2022年高三专题复习-高中物理电学实验基础总结 .pdf

高中物理电学实验基础一、电表、电表的改装1.灵敏电流表G （1）三个主要参数内阻 Rg:电流表线圈的电阻，大约几十欧到几百欧。满偏电流Ig:指针批转到最大刻度时的电流，大约几十微安到几毫安。满偏电压Ug:电流表通过Ig 时两端的电压，大约零点几伏。（2）三个参数间的关系：由欧姆定律可知Ug=IgRg 注意：电表就是电阻。2.电压表（1）电压表的改装电流表 G 的电压量程Ug=IgRg ， 当改装成量程为U 的电压表时， 应串联一个电阻R 分去多余的电压U-Ug ，电阻 R 叫分压电阻。（2）电压表的内阻：Rv=Rg+R 3.电流表的改装电流表 G 的电压量程Ug=IgRg ，当改装成量程为 I 的电流表时， 应并联一个电阻R 分去多余的电流I-Ig ， 电阻 R 叫分流电阻。（2）电流表的内阻：RA=RgR/(R+Rg) 4.电流表改装成欧姆表原理：闭合电路的欧姆定律如图 1 所示，当红、黑表笔短接时，调节R，使电流表的指针达到满偏电流，此时指针所指表盘上满刻度处对应两表笔间电阻为零。这时有：当两表笔间接入电阻Rx 时，电流表的电流为：当 Rx 改变时，Ix 随着改变， 将电流表表盘上Ix 处表上对应的Rx 值，就构成了欧姆表。中值电阻：欧姆表的内阻即为中值电阻R 中 R 内 R+Rg+r 因 Ix 与 Rx 不是线性关系，欧姆表表盘刻度不均匀。二、滑动变阻器的两种接法()ggggggUUUIRRUURRUg据串联电路的特点得：解得：GRIUgUGRIgU-UgR ()gggggggUI RIIRI RRII据并联电路的特点得：解得：I-Ig UGRIR ggEIRRrxgxEIRRrRG+RE r红表笔黑表笔RxG+RE r红表笔黑表笔图 1 (0)xERxUE rRP aS E 图 2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 12 页1.限流接法如图 2 所示。用电器 Rx 的电压调节范围：电路消耗的总功率为：EI 限流接法的选用原则：测量时电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只在小范围内变化，且待测电阻Rx 与 R 接近时。电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时。两种方法都满足时优先选用限流接法。2.分压接法如图 3 所示Rx 电压调节范围0UxE。开关闭合前，P 应在 a 端。分压接法的选用原则：测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。待测电阻Rx 远大于 R，且要求电压变化范围较大时。采用限流接法时， 电路中实际电压或电流的最小值仍超过Rx 的额定值或电表量程时。三、电阻的测量1.伏安法测电阻（1）原理：部分电路的欧姆定律。（2）电流表外接法，如图4 所示。误差分析：产生误差的原因：电压表V 分流。适用于测小阻值电阻，即Rx 远小于 Rv 时。（3）电流表内接法，如图5 所示。误差分析：产生误差的原因：电流表 A 分压。 适用于测大阻值电阻，即 Rx 远大于RA时。（4）内、外接法的选用原则计算临界电阻：若 RxR0，待测电阻为大电阻，用内接法若RxxRR测所以xARRR测当xARR时，xRR测，系统的相对误差很小，可以忽略不计，所以内接法适用于测量高阻值电阻。（2）外接法：如图所示，待测电阻的测量值R测：VxVRVxUUR RRIIIRR测测测测显然有：xRR测所以1VxVVR RRRRRRR测测测测当xVRR时，0 xVRR，xRR测，系统的相对误差忽略，所以外接法适用于测量低阻值电阻。三、滑动变阻器的几点说明滑动变阻器的限流接法和分压接法：测x 测V V IV IR A A A 测x V 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 12 页电路负载LR上电压调节范围负载LR上电流调节范围闭合开关前触电所处位置相同条件下消耗的总功率限流接法0LLLRURR0LLLIRRRb 端LI分压接法0LU0LLIRa 端()LapII比较分压电路调节范围大分压电路调节范围大都为了保护负载电路限流电路能耗小四、测量电源电动势和电阻1. 实验原理根据闭合电路的欧姆定律，其方法有：（1）如图甲所示，改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组U和 I 的值，由可得，。（2）为减小误差，至少测出六组U和 I 值，且变化范围要大些，然后在UI 图中描点作图，由图线纵截距和斜率找出E，如图乙所示。2. 实验步骤（1）恰当选择实验器材，照图连好实验仪器，使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入电阻值最大的一端。（2）闭合开关S，接通电路，记下此时电压表和电流表的示数。（3）将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置，记下此时电压表和电流表的示数。（4）继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置，记下各位置对应的电压表和电流表的示数。（5）断开开关S，拆除电路。（6）在坐标纸上以U为纵轴，以I 为横轴，作出UI 图象，利用图象求出E、 r 。3. 实验误差分析（1）偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI 图象时描点不很准确。（2）系统误差： 系统误差来源于未计电压表分流，近似地将电流表的示数看作干路电流。实际上电流表的示数比干路电流略小。如果由实验得到的数据作出图中实线（ a）所示的图象，那么考虑到电压表的分流后，得到的UI 图象应是图中的虚线（ b），由此可见，按图所示的实验电路测出的电源电动势，电源内电阻。说明：外电路短路时，电流表的示数 （即干路电流的测量值）等于干路电流的真实值，所以图中 （a）、（b）两图线交于短路电流处。当路端电压（即电压表示数）为时，由于电流表示数小于干路电流，所以（ a）、（ b）两图线出现了图中所示的差异。 4. 注意事项（1）电流表要与变阻器靠近，即电压表直接测量电源的路端电压。（2）选用内阻适当大一些的电压表。RL R0 Sabr0 PRL R0 Sabr0 P精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 12 页（3）两表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差。（4）尽量多测几组U、I 数据（一般不少于6 组），且数据变化范围要大些。（5）作 U I 图象时，让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直线两侧。 5. 数据处理的方法（1）本实验中，为了减小实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的U、I 值，作 UI图象，所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E，图线斜率的值即为电源的内阻r，即。（2）应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图（甲）所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得的点及作出的图线误差较大。为此，可使纵轴不从零开始，如图（乙）所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些。此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻r。6. 实验仪器的选择本实验的系统误差来源于未计电压表的分流。为减小该误差，需要减小电压表的分流。减小电压表分流的方法有二方面，一是选取阻值范围小的滑动变阻器，二是在满足量程要求的前提下选取内阻较大的电压表。由于选用了阻值范围小的滑动变阻器，所以电路中电流较大，因而，还需要滑动变阻器的额定电流较大。综上所述，本实验中滑动变阻器的选择原则是：阻值范围较小而额定电流较大；电压表的选择原则是：在满足量程要求的前提下选取内阻较大的；电流表的选择需根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定。五、多用表的使用欧姆表的改装：（1）主要部件：表头、可调电阻、电源、红黑表笔等。电路如图。（2）原理：由闭合电路欧姆定律得：0ggIRRr，0 xgxIRRrR，xR与I不成正比，gII时，0 xR。（3）刻度盘的特点：零刻度线在最右端，从右向左读数；刻度不均匀，前疏后密。中值电阻附近误差小。注：因欧姆表示数为零时：0ggIRRr，中值时：02ggxIRRrR，则0 xgRRRr。（4）使用方法：首先机械调零；再欧姆调零，即两表笔直接短接，调整0R，让指针指在欧姆表盘最右端零刻度处；连接被测电阻，读出刻度盘示数R，xRkR，其中k为档位倍数。若指针偏右，需缩小倍数，选k小的档位；若指针偏左，需放大倍数，选k大的档位。每换一次档位，需重新调零。【例】 某同学利用多用电表测量二极管的反向电阻。完成下列测量步骤：（1）检查多用电表的机械零点。（2）将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将选择开关拔至电阻测量挡适当的量程处。（3）将红、黑表笔_，进行欧姆调零。（4）测反向电阻时，将_表笔接二极管正极，将_表笔接二极管负极，读出电表示数。（5）为了得到准确的测量结果，应让电表指针尽量指向表盘_（填“左侧”、 “右侧” 或“中央”） ；否则，在可能的条件下，应重新选择量程，并重复步骤（3） 、 （4） 。（6）测量完成后，将选择开关拔向_ 位置。六、电流表、电压表的读数规则精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 12 页0 1 2 3 0 5 10 15 电流表量程一般有两种0.1 0.6A ，03A；电压表量程一般有两种03V，015V。如图 10-1 所示：因为同一个电流表、电压表有不同的量程，因此，对应不同的量程，每个小格所代表的电流、电压值不相同，所以电流表、电压表的读数比较复杂，测量值的有效数字位数比较容易出错。下面是不同表，不同量程下的读数规则：电压表、电流表若用03V、03A 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015V 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。高考要求会正确使用的电学仪器有：电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。总结后我们可以得到除了滑动变阻器以外，其它仪器都要求会正确读出数据。读数的基本原则是：凡仪器最小刻度是10 分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字） ；凡仪器最小刻度不是10 分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的，指针必须指向某一个确定的数值，不能在两个数值之间，因此电阻箱测量结果的各位读数都是从电阻箱上指针所指位置直接读出的，不再向下估读。【例 1】下图是电压表的刻度盘。若当时使用的是该表的0-3V 量程， 那么电压表读数为多少？若当时使用的是该表的0-15V 量程，那么电压表度数又为多少？解： 0-3V 量程最小刻度是0.1V ，是 10 分度的，因此要向下估读一位，读1.15V（由于最后一位是估读的，有偶然误差，读成1.14V-1.17V 之间都算正确） 。0-15V 量程最小刻度为0.5V，不是 10 分度的，因此只要求读到0.1V 这一位，所以读5.7V（5.6V-5.8V 之间都算正确） 。【例 2】下图是电阻箱示意图，试读出当时电阻箱的阻值。图 10-1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 12 页解：电阻箱面板上有6 个旋钮， 每个旋钮上方都标有倍率。将每个旋钮的指针所指的数值（都为整数）乘以各自的倍率，从最高位到低位依次读出来，就得到这时电阻箱的实际阻值。注意图中最左边的两个黑点是表示的是接线柱。若指针位置如图所示，则阻值为84580.2。如： （04 北京理综）电阻箱各旋钮的位置如右图所示，电阻箱R 的阻值是 _。解析：电阻箱的读数方法是：每挡指示数字乘以相应倍率后相加的总和，所以86.3。0.11011K10K100 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 12 页