高中物理电学实验专题经典版 精选

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1、物理 高中物理电学实验 知识梳理 一 描绘小灯泡的伏安特性曲线 1 实验原理 在纯电阻电路中 电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系 但在实际电路中 由于各种因素的影响 U I 图像不再是一条直线 读出若干组小灯泡的电压U和电流 I 然后在坐标纸上以U为纵轴 以I 为横 轴画出 U I 曲线 2 实验步骤 1 适当选择电流表 电压表的量程 采用电流表的外接法 按图中所示的原理电路 图连接好实验电路图 2 滑动变阻器采用分压接法 把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端 电路 经检查无误后 闭合电键S 3 改变滑动变阻器滑动片的位置 读出几组相应的电流表 电压表的示数I 和 U 记 入记录表格

2、内 断开电键S 4 在坐标纸上建立一个直角坐标系 纵轴表示电流I 横轴表示电压U 用平滑曲线将各点连接起来 便得到伏安特性曲线 5 拆去实验线路 整理好实验器材 3 注意事项 1 因本实验要作出I U图线 要求测出一组包括零在内的电压 电流值 因此 变阻器要采用分压 接法 2 本实验中 因被测小灯泡电阻较小 因此实验电路必须采用电流表外接法 3 电键闭合后 调节变阻器滑片的位置 使小灯泡的电压逐渐增大 可在电压表读数每增加一个定值 如 0 5V 时 读取一次电流值 调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压 4 电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端 5 坐标纸上建立坐标系 横坐标所取

3、的分度例应该适当 尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸 连 线一定用平滑的曲线 不能画成折线 4 误差分析 1 测量电路存在系统误差 未考虑电压表的分流 造成测得的I 值比真实值偏大 2 描绘 I U线时作图不准确造成的偶然误差 5 知识延伸 电流表的解法 1 内接法 如图所示 待测电阻的测量值R测 ARAR Ax AR UUUUU RRR IIII 测 测 测测 显然 x RR 测 所以 xA RRR 测 当 xA RR时 x RR测 系统的相对误差很小 可以忽略不计 所以内接 法适用于测量高阻值电阻 2 外接法 如图所示 待测电阻的测量值R测 Vx VRVx UUR R R IIIRR 测测

4、 测 测 A A 测 x V 测 x 测 V V IV IR A 物理 显然有 x RR 测 所以 1 V x V V R RR R R RR R 测测 测 测 当 xV RR时 0 x V R R x RR测 系统的相对误差忽略 所以外接法适用于测量低阻值电阻 3 试触法选择内 外接法 具体方法是 在如图所示的电路中 改变电表的连接方式 拿电压表的一 个接线柱分别接触M N两点 观察电压表和电流表的示数变化 如果电流表变化明显 说明电压表内阻 对电路影响较大 应采用内接法 如果电压表变化明显 说明电流表内阻对电路影响较大 应采用外接法 滑动变阻器的限流接法和分压接法 电路 负载 L R上电压

5、调节 范围 负载 L R上电流调 节范围 闭合开 关前触 电所处 位置 相同条件 下消耗的 总功率 限 流 接 法 0 L L L R U RR 0 L LL I RRR b 端 L I 分 压 接 法 0 L U 0 L L I R a 端 Lap II 比 较 分压电路调节范围 大 分压电路调节范围 大 都为了 保护负 载电路 限流电路 能耗小 滑动变阻器的两种电路连接都能控制调节负载的电流和电压 但在相同条件下调节效果不同 实际应用中 要根据具体情况恰当的选择限流接法和分压接法 1 通常情况下 满足安全条件 由于限流电路能耗较小 电路结构简单 因此应优先考虑 2 在下列情况下必须采用分压

6、接法 要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节 只有分压接法才能满足 如果实验所提供的电表量程或其它元件允许通过的最大电流很小 若采用限流接法 无论怎样调节 电 路中实际电流 或电压 都会超过电表量程或元件允许的最大电流 或电压 为了保护电表或其它元件 必须采用分压接法 伏安法测电阻实验中 当滑动变阻器的阻值远小于待测电阻时 若采用限流接法 待测电阻上的电流 或 电压 变化很小 不利于多次测量求平均值或用图像处理数据 也起不到保护用电器的作用 应选用分压 接法 例 1 某研究性学习小组为了制作一种传感器 需要选用一电器元件 图为该电器元件的伏安特性曲线 有同学对其提出质疑 先需进一步验证该伏

7、安特性曲线 实验室备有下列器材 RL R0 S ab r 0 P RL R0 S ab r0 P 物理 器材 代号 规格 电流表 A1 电流表 A2 电压表 V1 电压表 V2 滑动变阻器 R1 滑动变阻器 R2 直流电源 E 开关 S 导线若干 量程 0 50mA 内阻约为50 量程 0 200mA 内阻约为10 量程 0 3V 内阻约为10k 量程 0 15V 内阻约为25k 阻值范围0 15 允许最大电流1A 阻值范围0 1k 允许最大电流100mA 输出电压6V 内阻不计 为提高实验结果的准确程度 电流表应选用 电压表应选用 滑动变阻器应选 用 以上均填器材代号 为达到上述目的 请在虚

8、线框内画出正确的实验电路原理图 并标明所用器材的代号 若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合 请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线 有何异同点 相同点 不同点 解析 图像中电流0 0 14A 电流表选A2 电源电压6V 但图像只要求电压在0 3V之间调整 为了 测量准确电压表选V1 由于绘制图像的需要 要求电压从0 3V 之间调整 所以滑动变阻器只能采用分压 式接法 为了能很好调节电压 滑动变阻器应选用阻值较小的R1 该元件约几十 A V R R R R 电压表的分流作用可以忽略 所以采用电流表外 接法 实验数据的采集要求从零开始 所以滑动变阻器采用分压式接法 从图像的形状和斜率

9、变化趋势上去找相同点和不同点 突出都是 非线性 图 像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数 二 电压表和电流表 1 电流表原理和主要参数 电流表 G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的 且指什偏角 与电流强度I成正 比 即 kI 故表的刻度是均匀的 电流表的主要参数有 表头内阻Rg 即电流表线圈的电阻 满偏电 流 Ig 即电流表允许通过的最大电流值 此时指针达到满偏 满偏电压U 即指针满偏时 加在表头两端 的电压 故Ug IgRg 2 半偏法测电流表内阻Rg 方法 合上S1 调整 R的阻值 使电转到满流表指针刻度 再合上开关S2 调整 R 的阻值 不可再改变R 使电流表指针偏转

10、到正好是满刻度的一半 可以认为 Rg R 条件 当 R 比 R 大很多 3 电压表的改装 1 原理 ggg UI R很小 不能直接换刻度测电压 需要串联一个如图所示的 分压电阻 2 分压电阻的计算 由串联电路的特点知 ggg UI RI R 则 11 ggg gggg UUU RRRR II RU 物理 因为电压扩大表头量程的倍数 g U n U 所以1 g RnR 注 相同的表头改装成的不量程的电压表串联 指针偏转角度相同 4 电流表的改装 1 原理 g I很小 不能直接换刻度测电流 需要并联一个如图所示的分流电阻 2 分流电阻的计算 由并联电路的特点知 ggg I RIIR则 1 ggg

11、g g I RR R I II I 因为电流扩大表头量程的倍数 g I n I 所以 1 g R R n 注 相同表头改装成量程不同的电流表并联 指针偏转角度相同 三 测量电源电动势和电阻 1 实验原理 根据闭合电路的欧姆定律 其方法有 1 如图甲所示 改变变阻器的阻值 从电流表 电压表中 读出几组U和 I 的值 由可得 2 为减小误差 至少测出六组U和 I 值 且变化范围要大 些 然后在U I 图中描点作图 由图线纵截距和斜率找出E 如图乙所示 2 实验步骤 1 恰当选择实验器材 照图连好实验仪器 使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入 电阻值最大的一端 2 闭合开关S 接通电路

12、 记下此时电压表和电流表的示数 3 将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置 记下此时电压表和电流表的示数 4 继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置 记下各位置对应的电压表和电流表的示数 5 断开开关S 拆除电路 6 在坐标纸上以U为纵轴 以I 为横轴 作出U I 图象 利用图象求出E r 3 实验误差分析 1 偶然误差 主要来源于电压表和电流表的读数以及作U I 图象时描点不很 准确 2 系统误差 系统误差来源于未计电压表分流 近似地将电流表的示数看作干 路电流 实际上电流表的示数比干路电流略小 如果由实验得到的数据作出图中 实线 a 所示的图象 那么考虑到电压表的分流后

13、得到的U I 图象应是图中 的虚线 b 由此可见 按图所示的实验电路测出的电源电动势 电 源内电阻 说明 外电路短路时 电流表的示数 即干路电流的测量值 等于干路电流的真实值 所以图中 a b 两图线交于短路电流处 当路端电压 即电压表示数 为时 由于电流表示数小于干路电 流 所以 a b 两图线出现了图中所示的差异 4 注意事项 1 电流表要与变阻器靠近 即电压表直接测量电源的路端电压 物理 2 选用内阻适当大一些的电压表 3 两表应选择合适的量程 使测量时偏转角大些 以减小读数时的相对误差 4 尽量多测几组U I 数据 一般不少于6 组 且数据变化范围要大些 5 作 U I 图象时 让尽可

14、能多的点落在直线上 不落在直线上的点均匀分布在直线两侧 5 数据处理的方法 1 本实验中 为了减小实验误差 一般用图象法处理实验数据 即根据各次测出的U I 值 作 U I 图象 所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E 图线斜率的值即为电源的内阻r 即 2 应注意当电池内阻较小时 U的变化较小 图象中描出的点呈现如图 甲 所示状态 下面大面积空 间得不到利用 所描得的点及作出的图线误差较大 为此 可使纵轴不从零开始 如图 乙 所示 把纵 坐标比例放大 可使结果误差小些 此时 图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势 但图线与横轴的交点 不再代表短路状态 计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点 由它们

15、的坐标值计算出斜率的绝对值 即为内阻r 6 实验仪器的选择 本实验的系统误差来源于未计电压表的分流 为减小该误差 需要减小电压表的分流 减小电压表分流的 方法有二方面 一是选取阻值范围小的滑动变阻器 二是在满足量程要求的前提下选取内阻较大的电压表 由于选用了阻值范围小的滑动变阻器 所以电路中电流较大 因而 还需要滑动变阻器的额定电流较大 综上所述 本实验中滑动变阻器的选择原则是 阻值范围较小而额定电流较大 电压表的选择原则是 在 满足量程要求的前提下选取内阻较大的 电流表的选择需根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定 例 2 某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池 该同学想测量一下这个电池的

16、电动势E 和内电阻 r 但是从实验室只借到一个开关 一个电阻箱 最大阻值为9 999 科当标准电阻用 一只电流表 量 程 R I 0 6A 内阻0 1 g r 和若干导线 请根据测定电动势E内电阻r的要求 设计图 4 中器件的连接方式 画线把它们 连接起来 接通开关 逐次改变电阻箱的阻值R 读处与R对应的电流表的示数I 并作记 录 当电阻箱的阻值2 6R时 其对应的电流表的示数如图5 所示 处理实验数据时 首先计算出每个电流 值 I 的倒数 1 I 再制作 R 1 I 坐标图 如图6 所示 图中已标注出了 1 R I 的几个与测量对应的坐标点 请你将与图5 实验数据对应的坐标点也标注在 图 6 中上 在图 6 上把描绘出的坐标点练成图线 根据图6描绘出的图线可得出这个 电池的电动势E V 内电阻r 物理 解析 根据闭合电路欧姆定律 测量电源的电动势和内电阻 需要得到电源的路端电压和通过电源的电流 在本实验中没有电压表 但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表 测量电源的路端电压 通过电流表 的电流也是通过电源的电流 所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可 实物图的连接如答图 4