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1、第15章 电学实验 l 实验8 测定金属的电阻率 l 实验9 描绘小灯泡的伏安特征曲线 l 实验10 测定电源的电动势和内阻 l 电学实验仪器的原理及使用 l 实验12 传感器的简单使用 l 实验13 电表电阻的测量 l 实验11 练习使用多用电表 电学实验仪器的原理及使用 必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法1 游标卡尺和螺旋测微器的读数 方法2 电表的改装与读数 必备知识 全面把握 u1 游标卡尺的结构 原理 1 结构 游标卡尺主要由两部分组成 即主尺和游标尺 主尺 用于读取游标尺刻度线对应的整毫米数 游标尺 用于读取对准 主尺上某一条刻度线的游标尺上的刻度数 内测量爪 用于测量内
2、径 外 测量爪 用于测量外径 深度尺 用于测量深度 紧固螺母 用于固定游 标尺 如图所示 2 原理 游标卡尺巧妙地运用了游标尺与主尺最小刻度之差 如果将 主尺上的9 mm等分10份作为游标尺的刻度 那么游标尺上的每一刻度与 主尺上的每一刻度所表示的长度之差就是0 1 mm 同理 如果将主尺上的 19 mm 49 mm分别等分20份 50份作为游标尺上的刻度 那么游标尺上 的每一刻度与主尺上的每一刻度所示的长度之差就分别为0 05 mm 0 02 mm 因此游标卡尺的测量精度可达0 1 mm 0 05 mm 0 02 mm u2 螺旋测微器的结构 原理 1 螺旋测微器结构如图所示 2 螺旋测微器
3、原理 螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的 即螺杆在螺母中旋转一周 螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离 因此 沿轴线 方向移动的微小距离 就能用圆周上的读数表示出来 u3 电流表的改装 电流计 表头 改装成大量程电流表需要并联一个阻值较小的电阻 如图所示 如果Ig Rg R已知 那么改装后的电流表的最大测量值为 如果用改 装后的电流表测某电路中的电流I 此时这只改装后的电流表的读数应该是流 经AC或BD中的电流 但流过表头的电流实际是流经CGD中的电流 u4 电压表的改装 电流计 表头 改装成电压表需要串联一个阻值较大的电阻 如图所示 如 果Ig Rg Ug已知 那么改装后的电压表
4、量程为U Ig R Rg 核心方法 重点突破 u方法1 游标卡尺和螺旋测微器的读数 例1 海南物理2015 11 6分 某同学利用游标卡尺和螺旋测微器分别测量一圆 柱体工件的直径和高度 测量结果如图甲和乙所示 该工件的直径为 cm 高度为 mm 解析 图甲为20分度的游标卡尺 其精度为0 05 mm 主尺读数为11 mm 游标 尺上第4条刻线与主尺刻线对齐 故测量结果为11 mm 4 0 05 mm 11 20 mm 1 120 cm 螺旋测微器的精度为0 01 mm 由图乙知固定刻度 读数为6 5 mm 可动刻度读数为 36 0 故工件的高度为6 5 mm 36 0 0 01 mm 6 86
5、0 mm 答案 1 120 6 860 例1 u方法2 电表的改装与读数 例2 课标全国 2015 23 9分 图甲为某同学改装和校准毫安表的电路图 其中虚线框 内是毫安表的改装电路 1 已知毫安表表头的内阻为100 满偏电流为1 mA R1和R2为阻值固定的电阻 若使用a 和b两个接线柱 电表量程为3 mA 若使用a和c两个接线柱 电表量程为10 mA 由题给条件和数 据 可以求出R1 R2 2 现用一量程为3 mA 内阻为150 的标准电流表A对改装电表的3 mA挡进行校准 校准时 需选取的刻度为0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 mA 电源的电动势为1 5 V 内阻忽略不计
6、定 值电阻R0有两种规格 阻值分别为300 和1 000 滑动变阻器R有两种规格 最大阻值分 别为750 和3 000 则R0应选用阻值为 的电阻 R应选用最大阻值为 的滑动变阻器 3 若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大 利用图乙的电路可以判断出损坏的电阻 虚线框内未画出的电路即为图甲虚线框内的电路 则图中的d点应和接线柱 填 b 或 c 相连 判断依据是 解析 例2 例3 湖南长沙望城一中2017二调 某金属导线长度为L 粗细均匀 为 测定这种金属材料的电阻率 用多用电表测量其电阻 选用 100 倍率的电阻挡测量 发现多用表指针偏转过大 因此需选 择 倍率的电阻挡 填 10 或
7、1 k 欧姆调零 后再进行测量 多用表的示数如图所示 测量结果R 解析 例3 选用 100 挡 发现指针偏转过大 说明电阻过小 所 选挡位太大 为准确测量电阻 应换更小的挡位 应把选择 开关置于 10 挡 由图可知 欧姆表示数为7 10 70 答案 10 70 实验8 测定金属的电阻率 必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法3 实验器材的选择及数据处理 误差分析的考查 方法4 伏安法测电阻 方法5 电流表 电压表的改装及应用 伏安法 安安法测电阻 方法6 单个电表测电阻 必备知识 全面把握 u1 实验目的 1 学会用伏安法测电阻 测定金属导线的电阻率 2 练习使用螺旋测微器和游标卡尺 会
8、使用常用的电学仪器 u2 实验原理 u3 实验器材 被测金属导线 毫米刻度尺 或游标卡尺 螺旋测微器 电压表 电流 表 直流电源 开关 滑动变阻器 导线等 u4 实验步骤 1 用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径 求出其 平均值d 2 依照电路图用导线将实验器材连好 将滑动变阻器的阻值调至最大 3 用毫米刻度尺 或游标卡尺 测量接入电路中的被测金属导线的长度 即 有效长度 反复测量3次 求出其平均值l 4 电路经检查确认无误后 闭合开关S 改变滑动变阻器滑片的位置 读出 几组相应的电流值和电压值 记入记录表格内 断开开关S 求出导线电阻R的 平均值 5 将得到的R l d值
9、代入电阻率计算公式 计算出金属导 线的电阻率 6 拆除实验电路 整理好实验器材 u5 注意事项 1 本实验中被测金属导线的电阻值较小 因此实验电路必须用电流表外接 法 2 测量被测金属导线的有效长度 是指测量待测导线接入电路的两个端点 之间的长度 即电压表两端点间的待测导线长度 测量时应将导线拉直 3 测金属导线直径时一定要选择不同部位进行多次测量 4 闭合开关S前 一定要使滑动变阻器接入电路的阻值最大 5 在用伏安法测电阻时 通过待测导线的电流I不宜过大 电流表用0 0 6 A量程 通电时间不宜过长 以免金属导线的温度明显升高 造成其电阻率 在实验过程中发生变化 6 求R的平均值可用两种方法
10、 第一种是用 出各次的测量值 再 取平均值 第二种是用图像 I U图像 来求出 若采用图像法 在描点时 要尽量使各点间的距离大一些 连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的 两侧 可将个别偏离较远的点舍去 核心方法 重点突破 u方法3 实验器材的选择及数据处理 误差分析的考查 例1 天津理综2018 9 3 某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值 约为10 k 除了Rx 开 关S 导线外 还有下列器材供选用 A 电压表 量程0 1 V 内阻约10 k B 电压表 量程0 10 V 内阻约100 k C 电流表 量程0 1 mA 内阻约30 D 电流表 量程0 0 6 A 内阻约0 05 E 电源
11、电动势1 5 V 额定电流0 5 A 内阻不计 F 电源 电动势12 V 额定电流2 A 内阻不计 G 滑动变阻器R0 阻值范围0 10 额定电流2 A 为使测量尽量准确 电压表选用 电流表选用 电源选用 均填器材的字母代号 画出测量Rx阻值的实验电路图 该同学选择器材 连接电路和操作均正确 从实验原理上看 待测电阻测量值会 其真实值 填 大于 小于 或 等于 原因是 解析 例1 解析 例3 由于电流表采用内接法 电流表的分压作用导致电压表的 示数大于待测电阻两端的真实电压 待测电阻测量值大于真 实值 因此电流表的分压作用是造成待测电阻测量值大于真 实值的主要原因 答案 B C F 见解析 大
12、于 电压表的读数大于待测电阻两端实际电压 其他正确表述也可 u方法4 伏安法测电阻 例2 课标全国 2014 22 6分 在伏安法测电阻的实验中 待测电阻Rx的 阻值约为200 电压表V的内阻约为2 k 电流表A的内阻约为10 测量电路中电流表的连接方式如图甲 乙所示 结果由公式Rx 计算得出 式中U与I分别为电压表和电流表的示数 若将图甲和图乙中电路测得的 电阻值分别记为Rx1和Rx2 则 填 Rx1 或 Rx2 更接近待测电 阻的真实值 且测量值Rx1 填 大于 等于 或 小于 真实 值 测量值Rx2 填 大于 等于 或 小于 真实值 解析 例2 答案 Rx1 大于 小于 u方法5 电流表
13、 电压表的改装及应用 伏伏法 安安法测 电阻 例3 陕西宝鸡2018三模 某物理兴趣小组的同学准备测量一个定值电阻的阻值 实验 室提供了以下实验器材供选择 请你帮助该实验小组完成下列操作 A 待测电阻Rx 阻值约200 B 电源E 电动势约3 V 内阻忽略不计 C 电流表A1 量程0 30 mA 内阻r1 20 D 电流表A2 量程0 50 mA 内阻r2约8 E 电压表V 量程0 15 V 内阻RV约10 k F 定值电阻R0 阻值R0 80 G 滑动变阻器R3 最大阻值为10 H 滑动变阻器R2 最大阻值为1 000 I 开关S 导线若干 1 由于实验室提供的电压表量程太大 测量误差较大
14、所以实验小 组的同学准备将电流表A1和定值电阻R0改装成电压表 则改装成的 电压表量程为0 V 2 为了尽可能减小实验误差 滑动变阻器应选择 填 G 或 H 3 请在方框内已经给出的部分电路图中 选择恰当的连接点把电路 连接完整 4 若某次测量中电流表A1的示数为I1 电流表A2的示数为I2 则Rx 的表达式为Rx 用测量量或已知物理量的字母表示 解析 1 电流表改装为电压表时由于串联一个电阻 则U Ig1 r1 R0 30 10 3 20 80 3 V 2 为了尽可能减小实验误差 便于调节 滑动变阻器应选择最大阻值较小的G 3 因为改装后的电压表内阻已知 故电流表A2应外接 滑动变阻器应采用
15、分压式接 法 实验电路图如图所示 例3 解析 例3 答案 u方法6 单个电表测电阻 例4 课标全国 2018 23 9分 一课外实验小组用如图所示的电路测量某 待测电阻Rx的阻值 图中R0为标准定值电阻 R0 20 0 可视为理想 电压表 S1为单刀开关 S2为单刀双掷开关 E为电源 R为滑动变阻器 采用如下步骤完成实验 1 按照实验原理线路图甲 将图乙中实物连线 例4 2 将滑动变阻器滑动端置于适当的位置 闭合S1 3 将开关S2掷于1端 改变滑动变阻器滑动端的位置 记下 此时电压表 的示数U1 然后将S2掷于2端 记下此时电压表的 示数U2 4 待测电阻阻值的表达式Rx 用R0 U1 U2
16、表示 5 重复步骤 3 得到如下数据 6 利用上述5次测量所得U2 U1的平均值 求得Rx 保留1位小数 解析 例5 1 连接实物图时 导线不能交叉 要注意滑动变阻器的分压式接法 答案 例5 安徽皖南八校2018联考 某物理兴趣小组围绕一个量程为0 3 mA 内阻Rg约为100 的电流计G展开探究 可供选择的器材有电阻箱R0 最大阻值为9 999 9 滑动变 阻器R1 最大阻值为10 k 滑动变阻器R2 最大阻值为2 k 电源E1的电动势为1 5 V 内阻较小 电源E2的电动势为9 V 内阻较小 开关2个 导线若干 1 为测量该电流计的内阻 小明设计了如图甲所示电路 实验步骤如下 断开S1和S2 将R 调到最大 闭合S1 调节R使G满偏 闭合S2 调节R0的值到R 0使G半偏 此时可以认为G的 内阻Rg R 0 在上述可供选择的器材中 为了使测量尽量精确 滑动变阻器应该选择 填 R1 或 R2 电源应该选择 填 E1 或 E2 在实验中认为电流计G内阻Rg R 0 此结果与Rg的真实值相比 填 偏大 偏小 或 相等 例5 2 若测得电流计G的内阻Rg 100 后 小芳用电源E1 电阻箱
