, 从一定程度上降低了难度, 【审题】 审题】 由已知条件,待测电阻与电压表阻值相差较多,滑动变阻器阻值相对较小。 【解析】因滑动变阻器阻值小于待测电阻 Rx 的阻值,所以 解析】 滑动变阻器应选用分压接法;待测电阻与电表相比,Rx 的 阻值和电压表的阻值相差较多,所以应选用安培表外接电 路,实物连接如图 10-8 所示。滑动变阻器分压接法时,在 闭合电键前, 变阻器的滑动触点应置于使负载电压为零处, 如图箭头所示。 (1)设计测量电阻的电路必须考虑两个方面,首 【总结】 总结】 图 10-8 图 10-7

Im =

U 3 = A = 150 ?A RV 20 × 10 3

所以应选电流表 A1,与电压表串联在电路中. 滑动变阻器的电阻远小于电压表内阻.如果用滑动变阻器连成限流电路,一则它对电路的调控 作用很不明显,二则是待测电压表分得的最小电压约为

RV 20 × 10 3 U'= U= 3 × 4V = 3.8V R + RV 10 + 20 × 10 3
大于电压表的量程,变阻器明显不能组成限流电路,这样变阻 器应作为分压器接在电路中, 就不会出现上述问题, 电路如图 10-10 所示. 总结】 【总结】对于电表的选择,必须先根据已知条件估算电路中的最大 电压或电流值,以此确定选用略大于且量程最小的电表。 例 5:有一改装的电流表 A1 需要与一标准电流表 A2 进行校对,采用如图所示 10-11 的电路,其中 E : 为电源,R0 为一限流电阻,R 为一可变电阻,S 为电键,限流电 阻能够限制电路中的最大电流,使之不超出电流表的量程过多, 从而对电流表起保护作用。实验中已有的器材及其规格如下: 蓄电池 E(电动势 6v,内阻约为 0.3Ω) , 改装电流表 A1(量程 0~0.6A, 内阻约为 0.1Ω) 标准电流表 A2 ( 量程 0~0.6A~3A, 内阻不超过 0.04Ω) 实验中备有的电阻器规格如下: A.固定电阻(阻值 8Ω,额定电流 2A) B.固定电阻(阻值 15Ω,额定电流 2A) C.滑动变阻器(阻值范围 0~20Ω,额定电流 2A) D,滑动变阻器(阻值范围 0~200Ω,额定电流 2A) 已知两个表的刻度盘上都将量程均匀分为 6 大格,要求从 0.1A 起对每条刻线一一进行核对, 为此,从备用的电阻器中,R0 应选用 ,R 应选用 。 (用字母代号填写) 【审题】本题中给出了固定限流电阻的选择,首先要明确其作用,实验要求电流范围在 0.1~0.6A 审题】 之间,即电路中仅有限流电阻时的电流要略大于 0.6A,同时要配合滑动变阻器,保证电路中的最 小电流不超过 0.1A。 【解析】已知改装表量程为 0~0.6A,要求从 0.1A 起对每条刻线进行核对,所以,电路中最大电流 解析】 不能小于 0.6A,最小电流不能大于 0.1A。电源电动势为 6v,根据欧姆定律 R总 = 图 10-11

根据器材的规格和实验要求,在实物图上连线。并用“↓”标出在闭合电键前,变阻器的滑

E

图 10-10

先要确定滑动变阻器是分压电路还是限流电路,再考虑是安培表外接电路还是安培表内接电路。 (2)连接实物图时,应该先干路,再支路。滑动变阻器分压接法是要注意电键能控制全电路电 流,即断开电键后,电路中无电学仪器仍处于通电状态,电键对支路不起作用是滑动变阻器分压接 法时经常出现的错误。 例 4:某电压表的内阻在 20~50K 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 200?A),电流表 A2(量程 5mA),电流表 A3(量程 0.6A),滑动变阻器 R(最大阻值 1k ),电源 E(电源电压为 4V),开关 S. (1)所提供的电流表中应选用 (填字母代号). (2)为了尽量减小误差,要求多测几组数据,试在图 10-9 方框中画出符合要求的实验电路(其 中电源和开关及连线已画出). 审题】 电流, 【审题】测量电压表的内阻,从已知条件看,需测量通过电压表的 因此,需估算通过电压表的最大电流来判断所用电流表的量程。同 时,滑 动变阻器的全阻值远小于电压表内阻,控制电路应采用分压接法。 解析】 估算电 【解析】电压表的示数等于通过电压表的电流与本身内阻的乘积, 路中的最大电流为 图 10-9

ε
I

,电路中最小

总电阻不能大于 10Ω,电路中除固定电阻和滑动变阻器外,其它电阻总阻值等于 0.44Ω,所以固 定电阻 R0 应选用 A(8Ω) ;又因最大总电阻不能小于 60Ω,滑动变阻器应选用 D(200Ω) 。

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(1)要正确理解限流电阻的限流作用—-使电路中的电流不超过电流表的量程过多,应理 【总结】 总结】 ... .. 解为:在保证电流表能达到满量程的条件下,通过电流表的电流不过大。所以限流电阻的阻值不能 大于使电流表达到满偏时的阻值。 (2) 注意区分限流电阻与滑动变阻器的作用, 限流电阻的作用是使电路中的电流不要过小 (不 小于 0.6A) ,而滑动变阻器的作用是使电路中的电流要达到足够小(不大于 0.1A) 。 4、电阻测量的方法归类 在高中电学实验中, 涉及最多的问题就是电阻的测量, 电阻的测量方法也比较多, 最常用的有: (1)欧姆表测量:最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测,为下一步的测 欧姆表测量: 量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。 (2)替代法: 替代法:替代法的测量思路是等效的思想,可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。 替代法测量电阻精度高,不需要计算,方法简单,但必须有可调的标准电阻(一般给定的仪器中要 有电阻箱) 。 替代法是用与被测量的某一物理性质等效,从而加以替代的方法。 如图 10-13 所示。先把双刀双掷开关 S2 扳到 1,闭合 S1,调整滑动变阻器,使电流表指针指到 某一位置,记下此时的示数 I(最好为一整数) 。再把开关 S2 扳到 2,调整电阻箱 R0,使得电流表指 针仍指到示数 I。读出此时电阻箱的阻值 r,则未知电阻 Rx 的阻值 等于 r。 说明:①在此实验中的等效性表现在开关换位后电流表的示数 说明 相同,即当电阻箱的阻值为 r 时,对电路的阻碍作用与未知电阻等 效,所以未知电阻 Rx 的阻值等于 r。 ②替代法是一种简捷而准确度很高的测量电阻的方法,此方法 没有系统误差,只要电阻箱和电流表的精度足够高,测量误差就可 以忽略。 ,需 (3)伏安法:伏安法的测量依据是欧姆定律(包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律) 伏安法: 要的基本测量仪器是电压表和电流表,当只有一个电表时,可以用标准电阻(电阻箱或给一个定值 电阻)代替;当电表的内阻已知时,根据欧姆定律 I=U/RV,电压表同时可以当电流表使用,同样根 据 U=IRA,电流表也可以当电压表用。 (4)比例法:如果有可以作为标准的已知电阻的电表,可以采用比例法测电表的电阻。用比例 比例法: 法测电表内阻时,两个电流表一般是并联(据并联分流原理) ,两个电压表一般是串联(据串联分 压原理) 。 所谓“比例法”是:要测量某一物体的某一物理量,可以把它与已知准确数值的标准物体进行 “比例法” 比较。例如,使用天平称量物体的质量,就是把被测物体与砝码进行比较,砝码就是质量数准确的 标准物体。天平的结构是等臂杠杆,因此当天平平衡时,被测物体的质量与标准物体的质量是相等 的,这就省去了进一步的计算。 有很多情况下,被测物体与标准物体的同一物理量间的关系并不是相等,而是在满足一定条件 下成某种比例的关系,这种方法又称为“比例法” 。 图 10-13

例如, 测电流表和电压表的内阻, 如果有可以作为标准的已知电阻的电表, 都可以使用比例法。 采用比例法测电阻的依据是:串联电路电压与电阻成正比,并联电路电流与电阻成反比。电压表可 显示电阻两端的电压值,电流表可显示电阻中通过的电流,所以测电流表内阻应把两电流表并联, 测电压表内阻应把两电压表串联,电路图分别如 图 10-14(甲)(乙)所示。 、 测电流表内阻时,应调节滑动变阻器 R01,使 两电流表的指针都有较大偏转, 记录下两电表的示 数 I1 和 I2,根据并联电路分流原理,若已知电流 表 A1 的内阻为 r1,则电流表 A2 的内阻 r2=
I1 r1 。 I2

图 10-14

测电压表内阻时,应调节滑动变阻器 R02,使两电压表的指针都有较大偏转,记录下两电表的 示数 U1 和 U2,根据串联电路分压原理,若已知电压表 V1 的内阻 r1,则电流表 V2 的内阻 r2= 以上例子中,甲图采用限流电路而乙图采用 分压电路,这是由于电流表内阻都较小,若采用 分压电路,则滑动变阻器的阻值必须更小,这时 电路近似于短路,是不允许的;而电压表内阻都 很大,若采用限流电路,则滑动变阻器的电阻必 须更大,这在实际上行不通。 。 (5)半值法(半偏法) 半值法(半偏法) 半值法是上面比例法的一个特例,测电流表 内阻和测电压表内阻都可以用半值法,电路图如图 10-15 所示。 甲图实验时先断开开关 S’ ,闭合 S,调整滑动变阻器 R01(限流法连接) ,使电流表 A 满度(即 ,调整电阻箱 R1,使电流表 A 的指针恰好指到半满度处,读出此时电 指针指满刻度处) ;再闭合 S’ 阻箱的阻值 R,则电流表 A 的电阻 rA=R。 (测量结果偏小) 乙图实验时先闭合开关 S’及 S,调整滑动变阻器 R02(分压法连接) ,使电压表 V 满度;再断 ,调整电阻箱 R2,使电压表 V 的指针恰好指到半满度处,读出此时电阻箱的阻值 R,则电压表 开 S’ V 的电阻 rV=R。 (测量结果偏大) 例 6:一电阻额定功率为 0.01 W,阻值不详.用欧姆表粗测其阻值约为 40 kΩ.现有下列仪表元件, : 试设计适当的电路,选择合适的元件,较精确地测定其阻值. ①电流表,量程 0~300 μA,内阻 150 Ω; ②电流表,量程 0~1000 μA,内阻 45 Ω; ③电压表,量程 0~3 V,内阻 6 kΩ; ④电压表,量程 0~15 V,内阻 30 kΩ; ⑤电压表,量程 0~50 V,内阻 100 kΩ; ⑥干电池两节,每节电动势为 1.5 V; ⑦直流稳压电源,输出电压 6 V,额定电流 3 A; 图 10-15
U2 r 。 U1 1

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⑧直流电源,输出电压 24 V,额定电流 0.5 A; ⑨直流电源,输出电压 100 V,额定电流 0.1 A; ⑩滑动变阻器,0~50 Ω,3 W; 11滑动变阻器,0~2 kΩ,1 W; ○ 12电键一只,连接导线足量. ○ 【审题】考查综合分析能力、推理能力及实验设计的创新能力,审题过程见解析。 审题】 解析】 【解析】由于现有器材中有电流表和电压表,故初步确定用伏安法测定此 电阻的阻值.又因待测电阻为一大电阻, 其估计阻值比现有电压表的内阻大 或相近, 故应该采用电流表内接法.由于现有滑动变阻器最大阻值比待测电 阻小得多,因此,若用滑动变阻器调节待测电阻的电流和电压,只能采用 分压接法,如图 10-19(否则变阻器不能实现灵敏调节).为了确定各仪表、 元件的量程和规格,首先对待测电阻的额定电压和电流作出估算:最大电 流为 Im= P / R =

滑动变阻器以最大电阻接入电路,分压接法中滑动变阻器输出电压端电压为零。 4、注意检查安培表的内外接法是否正确 5、导线不能接在滑动变阻器的支架或滑动头上,不能穿越用电器,不能有交叉线. 1.(全国卷 2)23.(13 分)如图,一热敏电阻 RT 放在控温容器 M 内: ○为毫安表,量程 6mA,内阻为数十欧姆;E 为直流电源,电动势约为 3V,内阻很小;R 为电阻箱, A 最大阻值为 999.9Ω;S 为开关。已知 RT 在 95℃时阻值为 150Ω,在 20℃时的阻值约为 550Ω。 现要求在降温过程中测量在 95℃~20℃之间的多个温度下 RT 的阻值。

0.01 -4 A=5×10 A=500μA;最大电压 Um=20 V.由 4000

图 10-19 (1) 在图中画出连线,完成实验原理电路图 (2) 完成下列实验步骤中的填空 ① 依照实验原理电路图连线 ② 调节控温容器 M 内的温度,使得 RT 温度为 95℃ ③ 将电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全 ④ 闭合开关。调节电阻箱,记录电流表的示数 I0 ,并记录 ⑤ 将 RT 的温度降为 T1 (20℃<T1<95℃) ;调节电阻箱,使得电流表的读数 ,记录 。 ⑥ 温度为 T1 时热敏电阻的电阻值 RT1 = 。 ⑦ 逐步降低 T1 的数值,直至 20℃为止;在每一温度下重复步骤⑤⑥ 答案: 答案 (1)电路图如图:

于实验中的电流和电压可以小于而不能超过待测电阻的额定电流和额定电压, 现有两个电流表内阻 相近,由内阻所引起的系统误差相近,而量程 0~1000 μA 接入电路时,只能在指针半偏转以下读 数,引起的偶然误差较大,故选用量程为 0~300 μΑ的电流表.这样选用电流表后,待测电阻上的 -4 3 最大实际电压约为 3×10 ×40×10 V=12 V,故应选用量程为 15 V 的电压表,由于在如图所示的 电路中,要实现变阻器在较大范围内灵敏调节,电源电压应比待测电阻的最大实际电压高,故电源 应选输出电压为 24 V 一种(其额定电流也远大于电路中的最大实际电流,故可用). 关于变阻器的选择,由于采用分压接法,全部电源电压加在变阻器上.若是把 0~50 Ω的变阻 器接入电路,通过它的最小电流 (对应于待测电路断开) 约为 24/50 A=0.5 A,最小功率约为 0.25 ×50 W=12.5 W,远大于其额定功率;而 0~2 kΩ的变阻器接入电路,其最大电流(对应于滑动键 靠近图 13-4 中变阻器 A 端)约为并联电路总电流 0.0136 A,小于其额定电流 0.2024 A.故应选 0~2 kΩ的变阻器. 总结】 【总结】本题处理过程相对复杂,但只要按照“仪器选择-测量电路选择-控制电路选择”这样的顺 序逐个突破,将复杂的过程逐一分解,遵循前面所提出的各种选择方法,题目也就迎刃而解了,因 此说,基础知识是关键,复杂题目只是基础知识的合成。 实验设计的基本思路 明确目的 → 选择方案 → 选定器材 → 拟定步骤 →



数据处理



误差分析

(2)d、电阻箱的读数 R0

e、仍为 I 0

电阻箱的读数为 R1

f、 150? + R0 ? R1

三、关于电路实物连线的几个易错点: 关于电路实物连线的几个易错点: 1、电键必须控制全电路 2、电表的量程和正负极 3、滑动变阻器的“两端限流、三端分压”接法,且要求在闭合电键前,必须保证限流接法中

2.(天津卷)9.(3)要测量电压表 V1 的内阻 RV,其量程为 2V,内阻约 2KΩ。实验室提供的器材 有: 电流表 A,量程 0.6A,内阻约 0.1Ω;

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电压表 V2,量程 5V,内阻为 5KΩ; 定值电阻 R1,阻值 30Ω; 定值电阻 R2,阻值为 3KΩ; 滑动变阻器 R3,最大阻值 100Ω,额定电流 1.5A; 电源 E,电动势 6V,内阻约 0.5Ω; 开关 S 一个,导线若干。 ①有人拟将待测电压表 V1 和电流表 A 串联接入电压合适的测量电路中,测出 V1 的电压和电流, 再计算出 RV。该方案实际上不可行,其最主要的原因是 ②请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表 V1 内阻 RV 的实验电路。要求测量尽量准 确,实验必须在同一电路中,且在不增减元件的条件下完成。试画出符合要求的实验电路图(图中 电源与开关已连接好) ,并标出所选元件的相应字母代号:

试验时,应先将电阻箱的电阻调到____.(选填“最大值”“最小值”或“任意值” 、 ) (1) 改变电阻箱的阻值 R,分别测出阻值 R0 =10 ? 的定值电阻两端的电压 U,下列两组 R 的取 值方案中,比较合理的方案是____.(选填 1 或 2)

③由上问写出 V1 内阻 RV 的表达方式,说明式中各测量量的物理意义。 答案:①电流表 A 不能准确测量出流过电压表 V1 的电流;②测量电压表 V1 内阻 RV 的实验电路如图 答案 所示;③ RV =

(3)根据实验数据描点,绘出的 距为 b,则该电源的电动势 E=

1 1 ? R 图像是一条直线。若直线的斜率为 k,在 坐标轴上的截 U U
▲ ,内阻 r= ▲ (用 k、b 和 R0 表示)

U1 R2 , U1 表示的 V1 电压, U 2 表示 V1 和 R2 串联的总电压。 U 2 ? U1

答案: (2)2; (3) 答案 (1)最大值;

1 b ; ? R0 kR0 k 9 = 0.03 A , 若 R=60 Ω , 电 流 约 300

( ( 解 析 : 1 ) 为 了 安 全 。 2 ) 若 R=300 Ω , 电 流 约

9 = 0.15 A ,后者电流读数大,误差小,所以填 2。 60 + 10
(3) 电流 I =

U 1 1 1 r 1 1 ,E = I(R + R 0 + r) , 得 = R+ + , ? R 图象的斜率 k = , R0 U ER0 E ER0 U ER0

截距 b = 3.(江苏卷)10、 分)在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用的电压表(视为理想 (8 电压表)的量程较小,某同学涉及了如图所示的实物电路。

1 r 1 b + ,所以电动势 E = ,内阻 r = -R0 E ER0 kR0 k

4.2010·海南物理·13 图 1 为测量电压表 V 内阻 r 的电路原理图.图中两个固定电阻的阻值均为 2010·海南物理· 2010 R,

S1



S2

是开关, E 是电源(内阻可忽略) 。 S1

V

(1)按电路原理图将图 2 中的实物图连线;
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R E 图1 S2

R

①首先, 用多用电表进行粗测: 多用电表电阻挡有 4 个倍率, 分别是×1 k 、 ×100 、 ×10 、 。 ×1 该同学选择×10 倍率,用正确的操作方法测量,发现指针偏角太小(相对左端) 。为了较准确地进 行测量,他又将选择开关拨到了与×10 邻近的倍率上,若这时刻度盘上的指针位置如图所示,那 么测量结果是_________ 。

(2)开关

S1 保持断开, S 此时电压表的读数为 U1 ; S 电压表的读数变为 U 2 , 合上开关 2 , 再合上开关 1 , U1 、 U 2 和 R 表示) 。

②为了更精确地测出此电压表内阻,请你在方框中帮该同学设计一个 实验电路。 ③请简述实验步骤: ④并用所述所测量的符号表示电压表内阻 RA= 。

电压表内阻 r =___________(用

U1 R U 2 ? 2U1 【答案】(1)实物图连线如右图所示。 (2) E R + RRrr = Rr + S1 S E = U2 U1 R+r 【解析】开关 保持断开 时, ,合上开关 1 ,则 , r=
解得

【答案】①3000②如图

U1 R U 2 ? 2U1 。

③闭合开关 S1,读出电压表的示数 I1,再闭合 S2,读出电压表的示数 I2 ④ I1R0 I2-I1

5.测量一只量程已知的电流表的内阻,所备器材如下:

6.为了测定电流表 A1 的内阻,采用如图 4 所示的电路.其中:A1 是待测电流表,量程为 300 ? A, 内阻约为 100Ω;A2 是标准电流表,量程为 200 ? A;R1 是电阻箱,阻值范围是 0~999.9Ω;R2 是 滑动变阻器;R3 是保护电阻;E 是电池组,电动势为 4V,内阻不计;S1 是单刀掷开关.S2 是单刀 双掷开关.?

A.待测电压表 A1(量程 1mA,内阻未知) B.电流表 A2(量程 3A,内阻 0.01 ) C.定值电阻 R0(阻值 2k ,额定电流 50mA) D.电池组 E(电动势略小于 3V,内阻不计) E.多用电表 F.单刀单掷开关 S1、S2 各一个,导线若干 有一同学利用上面所给器材,进行如下实验操作:

(1)根据电路图,请在图 5 中画出连线,将器材连接成实验电路.
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(2)连接好电路,将开关 S2 扳到接点 a 处,接通开关 S1,调整滑动变阻器 R2 使电表 A2 的读 数是 150 ? A; 然后将开关 S2 扳到接点 b 处, 保护 R2 不变, 调节电阻 R1, A2 的读数仍为 150 ? A. 使 若 此时电阻箱各旋钮的位置如图 6 所示,电阻箱的阻值是_______Ω,则待测电流表 A1 的内阻 R1=______Ω. (3) 上述实验中, 无论怎样调整滑动变阻器 R2 的滑动端位置, 都要保证两块电流表的安全. 在 下面提供的四个电阻中,保护电阻 R3 应选用:_____________________(填写阻值相应的字母) . A.200kΩ B.20kΩ C.15kΩ D.20Ω (4)下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用.既要满足上述实验要求,又要调整方 便,滑动变阻器___________________(填写阻值相应的字母)是最佳选择.? A.1kΩ B.5kΩ C.10kΩ D.25kΩ?? 【答案、解析】 (1)实物连线如图所示. (2)电阻箱的阻值 R1=0×100Ω+8×10Ω+6×1Ω+3×0.1Ω=86.3Ω. 本题测量电流表的内阻的方法是“替代法” .即用电阻箱的阻值替代电流表 A1 的内阻值,其条 件是:开关 S2 分别扳到 a 处和 b 处时,保持滑动变阻器 R2 不变,且使电流表 A2 读数相同.所 以,待测电流表 A1 的内阻 RA1 = R1 = 86.3 Ω.

滑动变阻器较合适,正确的选项为 C 届高三周测标有“6V,1.5W”的小灯泡,测量其 0—6V 各不同电压 7. 广东省阳东广雅中学 2010 届高三周测 下的实际功率,提供的器材除导线和开关外,还有: A.直流电源 6V(内阻不计) B.直流电流表 0-3A(内阻 0.1Ω以下) C.直流电流表 0-300mA(内阻约为 5Ω) D.直流电压表 0-15V(内阻约为 15kΩ) E.滑动变阻器 10Ω , F.滑动变阻器 1kΩ , ①实验中电流表应选用 ②在虚线方框图中画出电路图 2A 0.5A ,滑动变阻器应选用 。 (序号表示)

(3)当 R2 调为零时,要使电路中的电流 I 不超过电流表 A2 的量程,根据闭合电路欧姆定律可 知,电路总电阻 R 总至少为:R总 =
E 4 = = 2 × 104 Ω=20kΩ. 由于电流表 A1.A2 的内阻(约 I A2 200 × 10?6

答案: 答案:①C

2 分; E

2分

②如图所示

为 100Ω)远小于 R 总,故保护电阻 R3 应选用 20kΩ的电阻,但若选用 200kΩ的电阻,则电路中电流 太小,电流表 A1.A2 指针偏转量太小,读数不明显,实验误差太大.所以,正确的选项为 B. (4)由于 R3=20kΩ,调整滑动变阻器 R2 时,要使电流表 A2 的读数为 150 ? A ,则 R2 ≈ R 3=
4 150 × 10
?6

E - I

Ω-2×104Ω≈7kΩ.若选用 1kΩ或 5kΩ滑动变阻器,则不能满足实验要求(A2 读 电流表外接法 3 分 分压电路 3分

数为 150 ? A ) ;若选用 25kΩ的滑动变阻器,则调节范围太小(不方便调节) ,所以,选用 10kΩ的

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河南省新郑州二中分校 届高三第一次模拟有一段粗细均匀的导体,现要用实验的方法测定 8. 河南省新郑州二中分校 2010 届高三第一次模拟 这种导体材料的电阻率,若已测得其长度和横截面积,还需要测出它的电阻值 Rx。 ①若已知这段导体的电阻约为 30Ω,要尽量精确的测量其电阻值,除了需要导线、开关以外,在以 下备选器材中应选用的是 。(只填写字母代号) B.电流表(量程 0~0.6 A,内阻约 0.12Ω)

A.电池(电动势 14 V、内阻可忽略不计)

C.电流表(量程 0~100m A,内阻约 12 Ω) D.电压表(量程 0~3 V,内阻约 3 kΩ) E.电压表(量程 0~15 V,内阻约 15 kΩ) F.滑动变阻器(0~10Ω,允许最大电流 2.0A) G.滑动变阻器(0~500 Ω,允许最大电流 0.5 A) ②在方框中画出测这段导体电阻的实验电路图(要求直接测量的变化范围尽可能大一些)。 ③根据测量数据画出该导体的伏安特性曲线如图所示,发现 MN 段明显向上弯曲。若实验的操作、 读数、记录、描点和绘图等过程均正确无误,则出现这一弯曲现象的主要原因 是 。

答案: 答案:①ABEF(4 分) ②如图所示(4 分)
V A Rx

S E

③随着导体中的电流增大,温度升高,电阻率增大,电阻增大(4 分
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