2023年高考物理二轮专题复习精讲精练――电学实验doc高中物理.docx

2023高考物理二轮专题复习精讲精练――电学实验 一、常见电路 1．测电阻电路（或描绘伏安特性曲线电路，或测量功率电路，或测量电阻率电路） （1）图1为分压式，外接法 （2）图2为限流式，外接法 （3）将图1改为分压式，内接法 （4）将图2改为限流式，内接法 测电阻电路，共有四种电路 2．测电动势和内阻电路 （1）测量电路如图 （2）测量方法 第一、计算方法 测两组端电压U和电流I值，然后通过以下式子求解。 E＝U1＋I1r E＝U2＋I2r 第二、作U——I图象方法 通过调节滑动变阻器，取得多组（U，I）值，然后在坐标中描点，连成直线 用图象处理问题，须注意以下几点： ①连直线的方法：让尽可能多的点在直线上，直线两那么分布的点的个数大致均匀偏离直线较远的点舍去。 ②纵轴截距的含义：电动势E ③横轴截距的含义：短路电流I0 ④斜率的含义：电阻。求解方法：r=或用直线上任意两点求解斜率的绝对值。 3．电流表、电压表改装电路 （1）把电流表改装电压表电路 ①用半偏法测电流表的内阻rg。 先将R调到最左端，闭合S1，断开S2，调节R使电流表满偏，然后使R不变，闭合S２调节R’使电流表指到满刻度的一半，此时电阻箱R’的读数即为电流表的内阻rg。 注：此处R’只能用电阻箱，而不能用滑动变阻器，其阻值只需比灵敏电流表的电阻大一点就可以了，R一般使用滑动变阻器，其阻值要求较大，以减小因闭合S2而引起总电流的变化，从而减小误差。 ②改装电路 Rx＝U/Ig－rg 其中U为改装后的满偏电压 ③核对电路 调节R，改变电压，比较改装表和标准表V的读数，并计算百分误差 ×100% 其中U是改装表的读数，U０是标准表的读数 注：改装电压表和标准电压表并联进行核对 ④表流表内阻误差分析 在半偏法测内阻电路中，当闭合S２时，引起总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R’的电流比电流表电流多，R’的电阻比电流表的电阻小，但我们就把R’的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小。 （2）电压表改装电流表电路 ①用半偏法测电压表的内阻 先将R调到最左端，闭合S1和 S2，调节R使电压表满偏，然后使R不变，断开S２调节R’使电压表指到满刻度的一半，此时电阻箱R’的读数即为电流表的内阻rg。 注：此处R’只能用电阻箱，而不能用滑动变阻器，其阻值只需比电压表的电阻大一点就可以了，R一般使用滑动变阻器，其阻值要求较小，以减小因闭合S2而引起总电压的变化，从而减小误差。 ②改装电路 假设改装电压表量程为U，内阻为Rv，改装后的电流表的量程为I，那么并联电阻Rx＝____________ ③核对电路 　要求标准表A和改装表串联才能进行核对，其百分误差的计算方法为×100% 　　注意：将改装电流表和标准电流表串联进行核对 ④电压表内阻误差分析 　　在半偏法测电压表内阻电路中，在断开S２时，引起总电阻增大，滑动变阻器两端分得电压将超过原电压表的满偏电压，调节R’使电压表半偏时，R’上的电压将比电压表半偏电压大，故R’的电阻比电压表的内阻大，所以测得电压表内阻偏大。 二、器材选取原那么 1．准确性原那么：选用电表量程应可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，假设指针偏转不到满偏角度的１/3，读数误差较大。 2．平安性原那么：通过电源，电表，滑动变阻器，用电器的电流不能超过其允许的最大电流。 3．便于操作原那么：选择控制电路时，既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求，又要注意便于操作。 三、电路选取 1．电流表内外接法选取 （１）根本电路 （２）电路的比照 连接方式 误差来源 测量值与真实值关系 适用范围 外接法 电压表分流 电流表的读数大于流过待测的电流，故：R测<R真 测小电阻 内接法 电流表分压 电压表读数大于待测电阻两端的电压，故：R测<R真 测大电阻 （３）判断方法 ①直接比较法：当待测电阻Rx较小且远小于电压表内阻Rv时，应选用外接法；当待测电阻Rx较大且远大于电流表内阻RA时，应选用内接法。 ②临界值法：当待测电阻Rx<时，视Rx为小电阻，应选用外接法；当Rx>时，视Rx为大电阻，应选用内接法；当Rx＝时，两种接法均可。 2．滑动变阻器分压式、限流于接法选取 （１）根本电路 （２）电路的比照 调节范围 限流式电路 分压式电路 电压调节范围 ０→U 电流调节范围 ０→ 　说明：U为电源端电压，R为滑动变阻器最大电阻，Rx为待测电阻阻值。 （３）判断方法 ①负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R，须用分压式接法，此时假设采用限流式接法对电路根本起不到调节作用。 ②要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。 ③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。 ④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。 ⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流式接法总功率较小。 例1．有一小灯泡上标有“６v，０.6W〞的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的I—U图像，所用器材有： A．电流表：0—0.3A，内阻1Ω B．电压表：0—15V，内阻20kΩ C．滑动变阻器：0—30Ω，额定电流2A D．学生电源（直流9V） E．开关一只，导线假设干 为使实验误差尽量减小，试画出合理的实验电路图 例2．在“测定金属的电阻率〞实验中，假设粗估金属丝的电阻Rx约为3Ω，为减小误差，要求金属丝发热功率P<0.75W，备有的局部器材有： A．6V的电池组 B、电流表（0—0.6A，内阻0.5Ω） C．电流表（0—3A，内阻0.01Ω） D、电压表（0—3V，内阻1kΩ） E．电压表（0—15V，内阻5kΩ） F、滑动变阻器（0—100Ω，额定电流1A） G．滑动变阻器（0—20Ω，额定电流1A） （1）上述器材应选用的是________________________。（用字母代替） （2）画出实验电路图 例3．一个未知电阻Rx，阻值大约为10kW—20kW.为了较为准确的测定其电阻值，实验室中有如下器材： 　　电压表V　（量程3V、内阻约为3kW) (量程15V、内阻约为15 kW) 电流表A1 (量程200mA、内阻约为100W) 电流表A2 (量程5mA、内阻约为10W) 电流表A3 (量程0.6A、内阻约为1W) 电源 电动势为３V 滑动变阻器R的最大阻值为200W 开关S a.在实验中电压表量程应选　　　　， 电流表应选　　　　　。 b.为了尽可能减少误差，请你在虚线框中画出本实验的电路图。 c、根据实验的需要用笔滑线代替导线，将图7所需的实物连接起来。 + - A2 V + - A1 图7 + - A3 四、伏安法测电阻及电路的延伸设计 1、伏安法 如： 例2 2、比例法 受一些特殊的实验条件限制，比方：电流（或电压表）外表上虽有刻度，但无刻度值（或刻度值模糊），这时我们不能直接读出电流或电压，但可根据电流或电压表刻度均匀的特点，通过测量其指针偏转格数用比例法完成测量。 例4：现有一阻值为10.0Ω的定值电阻，一个开关、假设干根导线和一个电压表，该电压表外表上有刻度但无刻度值。要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案，（电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧），要求： （1）画出实验电路图 （2）简要写出完成接线后的实验步骤 （3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式r=_____________。 解析：（1）电路图如右图所示。 （2）①断开开关，记下电压表偏转格数N1；②合上开关，记下电压表格数N2。 （3）设电压表每偏转1格表示U0，当K断开时，由闭合电路欧姆定律得： E＝U1＝N1U0 当K闭合后，有：E＝U2＋，即E＝N2U0＋，联立两式解得：r＝R。 3、替换法 用“伏安法〞测电阻一般有电流表外接与电流表内接两种线路，因为电流表及电压表本身并非理想电表，这两种线路都存在误差；另一种情况是实验只提供一只电流表或电流表本身读数不准，这时我们可以考虑在保证电表读数不变的前提下，用一定值电阻（电阻箱）替换待测电阻，完成实验并提高测量准确性： 例5：在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值R，现有如下器材：读数不准的电流表A、定值电R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。 （1）画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。 （2）写出主要的实验操作步骤 解析：（1）实验电路如右图所示。 （2）①将S2与Rx相接，记下电流表指针所指位置 ②将S2与R1相接，保持R2不变，调节R1的阻值，使电流表的指针在原位置上，记下R1的值，那么Rx＝R1。 4、伏安法的推广 对一些特殊电阻，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计也有其特殊性：一是要注意到其自身量程对电路的影响，二是要充分利用其“自报电流或自报电压〞的功能。 例6：某电压表的内阻在20kΩ~50kΩ之间，现要测量其内阻，实验室提供以下可供选用的器材：待测电压表V（量程3V）、电流表A1（量程200uA）、电流表A2（量程5mA）、电流表A3（量程0.6A）、滑动变阻器R（最大值1kΩ、电源E（电动势4V），开关S。 （1）所提供的电流表中，应选用________________。 （2）为了减少误差，要求测量多组数据，试画出符合要求的电路图。 解析：因为通过电压表的电流必须由电流表测定，所以电流表与电压表应串联，这实际上就是一种特殊的伏安法，电压表成了一个“可自报电压的大电阻〞，由于电压表内阻在20 kΩ~50kΩ之间，电流表内阻与电压表内阻相比可忽略不计，而滑动变阻器R的阻值远小于电压表内阻，且实验要求测多组数据，因此实验电路中变阻器应接成分压式，这样电压表的电流在80uA～200uA之间，故电流表应选A1。根据电流表、电压表示数，可求得电压表内阻Rv＝ 5、比较法 某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用“伏安法〞。这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用“伏安法〞的替代形式——“比较法〞来设计实验方案。 例7．从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。 器材代号 规格 电流表（A1） 量程100mA，内阻r1待测（约40Ω） 电流表（A2） 量程500uA，内阻r2＝750Ω 电压表（V） 量程10V，内阻r3=10kΩ 电阻（R1） 阻值约100Ω，作保护电阻用 滑动变阻器（R2） 总阻值约50Ω 电池（E） 电动势1.5V，内阻很小 开关（K） 导线假设干 （1）画出电路图，标明利用器材的代号。 （2）假设选测量数据中的一组来计算r1，那么所用的表达式r1＝________________，式中各符号的意义是____________________________________。 解析：分析题意知道需测量电流表A1的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流