專(zhuān)題七第17講電學(xué)實(shí)驗(yàn)

第17講電學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求1.熟練掌握電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理和方法，并借助基本實(shí)驗(yàn)分析拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。2.掌握傳感器的性質(zhì)，能利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置?？键c(diǎn)一以測(cè)電阻為核心的實(shí)驗(yàn)伏安法測(cè)電阻R測(cè)＝eq\f(U測(cè),I測(cè))＝Rx＋RA>Rx，適合測(cè)量大電阻R測(cè)＝eq\f(U測(cè),I測(cè))＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx，適合測(cè)量小電阻導(dǎo)體電阻率的測(cè)量1.測(cè)電阻Rx＝eq\f(U,I)2.測(cè)電阻率ρ，Rx＝ρeq\f(L,S)，而S＝eq\f(πD2,4)，Rx＝eq\f(U,I)，聯(lián)立得ρ＝eq\f(πUD2,4IL)例1(2023·江蘇徐州市調(diào)研)某同學(xué)測(cè)量一段粗細(xì)均勻金屬絲的電阻率，器材如下：金屬絲Rx，電源E(電動(dòng)勢(shì)3V、內(nèi)阻不計(jì))，電流表(量程0～0.6A、內(nèi)阻0.5Ω)，電壓表(量程0～3V、內(nèi)阻約3kΩ)，滑動(dòng)變阻器R(最大阻值15Ω)，毫米刻度尺，開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)首先用毫米刻度尺測(cè)出接入電路中金屬絲的長(zhǎng)度l＝50.00cm，再用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲直徑，示數(shù)如圖甲所示，金屬絲直徑的測(cè)量值d＝________mm。(2)為減小誤差，應(yīng)選用乙圖中的________(選填“a”或“b”)連接線路。(3)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，改變滑動(dòng)變阻器的滑片位置，并記錄兩電表的讀數(shù)，作出如圖丙所示的U－I圖像，可得金屬絲的電阻Rx＝________Ω，電阻率ρ＝________Ω·m(π＝3.14，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)。(4)電路保持閉合，若測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)使電阻率的測(cè)量結(jié)果________(選填“變大”“變小”或“不變”)?？键c(diǎn)二以閉合電路歐姆定律為核心的實(shí)驗(yàn)用多用電表測(cè)量電學(xué)中的物理量1.原理：閉合電路歐姆定律，I＝eq\f(E,Rx＋R內(nèi))(其中R內(nèi)＝Rg＋R＋r，I與Rx成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系)2.中值電阻R中＝Rg＋R＋r3.紅、黑表筆短接，歐姆調(diào)零，Ig＝eq\f(E,Rg＋R＋r)4.電流方向：“紅進(jìn)黑出”測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻伏安法1.原理：U＝E－Ir2.誤差來(lái)源：電壓表的分流3.誤差分析：E測(cè)<E真，r測(cè)<r真(r測(cè)＝eq\f(RV·r,RV＋r))伏安法1.原理：U＝E－Ir2.誤差來(lái)源：電流表的分壓3.誤差分析：E測(cè)＝E真，r測(cè)>r真(r測(cè)＝r＋RA)伏阻法1.原理：E＝U＋eq\f(U,R)r2.關(guān)系式：eq\f(1,U)＝eq\f(r,E)·eq\f(1,R)＋eq\f(1,E)3.誤差分析：E測(cè)<E真，r測(cè)<r真(r測(cè)＝eq\f(RV·r,RV＋r))安阻法1.原理：E＝IR＋I(xiàn)r2.關(guān)系式：eq\f(1,I)＝eq\f(1,E)·R＋eq\f(r,E)或R＝E·eq\f(1,I)－r3.誤差分析：E測(cè)＝E真，r測(cè)>r真(r測(cè)＝r＋RA)例2(2023·江蘇省鹽城中學(xué)期末)某同學(xué)只用以下給定儀器組裝如圖甲所示的簡(jiǎn)易多用電表，儀器不得重復(fù)使用。A．電流表(0～200μA,100Ω)B．電阻箱(0～999Ω)C．電阻箱(0～9999Ω)D．定值電阻R2(1kΩ)E．滑動(dòng)變阻器(0～300Ω)F．滑動(dòng)變阻器(0～800Ω)G．干電池(1.5V，r＝0)H．干電池(9V，r＝0)I．導(dǎo)線若干該多用電表需設(shè)置0、1為量程0～1mA的電流擋，0、3為量程0～3V的電壓擋，0、2為歐姆擋。該同學(xué)通過(guò)計(jì)算并選擇器材(器材選擇只填器材前的字母)。(1)量程0～1mA的電流擋中電阻箱R1應(yīng)該選擇________，將其調(diào)節(jié)為_(kāi)_______Ω。(2)量程0～3V的電壓擋中電阻箱R4應(yīng)該選擇________，將其調(diào)節(jié)為_(kāi)_______Ω。(3)0、2的歐姆擋中滑動(dòng)變阻器R3應(yīng)該選擇________，電源應(yīng)該選擇________。(4)該同學(xué)用上述簡(jiǎn)易多用電表的歐姆擋測(cè)量某一未知電阻，他首先進(jìn)行了歐姆擋調(diào)零，然后將電阻接在0、2之間，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖乙所示，示數(shù)為_(kāi)_______μA，由此可求得未知電阻為_(kāi)_______Ω。例3(2023·湖北卷·12)某實(shí)驗(yàn)小組為測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，設(shè)計(jì)了如圖(a)所示電路，所用器材如下：電壓表(量程0～3V，內(nèi)阻很大)；電流表(量程0～0.6A)；電阻箱(阻值0～999.9Ω)；干電池一節(jié)、開(kāi)關(guān)一個(gè)和導(dǎo)線若干。(1)根據(jù)圖(a)，完成圖(b)中的實(shí)物圖連線。(2)調(diào)節(jié)電阻箱到最大阻值，閉合開(kāi)關(guān)。逐次改變電阻箱的電阻，記錄其阻值R、相應(yīng)的電流表示數(shù)I和電壓表示數(shù)U。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出的U－I圖像如圖(c)所示，則干電池的電動(dòng)勢(shì)為_(kāi)___________V(保留3位有效數(shù)字)、內(nèi)阻為_(kāi)_______Ω(保留2位有效數(shù)字)。(3)該小組根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)一步探究，作出eq\f(1,I)－R圖像如圖(d)所示。利用圖(d)中圖像的縱軸截距，結(jié)合(2)問(wèn)得到的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻，還可以求出電流表內(nèi)阻為_(kāi)_______Ω(保留2位有效數(shù)字)。(4)由于電壓表內(nèi)阻不是無(wú)窮大，本實(shí)驗(yàn)干電池內(nèi)阻的測(cè)量值________(填“偏大”或“偏小”)?？键c(diǎn)三創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)1．測(cè)量電阻對(duì)比安安法如果已知的內(nèi)阻R1，則可測(cè)得的內(nèi)阻R2＝eq\f(I1R1,I2)串聯(lián)一定值電阻R0后，同樣可測(cè)得的內(nèi)阻R2＝eq\f(I1R1＋R0,I2)伏伏法兩電表的滿偏電流接近時(shí)，若已知的內(nèi)阻R1，則可測(cè)出的內(nèi)阻R2＝eq\f(U2,U1)R1并聯(lián)一定值電阻R0后，同樣可得的內(nèi)阻R2＝eq\f(U2,\f(U1,R1)＋\f(U1,R0))替代法單刀雙擲開(kāi)關(guān)分別與1、2相接，調(diào)節(jié)電阻箱R1，保證電流表兩次讀數(shù)相等，則R1的讀數(shù)即等于待測(cè)電阻的阻值半偏法測(cè)量電流表內(nèi)阻閉合S1，斷開(kāi)S2，調(diào)節(jié)R1使A表滿偏；再閉合S2，只調(diào)節(jié)R2，使A表半偏(R1?RA)，則R2＝R測(cè)，R測(cè)<R真測(cè)量電壓表內(nèi)阻使R2＝0，閉合S，調(diào)節(jié)R1使V表滿偏；只調(diào)節(jié)R2使V表半偏(RV?R1)，則R2＝R測(cè)，R測(cè)>R真電橋法調(diào)節(jié)電阻箱R3，靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為0時(shí)，R1和R3兩端的電壓相等，設(shè)為U1，同時(shí)R2和Rx兩端的電壓也相等，設(shè)為U2，根據(jù)歐姆定律有：eq\f(U1,R1)＝eq\f(U2,R2)，eq\f(U1,R3)＝eq\f(U2,Rx)。由以上兩式解得：R1·Rx＝R2·R3，這就是電橋平衡的條件，由該平衡條件可求出被測(cè)電阻Rx的阻值2.傳感器的應(yīng)用例4(2023·海南卷·15)用如圖所示的電路測(cè)量一個(gè)量程為100μA，內(nèi)阻約為2000Ω的微安表頭的內(nèi)阻，所用電源的電動(dòng)勢(shì)約為12V，有兩個(gè)電阻箱可選，R1(0～9999.9Ω)，R2(0～99999.9Ω)(1)RM應(yīng)選________，RN應(yīng)選________；(2)根據(jù)電路圖，請(qǐng)把實(shí)物連線補(bǔ)充完整；(3)下列操作順序合理排列是________；①將變阻器滑動(dòng)頭P移至最左端，將RN調(diào)至最大值；②閉合開(kāi)關(guān)S2，調(diào)節(jié)RM，使微安表半偏，并讀出RM阻值；③斷開(kāi)S2，閉合S1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)頭P至某位置再調(diào)節(jié)RN使表頭滿偏；④斷開(kāi)S1、S2，拆除導(dǎo)線，整理好器材(4)如圖是RM調(diào)節(jié)后面板，則待測(cè)表頭的內(nèi)阻為_(kāi)_______，該測(cè)量值________(填“大于”“小于”或“等于”)真實(shí)值。(5)將該微安表改裝成量程為2V的電壓表后，某次測(cè)量指針指在圖示位置，則待測(cè)電壓為_(kāi)_______V(保留3位有效數(shù)字)。(6)某次半偏法測(cè)量表頭內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，S2斷開(kāi)，電表滿偏時(shí)讀出RN值，在滑動(dòng)頭P不變，S2閉合后調(diào)節(jié)電阻箱RM，使電表半偏時(shí)讀出RM，若認(rèn)為OP間電壓不變，則微安表內(nèi)阻為_(kāi)_______________(用RM、RN表示)。例5某同學(xué)為精確測(cè)量某金屬導(dǎo)體的電阻，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路圖。圖中E為蓄電池，G為靈敏電流計(jì)，A1、A2為電流表，R1為電阻箱，R2與R3均為滑動(dòng)變阻器，R0為定值電阻，S為開(kāi)關(guān)、Rx為待測(cè)金屬導(dǎo)體，另有導(dǎo)線若干。具體的實(shí)驗(yàn)操作如下：A．按照如圖甲所示的電路圖連接好實(shí)驗(yàn)器材；B．將滑動(dòng)變阻器R2的滑片、滑動(dòng)變阻器R3的滑片均調(diào)至適當(dāng)位置，閉合開(kāi)關(guān)S；C．調(diào)節(jié)R3，并反復(fù)調(diào)節(jié)R1和R2使靈敏電流計(jì)的示數(shù)為零，測(cè)得此時(shí)A1的示數(shù)為I1，A2的示數(shù)為I2，電阻箱的示數(shù)為R1；D．實(shí)驗(yàn)完畢，整理器材。(1)根據(jù)圖甲實(shí)驗(yàn)電路圖，將圖乙實(shí)物圖中連線補(bǔ)充完整。(2)電路中需要兩個(gè)量程為6A的電流表，但實(shí)驗(yàn)室提供的器材中，只有量程為0.3A、內(nèi)阻為20Ω的電流表?，F(xiàn)將量程為0.3A的電流表擴(kuò)充為6A量程，則應(yīng)該并聯(lián)一個(gè)阻值R′＝________Ω的電阻。如圖丙所示為某次測(cè)量時(shí)改裝后的電流表表盤(pán)指針位置，則此時(shí)的電流為_(kāi)_______A。(3)待測(cè)金屬導(dǎo)體Rx的阻值為_(kāi)_______(用所測(cè)物理量來(lái)表示)；電流表A1、A2的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果________(選填“有”或“無(wú)”)影響。1．(2023·江蘇常州市期末)某同學(xué)測(cè)量一新型電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的器材有：一個(gè)滿偏電流為100μA、內(nèi)阻為2500Ω的表頭，一個(gè)開(kāi)關(guān)，電阻箱(0～999.9Ω)，滑動(dòng)變阻器R0(最大阻值100Ω，允許最大電流1.5A)，若干導(dǎo)線，刻度尺和記號(hào)筆。(1)由于表頭量程偏小，該同學(xué)將表頭與電阻箱連接，將表頭改裝成量程為50mA的電流表，該電阻箱阻值應(yīng)為_(kāi)_______Ω。(2)該同學(xué)用改裝后的電流表測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻，請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，完成表頭改裝和實(shí)驗(yàn)電路的實(shí)物圖連接。(3)開(kāi)關(guān)閉合前，借助刻度尺和記號(hào)筆將滑動(dòng)變阻器的電阻絲螺線管均分成5等份，將相應(yīng)位置標(biāo)記為n＝0、1、2、3、4、5，閉合開(kāi)關(guān)，將滑動(dòng)變阻器滑片依次置于不同標(biāo)記點(diǎn)n，并記錄相應(yīng)電流表示數(shù)，即可得到下表的5組數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)系中作出eq\f(1,I)－n圖像。n54321I(mA)16.019.123.832.050.0eq\f(1,I)(A－1)62.552.442.031.320.0(4)該電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________V，內(nèi)阻r＝________Ω(均保留兩位有效數(shù)字)。2．學(xué)校物理課外學(xué)習(xí)小組要測(cè)量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)(約1.5V)和內(nèi)阻(小于1Ω)，選用的實(shí)驗(yàn)器材如下：A．電流表A(量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.1Ω)；B．微安表G(量程0～400μA，內(nèi)阻為100Ω)；C．滑動(dòng)變阻器R′(0～20Ω)；D．電阻箱R(0～9999.9Ω)；E．定值電阻R1(阻值為2.50Ω)；F．定值電阻R2(阻值