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第一部分 专题6 第二讲《电学实验》


第一部分

专题讲练突破
2013.2

第 2讲

电学实验

1.实验原理 l RS 由电阻定律R=ρS得ρ= l .可见,只要测出金属丝的电阻R、横截面 积S和长度l,即可求出其电阻率. 2.游标卡尺的读数方法 从游标尺零刻线所对位置,读出在主尺上以1 mm为单位的整数部 分;再

确定游标尺上的第几条刻线与主尺刻线对齐,由游标尺读出不足 整毫米的小数部分,最后把两部分读数相加即得测量长度,即L=主尺 上的整毫米数+游标尺读数×精度(单位为毫米).

3.螺旋测微器的读数方法 整数部分由固定刻度的整数决定,小数部分则由固定刻度的半刻 度和可动刻度的示数共同决定.若固定刻度过半毫米刻线,则可动 刻度的示数加上“0.5 mm”;若没有过半毫米刻线,就由可动刻度的 示数来确定,读数为L=固定刻度示数+可动刻度示数×分度值.

【注意】 (1)使用游标卡尺时不需要估读.
(2)读螺旋测微器时要注意半毫米刻线是否露出,以mm为单位时

,示数一定要读到小数点后面的第三位,即使最后一位估读数字为
零时,也不能省略.

4.数据处理 (1)金属丝长度l:用刻度尺测出接入电路的实际长度. πd2 (2)横截面积S:用螺旋测微器测出金属丝直径d,由S= 4 计算得 出.对螺旋测微器注意读数方法和有效数字位数. (3)电阻R的测量:用伏安法测金属丝的电阻值. 5.用伏安法测电阻时电路的选择方法 (1)电流表内接、外接的选择 RV Rx ①当 R <R 时,用电流表内接法. x A RV Rx ②当 R >R 时,用电流表外接法. x A

(2)滑动变阻器两种接法的选择 一般选用限流式连接,因限流式易连接且节能.但在下列三种 情况下,必须选择分压式连接: ①题目所提供的实验仪器、电表的量程或电阻的最大允许电流 不够. ②变阻器的电阻远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻值. ③要求电路中某部分电路的电压从零开始连续变化.

(2012·山东高考)在测量金属丝电阻率的实验中,可供选 用的器材如下:

待测金属丝:Rx(阻值约4 Ω,额定电流约0.5 A);
电压表:V(量程3 V,内阻约3 kΩ); 电流表:A1(量程0.6 A,内阻约0.2 Ω); A2(量程3 A,内阻约0.05 Ω); 电源:E1(电动势3 V,内阻不计);

E2(电动势12 V,内阻不计);
滑动变阻器:R(最大阻值约20 Ω); 螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线.

(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如

图6-2-1所示,读数为_______ mm.
(2)若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽 量精确,电流表应选________ , 电源应选________(均填器材代号),在虚线框内完成电路原理图.

【解析】

(1)螺旋测微器的读数为

1.5 mm+27.3×0.01 mm=1.773 mm.
(2)在用伏安法测电阻的实验中,为使测量尽 量精确,则电流表、电压表指针需达到半偏 以上,又因待测电阻丝的额定电流为0.5 A, 所以电流表选A1,电源选E1即可.电路原理 如图所示. 【答案】 解析 (1)1.773(1.771~1.775均正确) (2)A1 E1 电路图见

1.实验原理 按如图6-2-2所示的原理图连接好实验电路,用电流表测出流 过小灯泡的电流,用电压表测出小灯泡两端的电压,测出多组(U、 I)值后,在U-I坐标系中描出对应点,用一条平滑的曲线将这些点 连接起来,就得到小灯泡的伏安特性曲线.

2.电压表、电流表量程的选取 电流表一般用0.6 A量程,电压表量程要看小灯泡的额定电压标 值. 3.电路的选择 (1)电流表内、外接法的选择 小灯泡内阻很小,当它与0~0.6 A的电流表串联时,电流表的分 压影响很大,故采用电流表外接法. (2)分压、限流电路的选择 为描绘完整的伏安特性曲线,小灯泡两端的电压要求从0开始连

续变化,因此滑动变阻器应采用分压式连接.
4.连线的原则 用平滑的曲线(不是折线)将各点连接起来,不在曲线上的点应大

致“对称”地分居两侧,偏离较远的点应当舍去.

(2012·四川高考)某学习小组的同学拟探究小灯泡L的伏安
特性曲线,可供选用的器材如下: 小灯泡L,规格“4.0 V 0.7 A”;

电流表A1,量程3 A,内阻约为0.1 Ω; 电流表A2,量程0.6 A,内阻r2=0.2 Ω;

电压表V,量程3 V,内阻rV=9 kΩ;
标准电阻R1,阻值1 Ω; 标准电阻R2,阻值3 kΩ;

滑动变阻器R,阻值范围0~10 Ω;
学生电源E,电动势6 V,内阻不计; 开关S及导线若干.

(1)甲同学设计了如图6-2-3甲所示的电路来进行测量,当通过L的 电流为0.46 A时,电压表的示数如图6-2-3乙所示,此时L的电阻 为________Ω.

(2)乙同学又设计了如图6-2-4甲所示的电路来进行测量,电压表指 针指在最大刻度时,加在L上的电压值是________V.

(3)学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,需要重 新设计电路.请你在乙同学的基础上利用所供器材,在图6-2-4乙 所示的虚线框内补画出实验电路图,并在图上标明所选器材代号.

U 【解析】 (1)电压表的示数U=2.30 V,所以灯泡的电阻RL= I = 2.30 0.46 Ω=5 Ω. (2)由题图知电压表V与R2串联,根据串联分压,当电压表V的示数 为3 V时,R2两端的电压为 UV 3 U2= R R2=9×3 V=1 V
V

所以灯泡两端的电压 U′=UV+U2=(3+1) V=4 V.

(3)要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线,则电压表的量程为 4.0 V,电流表的量程为0.7 A,因此将电压表V与标准电阻R2串联改装为 量程为4.0 V的电压表,将电流表A2与标准电阻R1并联改装成量程为0.6 0.6×0.2 A+ 1 A=0.72 A的电流表.故虚线框内实验电路如图所示.

【答案】

(1)5 (2)4

(3)见解析

1.实验原理 由闭合电路欧姆定律:E=U+Ir,只要测出两组U、I值,就可以 列方程组求出E和r. 2.实验电路的选择 由于电源的内阻一般很小,为减小测量误差,常采用图6-2-5甲 所示的电路,而不用图6-2-5乙电路.

3.电压表、电流表量程及滑动变阻器的选取 (1)电压表量程:根据测量电源的电动势的值选取,如测两节干电 池,电压表选0~3.0 V量程.

(2)电流表量程:因要求流过电源的电流不宜过大,一般选0~0.6 A
量程. (3)滑动变阻器的选取:阻值一般为10~20 Ω.

4.数据处理
改变R的值,测出多组U、I值,作出U-I图线, 如图6-2-6所示,图线与U轴交点的纵坐标即 为电源电动势,图线斜率的绝对值即为电源内阻.

5.注意事项 由于电源的内阻很小,即使电流有较大的变化,路端电压变化也 很小,为充分利用图象空间,电压轴数据常从某一不为零的数开始 ,但U-I图象在U轴上的截距和图线斜率的意义不变.

(2012·广东潮州模拟)某同学用如图6-2-7所示电路来测定
电池的电动势和内阻.

(1)实验开始时,滑片P应位于________端.(填A或B) (2)该同学测得如下表的五组数据.根据数据在相应图6-2-8中 作出U-I图线,从图象可得电池的电动势E=______V,内阻r= ______Ω.(结果均保留二位小数).

【解析】

(1)要使变阻器的电阻值最大(2)U-I图线,如图所示纵轴

截距表示电动势E=1.45 V,斜率绝对值表示电源内阻r=0.71 Ω.

【答案】

(1)A (2)图见解析 E=1.43 V~1.48 V

r=0.64 Ω~0.78 Ω

1.实验原理

(1)如图6-2-9所示,多用电表通过调节
选择开关,使其内部接通不同的电路.因 此多用电表可以测量交流电压、直流电压、

直流电流和电阻,测量同一物理量时有不
同的量程.由于使用多用电表时不管测量 项目是什么,电流都要从电表的“+”插 孔(红表笔)流入,从“-”插孔(黑表笔)流 出,所以使用欧姆挡时,多用电表内部电 池的正极接的是黑表笔,负极接的是红表笔.

(2)要区分开“机械零点”与“欧姆零点”:“机械零点”在表盘刻
度左侧“0”位置,通过表盘下边中间的定位螺丝调整;“欧姆零点” 在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置,通过欧姆挡的调零旋钮调整.

(3)在使用多用电表测电阻时,改用不同欧姆挡时,只需“欧姆凋零
”不必再“机械调零”. 2.实验中应注意的问题

(1)用多用电表测电阻时测量前应根据估计阻值选用适当的挡位.由
于欧姆挡刻度的非线性,使用欧姆挡测电阻时,表头指针偏转过大或 过小都有较大误差,通常只使用表盘中间一段为测量的有效范围.

(2)每更换一次挡位,都要重新进行欧姆凋零.
(3)由于欧姆挡表盘刻度不均匀,难于估读,测量结果只能取两位有 效数字,计数时不要忘记乘上相应挡位的倍率.

(2012·大连模拟)一只电流表头,其内电阻Rg=299.7 Ω.当 给表头并联上一个阻值为0.3 Ω的电阻后,此电流表量程为I=1 A. (1)求电流表头的满偏电流; (2)若把此电流表头改装为一量程为U=3 V的电压表,需给其串联

一个多大的电阻?
(3)若用这只电流表头和一节干电池(E=1.5 V,r=0.3 Ω)组装成欧 姆表,现有变阻器R1=1 kΩ,R2=1.5 kΩ,应选用哪一个作调零电 阻?为什么? (4)当用这只组装好的欧姆表测某电阻时,欧姆表指针正好指在刻

度中央,求被测电阻的阻值是多少?

【解析】 (1)设表头满偏电流为Ig,则并联电阻电流为(I-Ig) 由Ig×299.7=(I-Ig)×0.3,得Ig=1 mA. U 3 (2)需串联的电阻R′=I -Rg=( -299.7) Ω=2 700.3 Ω. 1×10-3 g (3)由Ig= E 得,R=1 200 Ω r+Rg+R

故应选R2作为调零电阻. (4)中值电阻等于欧姆表头内阻 由Ig= E E 得,中值电阻R中=r+Rg+R=I =1.5 kΩ r+Rg+R g

所以被测电阻的阻值是1.5 kΩ.

【答案】

(1)1 mA

(2)2 700.3 Ω

(3)R2 (4)1.5 kΩ

1.实验原理
传感器就是将物体感受到的物理量(一般为非电学量)转换成便于

测量的物理量(一般为电学量)的一类元件.其工作过程是利用某元
件对某一物理量敏感,按一定规律将这一物理量转换成便于利用的 信号,从而实现检测或自动控制.

2.敏感元件分类
光敏电阻、热敏电阻、力敏电阻等. 传感器因选用的敏感元件不同,用途也不一样,如光敏传感器可

用于路灯控制,而热敏传感器可用于高温控制、火灾自动报警等.如
图6-2-10为热敏电阻特性实验装置图.改变烧杯中水的温度,可观 察到热敏电阻阻值的变化.

(2012·南京模拟)如图6-2-11所 示是电子拉力计的示意图,金属弹簧右端 和滑动触头P固定在一起(弹簧的电阻不计, P与R1之间的摩擦不计).定值电阻R0;电 阻R1是用均匀电阻丝密绕在瓷管上做成的 (类似于滑动变阻器),其长度为10 cm,阻值R1=300 Ω,电源电动 势E=3 V,内阻不计.理想电流表的量程为0~100 mA.当拉环不受 拉力时,触头P刚好不与电阻R1接触(即电路断开).弹簧的劲度系数 为10 000 N/m. (1)电路中连入的R0阻值至少应为________Ω. (2)设计中需要将电流表上的电流数值改为拉力的数值, 那么在原电流表的40 mA处应改为________N.分析可知,拉力计 的刻度是否均匀________.(填写“均匀”或“不均匀”) (3)为了使拉力计的量程增大应采用的措施是(只填写一条) __________________.

【解析】 (1)当P移动到R1的最右端时,电流表恰好满偏,则有R0 =I E ?300-45?Ω 300 Ω E =30 Ω.(2)Rx= I -R0=45 Ω, = 10 ,解得x=8.5 x

max

cm,F=kx=850 N;由于电流与拉力不成正比,所以刻度不均匀.(3) 换劲度系数更大的弹簧,弹簧伸长相同的长度时,需要的拉力更大.

【答案】 (1)30 (2)850 不均匀

(3)更换劲度系数更大的弹簧


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