(完整版)高中物理電學(xué)實驗專題(經(jīng)典)1

1、電學(xué)實驗（經(jīng)典）實驗設(shè)計的基本思路明確目的r選擇方案r選定器材r擬定步驟數(shù)據(jù)處理誤差分析（一）電學(xué)實驗中所用到的基本知識在近年的電學(xué)實驗中，電阻的測量（包括變形如電表內(nèi)阻的測量）、測電源的電動勢與內(nèi)電阻是考查頻率較高的實驗。它們所用到的原理公式為：RU,EUIr。由此可I見，對于電路中電壓U及電流I的測量是實驗的關(guān)鍵所在，但這兩個量的直接測量和間接測量的方法卻多種多樣，在此往往也是高考試題的著力點之處。因此復(fù)習(xí)中應(yīng)熟練掌握基本實驗知識及方法，做到以不變應(yīng)萬變。1.電路設(shè)計原則：正確地選擇儀器和設(shè)計電路的問題，有一定的靈活性，解決時應(yīng)掌握和遵循一些基本的原則，即“安全性”、“方便性”、“精確性”

2、原則，兼顧“誤差小”、“儀器少”、“耗電少”等各方面因素綜合考慮，靈活運用。正確性：實驗原理所依據(jù)的原理應(yīng)當(dāng)符合物理學(xué)的基本原理。安全性：實驗方案的實施要安全可靠，實施過程中不應(yīng)對儀器及人身造成危害。要注意到各種電表均有量程、電阻均有最大允許電流和最大功率，電源也有最大允許電流，不能燒壞儀器。方便性：實驗應(yīng)當(dāng)便于操作，便于讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。精確性：在實驗方案、儀器、儀器量程的選擇上，應(yīng)使實驗誤差盡可能的小。2. 電學(xué)實驗儀器的選擇：根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般要大于

3、滿偏度的1/3）,以減少測讀誤差。根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍選擇滑動變阻器，注意流過滑動變阻器的電流不超過它的額定值，對大阻值的變阻器，如果是滑動頭稍有移動，使電流、電壓有很大變化的，不宜米用。應(yīng)根據(jù)實驗的基本要求來選擇儀器，對于這種情況，只有熟悉實驗原理，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇?？傊?，最優(yōu)選擇的原則是：方法誤差盡可能?。婚g接測定值盡可能有較多的有效數(shù)字位數(shù)，直接測定值的測量使誤差盡可能小，且不超過儀表的量程；實現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié)；在不超過用電器額定值的前提在大功率裝置（電路）中盡可能節(jié)省能量；在小功率電路里,下，適當(dāng)提高電流、電壓值，以提高測試的準(zhǔn)確度。3. 測量電路的選擇1. 伏安法

4、測電阻（1）原理：部分電路的歐姆定律。（2）電流表外接法，如圖4所示。誤差分析：UvIa皿R尸4RVRX1A1VR待baR待圖6如圖所示，分別將a端與b、c產(chǎn)生誤差的原因：電壓表V分流。適用于測小阻值電阻，即Rx遠(yuǎn)小于Rv時。:（3）電流表內(nèi)接法，如圖5所示。誤差分析：uvuvuaRRRVA響rxra1A1A產(chǎn)生誤差的原因：電流表A分壓。適用于測大阻值電阻，即Rx遠(yuǎn)大于Ra時。（4）內(nèi)、外接法的選用原則 計算臨界電阻：.尺VRaRv若RxR0,待測電阻為大電阻，用內(nèi)接法若Rx10mA,此時電流仍超過RRaRx電流表的量程，故滑動變阻器必須采用分壓接法.如圖10-5所示.c一二圖10-5【總結(jié)】

5、任一種控制電路必須能保證電路的安全，這是電學(xué)實驗的首要原則，限流接法雖然簡潔方便，但必須要能夠控制電路不超過電流的額定值，同時，能夠保證可獲取一定的電壓、電流范圍，該題中，即便控制電流最小值不超過電流表的量程，因滑動變阻器全阻值相對電路其它電阻過小，電流、電壓變化范圍太小，仍不能用限流接法。4. 實物圖的連接：實物圖連線應(yīng)掌握基本方法和注意事項。注意事項： 連接電表應(yīng)注意量程選用正確，正、負(fù)接線柱不要接錯。 各導(dǎo)線都應(yīng)接在接線柱上，不應(yīng)在導(dǎo)線中間出現(xiàn)分叉。 對于滑動變阻器的連接，要搞清楚接入電路的是哪一部分電阻，在接線時要特別注意不能將線接到滑動觸頭上?；痉椒ǎ?畫出實驗電路圖。 分析各元件

6、連接方式，明確電流表與電壓表的量程。 畫線連接各元件。（用鉛筆畫線，以便改錯）連線方式應(yīng)是單線連接，連線順序應(yīng)先畫串聯(lián)電路，再畫并聯(lián)電路。一般先從電源正極開始，到電鍵，再到滑動變阻器等。按順序以單線連接方式將干路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來；然后連接支路將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。連接完畢，應(yīng)進(jìn)行檢查，檢查電路也應(yīng)按照連線的方法和順序。（二）定值電阻的測量方法1.歐姆表測量：最直接測電阻的儀表。但是一般用歐姆表測量只能進(jìn)行粗測，為下一步的測量提供一個參考依據(jù)。用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。2. 替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效、也可以是利用電壓等效。替代法測量電阻

7、精度高，不需要計算，方法簡單，但必須有可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。例2、在某校開展的科技活動中，為了要測出一個未知電阻的阻值Rx,現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)不準(zhǔn)的電流表A、定值電阻R0、電阻箱Ri、滑動變阻器R2、單刀單擲開關(guān)Si、單刀雙擲開關(guān)&、電源和導(dǎo)線。畫出實驗電路圖，并在圖上標(biāo)出你所選用器材的代碼。寫出主要的實驗操作步驟?！窘馕觥繉嶒炿娐啡缬覉D所示。將S2與Rx相接，記下電流表指針?biāo)肝恢?。將S2與Ri相接，保持R2不變，調(diào)節(jié)Ri的阻值，使電流表的指針指在原位置上，記下Ri的值，則Rx=Rio3. 伏安法：伏安法的測量依據(jù)是歐姆定律（包括部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律），需

8、要的基本測量儀器是電壓表和電流表，當(dāng)只有一個電表（或給定的電表不能滿足要求時），可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻（電阻箱或一個定值電阻）代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻已知時，根據(jù)歐姆定律I=U/R電壓表同時可以當(dāng)電流表使用，同樣電流表也可以當(dāng)電壓表用。4. 伏安法拓展：某些問題中，因?qū)嶒炂鞑牟痪邆洌ㄈ彪娏鞅砘螂妷罕恚?，或因?qū)嶒灄l件限制,或因?qū)嶒灳炔辉试S而不能用“伏安法”。這時我們就得依據(jù)問題的具體條件和要求重新選擇實驗原理，用“伏安法”的替代形式一一“比較法”來設(shè)計實驗方案。利用已知內(nèi)阻的電壓表：利用“伏伏”法測定值電阻的阻值例3、用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值（9001000Q）:電源E,具有一定內(nèi)阻，電動勢約為9

9、.0V;電壓表Vi,量程為1.5V，內(nèi)阻ri=750Q;電壓表V2,量程為5V,內(nèi)阻r2=2500Q;滑動變阻器R,最大阻值約為100Q;單刀單擲開關(guān)K,導(dǎo)線若干。測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1/3,試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖?！窘馕觥咳鐖D所示*利用已知內(nèi)阻的電流表：利用“安安”法測定值電阻的阻值例4用以下器材測量一待測電阻的阻值。器材（代號）與規(guī)格如下:電流表Ai（量程250mA,內(nèi)阻ri為5Q）;標(biāo)準(zhǔn)電流表A2（量程300mA,內(nèi)阻r2約為5Q）;待測電阻Ri（阻值約為100Q）;滑動變阻器R2（最大阻值10Q）;電源E（電動勢約為10V，內(nèi)阻r約為1Q）;單刀單擲開關(guān)

10、S,導(dǎo)線若干。要求方法簡捷，并能測多組數(shù)據(jù)，畫出實驗電路原理圖，并標(biāo)明每個器材的代號需要直接測量的物理量是,用測的量表示待測電阻Ri的計算公式是Ri=【解析】實驗電路圖如圖所示。兩電流表Ai、A2的讀數(shù)為Ii、|2和電流表Ai的內(nèi)阻為ri,待測電阻Ri的阻值的計算公式是：RiIiriI2Ii電壓表、電流表混合用例5有一電阻Rx,其阻值在100200Q之間，額定功率為0.25W。要用伏安法較準(zhǔn)確地測量它的阻值，實驗器材有:安培表Ai,量程為50mA,Rai=100Q安培表A2,量程為1A,Ra2=20Q電壓表Vi,量程為5V,Rvi=10kQ電壓表V2,量程為15V,RV2=30kQ變阻器Ri,

11、變阻范圍020Q,2A變阻器R2,變阻范圍01000Q,1A9V電源，電鍵，導(dǎo)線。實驗中應(yīng)選用的電流表、電壓表、變阻器分別是：。畫出所用實驗電路圖?！窘馕觥吭试S通過電阻中電流可能的最大值由：PI2R得，|135mAI250mA。因為電阻可能為200Q,所以通過被測電阻的電流的最大值可能是35mA,應(yīng)用電流表的示數(shù)來控制通過電阻的電流，因此，電流表應(yīng)選A1。又因為P,所以U15VU27.1V。因為電阻可能為100Q,所以允許加在電阻兩端的電壓的最大值可能是5V，應(yīng)用電壓表的示數(shù)來控制加在電阻兩端的電壓，因此電壓表應(yīng)選V。因為RyR2,且2A35mA,所以應(yīng)選變阻器R。因為RkRx所以滑動變阻器連

12、接方式應(yīng)選用分壓電路。因為Rx（測量結(jié)果偏?。┮覉D實驗時先閉合開關(guān)S及S,調(diào)整滑動變阻器R2（分壓法連接），使電壓表V滿度;再斷開S,調(diào)整電阻箱R,使電壓表V的指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值R則電壓表V的電阻rv=R（測量結(jié)果偏大）例6（2000年全國）從下表中選出適當(dāng)?shù)膶嶒炂鞑?，設(shè)計一電路來測量電流表Ai的內(nèi)阻ri,要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。在虛線方框中畫出電路圖，標(biāo)明所用器材的代號。器材（代號）規(guī)格電流表（A）量程10mA，內(nèi)阻r1待測（約40Q）電流表（A2）量程500A,內(nèi)阻r2=750Q電官（V）量程10V，內(nèi)阻3=10Q電阻（R1）阻值約10

13、0Q,作保護電阻用滑動變阻器（R）總阻值約50Q電池（E）電動勢1.5V,內(nèi)阻很小導(dǎo)線若干，電鍵K若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算義是?！窘馕觥咳鐖D所示。I2r1r2,Ii表示通過電流表11r2表示電流表A2的內(nèi)阻?！緜淇继崾尽吭诤芏嗲闆r下，電壓表和電流表（已知內(nèi)阻）的功用可以互換。有時利用一塊電表配合定值電阻也可以完成功能的互換。實際上就是部分電路歐姆定律的變形運用。在處理時，一定要明確原理，靈活運用。例7（2006年全國I、川）現(xiàn)要測量某一電壓表。的內(nèi)阻。給定的器材有：待測電壓表（量程2V,內(nèi)阻約4kQ）;電流表。（量程1.2mA，內(nèi)阻約500Q）;直流電源E（電動勢約2.4V，內(nèi)阻不計）；固定

14、電阻3個：R1=4000Q,R2=10000Q,R3=15000Q;電鍵S及導(dǎo)線若干。要求測量時兩電表指針偏轉(zhuǎn)均超過其量程的一半。試從3個固定電阻中選用1個，與其它器材一起組成測量電路，并在虛線框內(nèi)畫出測量電路的原理圖。（要求電路中各器材用題中給定的符號標(biāo)出。）電路接通后，若電壓表讀數(shù)為內(nèi)阻Rv=o【解析】實驗電路如圖所示，若選用電阻Ri,則并聯(lián)電阻2000Q,電壓表讀數(shù)U=R并=_R#=2.4阻rmA2000500X2000=1.921V,電流表讀數(shù)I=rmAR2、R3不符合要求，故2.4=0.00096A=0.96mA0.6mA,R1符合要求同理可得2000500選Ri。電路接通后，通過R

15、l的電流Il=U,則通過電壓表的電流為I2=I-Il=I-,所以電R1R壓表的內(nèi)阻Rv=U=_RI2RJU【備考提示】本題涉及實驗器材選取和電路設(shè)計等，對考生的分析綜合能力提出了較高要求，解答此類試題必須根據(jù)測量要求和所提供的器材，由儀表的選擇原則和基本規(guī)律為分析的入手點?！咀兪筋}】例8（2006年全國口）現(xiàn)要測定一個額定電壓4V、額定功率1.6W的小燈泡（圖中用。X表示）的伏安特性曲線。要求所測電壓范圍為0.1V4V?，F(xiàn)有器材：直流電源E（電動勢4.5V，內(nèi)阻不計），電壓表Q（量程4.5V，內(nèi)阻約為4X104q），電流表Q（量程250mA，內(nèi)阻約為2Q），電流表（量程500mA,內(nèi)阻約為1Q

16、），滑動變阻器R（最大阻值約為30Q）,電鍵S,導(dǎo)線若干。如果既要滿足測量要求，又要測量誤差較小，應(yīng)該選用的電流表是,下面兩個電路應(yīng)該選用的是。甲乙【解析】在測量小燈泡的伏安曲線時，由于題目要求電壓范圍為0.1V4V,因此滑動變阻器采用分壓式接法。根據(jù)估算通過小燈泡的額定電流為I=0.4A,因此電流表應(yīng)該選用。在伏安法測量過程中，由于臨界電阻RJraRv200大于小燈泡電阻，因此應(yīng)該選擇電流表外接法即選擇甲電路進(jìn)行測量。測電動勢和內(nèi)阻（1）測量電路如圖（2）測量方法第一、計算方法測兩組端電壓U和電流I值，然后通過以下式子求解。E=Ui+IirE=U2+I2r第二、作UI圖象方法通過調(diào)節(jié)滑動變阻

17、器，取得多組（U,I）值，然后在坐標(biāo)中描點，連成直線用圖象處理問題，須注意以下幾點： 連直線的方法：讓盡可能多的點在直線上，直線兩則分布的點的個數(shù)大致均勻偏離直線較遠(yuǎn)的點舍去。I0 縱軸截距的含義：電動勢E 橫軸截距的含義：短路電流斜率的含義：電阻。求解方法:r=一或用直線上任意兩點求解斜率的絕對值。I0（3）實驗誤差分析（1）偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U11圖象時描點不很準(zhǔn)確。（2）系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差來源于未計電壓表分流，近似地將電流表的示數(shù)看作干路電流。實際上電流表的示數(shù)比干路電流略小。如果由實驗得到的數(shù)據(jù)作出圖中實線（a）所示的圖象，那么考慮到電壓表的分流后，得到的U

18、-1圖象應(yīng)是圖中的虛線（b）,由此可見，按圖所示的實驗電路測出的電源電動勢E匏E成，電源內(nèi)電阻5底。說明：外電路短路時，電流表的示數(shù)（即干路電流的測量值）1擔(dān)等于干路電流的真實值，所以圖中（a）、（b）兩圖線交于短路電流處。當(dāng)路端電壓（即電壓表示數(shù)）為Ui時,由于電流表示數(shù)小于干路電流成，所以（a）、（b）兩圖線出現(xiàn)了圖中所示的差異。EIi(Rir)E挪2r)IWR1-R2)I2-Il特殊方法（一）即計算法：畫出各種電路圖rLR1-I2R2（一個電流表和兩個定值電阻）I2-I1Eu1I1rEu2I2rEU1U1一rR1也rR2U2-U1E邊土山r（一個電流表及一個電壓表和一個滑動變阻器）I1-

19、I2I1-I2EU1U2（R1-R2）r（U1-U2）R1R2（一個電壓表和兩個宋值電阻）U2R1-U1R2U2R1-U1R2例9、用右圖所示的電路，測定一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動變阻器時造成短路，電路中用一個定值電阻Ro起保護作用。除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實驗器材還有:(a) 電流表(量程0.6A、3A);(b) 電壓表(量程3V、15V)(c) 定值電阻(阻值1(d) 定值電阻(阻值10(e) 滑動變阻器(陰值范圍(f) 滑動變阻器(阻值范圍那么額定功率5W),額定功率10W)0-10、額定電流2A)0-100、額定電流1A)Tf(1)要正確完成實驗，電壓表的量程應(yīng)選擇V,電流表的量程應(yīng)選擇應(yīng)選擇的定值電阻，R應(yīng)選擇阻值范圍是的滑動變阻器。(2)引起該實驗系統(tǒng)誤差的主要原因是II.答案：(1)3,0.6,1,010。(2)由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電池實際輸出電流小。解析：由于電源是一節(jié)干電池(1.5V),所選量程為3V的電壓表；估算電流時，考慮到干電池的內(nèi)阻一般幾Q左右，加上保護電阻，最大電流在0.5A左右，所以選量程為0.6A的電流表；由于電池內(nèi)阻很小，所以保護電阻不宜太大，否則會使得電流表、電壓表取值范圍小，造成的誤差大；滑動變阻器的最大阻值一般比電池內(nèi)阻大幾倍就好了，取010Q能很好地控制電路中的電流和