人教版高中物理电学实验要点总结（6.29）.pdf

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1、 - 1 - 难点之十难点之十 电学实验电学实验 一、难点形成的原因一、难点形成的原因 1、对电流表、电压表的读数规则认识模糊，导致读数的有效数字错误 2、对滑动变阻器的限流、分压两种控制电路的原理把握不准，导致控制电路选用不当 3、对实验测量电路、电学仪器的选用原则把握不准，导致电路、仪器选用错误 4、对电学实验的重点内容“电阻的测量”方法无明确的归类，导致思路混乱 5、对于创新型实验设计平时缺乏对实验思想方法（如模拟法，转换法，放大法，比较法， 替代法等）进行归纳，在全新的实验情景下，找不到实验设计的原理，无法设计合理可行的 方案。受思维定势影响，缺乏对已掌握的实验原理，仪器的使用进行新情

2、境下的迁移利用， 缺乏创新意识。 二、难点突破二、难点突破 1 1、电流表、电压表、电流表、电压表的读数规则：的读数规则： 电流表量程一般有两种0.10.6A，03A；电压表量程一般有两种03V，015V。 如图 10-1 所示： 因为同一个电流表、电压表有不同的量程，因此，对应不同的量程，每个小格所代表的 电流、电压值不相同，所以电流表、电压表的读数比较复杂，测量值的有效数字位数比较容 易出错。下面是不同表，不同量程下的读数规则： 电压表、电流表若用 03V、03A 量程，其最小刻度（精确度）分别为 0.1V、0.1A， 为 10 分度仪表读数，读数规则较为简单，只需在精确度后加一估读数即可

3、。 如图所示，电压表读数为 1.88V，电流表读数为 0.83A。若指针恰好指在 2 上，则读数 为 2.00V（或 A） 。 电压表若用 015V 量程，则其最小刻度为 0.5V，为 2 分度仪表读数，所读数值小数点 后只能有一位小数，也必须有一位小数。 如图所示，若指针指在整刻度线上，如指在 10 上应读做 10.0V，指在紧靠 10 刻度线右 侧的刻度线上（即表盘上的第 21 条小刻度线）读数为 10.5V，若指在这两条刻度线间的中 间某个位置，则可根据指针靠近两刻度线的程度，分别读做 10.1V，或 10.2V，或 10.3V， 或 10.4V，即使是指在正中央，也不能读做 10.25

4、V，若这样，则会出现两位不准确的数，即 小数点后的 2 和 5，不符合读数规则，如上图中所示，读数应为 9.3V。 电流表若用 0-0.6A 量程，则其最小刻度为 0.02A，为 5 分度仪表读数，其读数规则与 0 15V 电压表相似，所读数值小数点后只能有两位小数，也必须有两位小数。 如上图所示，电流表读数为 0.17A，若指针指在第 11 条刻度线上，则读数为 0.22A，指 在第 10 条刻度线上，读数为 0.20A，指在第 12 条刻度线上，读数为 0.24A。 2 2、滑动变阻器应用分析滑动变阻器应用分析 滑动变阻器是电学实验中常用的仪器， 近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直

5、 接或渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点. 图 10-1 - 2 - 滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点：如图 10-2 所示的两种电路中，滑动变阻器 （最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为 限流接法，图（b）电路称为分压接法. 负载RL上电压调节范围 （忽略 电源内阻） 负载RL上电流调节范 围（忽略电源内阻） 相同条件下电路消耗 的总功率 限流接法 0 RR R L L + EULE 0 RR E L + IL L R E EIL 分压接法 0ULE 0IL L R E E（IL+Iap） 比较 分压电路调节

6、范围较大 分压电路调节范围较 大 限流电路能耗较小 限流法.如图（a）所示，待测电阻上电压调节范围为 0 L L R E E RR+ .显然，当 R0RL时，滑动触头在从 b 向 a 滑动的过程中，先是电流表、电压表的 示数变化不大，后来在很小的电阻变化范围内，电流表、电压表的读数变化很快，也不方便 读数，只有当 RL与 R0差不多大小时，才能对电流、电压有明显的调控作用.在同样能达到 目的的前提下，限流法较为省电，电路连接也较为简单. 分压法.如图（b）所示，待测电阻上电压调节范围为 0E，且 R0相对于 RL越小，R 上的电压变化的线性就越好.当 R0RL时，尽管 UL变化范围仍是 0E，

7、但数据几乎没有可 记录性，因为在这种情况下，滑片从左端滑起，要一直快到右端时，电压表上示数一直几乎 为零，然后突然上升到 E，对测量几乎没有用处.因此，分压接法要用全阻值较小的滑动变 阻器。 滑动变阻器的限流接法与分压接法： 两种电路均可调节负载电阻电压和电流的大小， 但 在不同条件下，调节效果大不一样，滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确 性、节能性、方便性原则综合考虑，灵活选取. 1.下列三种情况必须选用分压式接法 （1）要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的 伏安特性、校对改装后的电表等电路） ，即大范围内测量时，必须采用分压接法. （2）当用

8、电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时，必须采用分压接法.因为按 图（b）连接时，因RLR0Rap,所以RL与Rap的并联值R并Rap，而整个电路的总阻值约为 图 10-2 - 3 - R0，那么RL两端电压 UL=IR并= 0 R U Rap，显然ULRap,且Rap越小，这种线性关系越好，电 表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作. （3）若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只 能采用分压接法. 2.下列情况可选用限流式接法 （1）测量时对电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量， 且RL与R0相差不大或RL略小于R0，采用限流式接

9、法. （2）电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时， 采用限流式接法. （3）没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简 便和节能因素优先采用限流式接法. 例例 1：如图 10-3 所示，滑动变阻器电阻最大值为R，负载电阻R1=R， 电源电动势为E,内阻不计. （1）当K断开，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？ （2）当K闭合，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？ （3）设R的长度ab=L,R上单位长度的电阻各处相同，a、c间 长度为x，当K接通后，加在R1上的电压U1与x的关系如何？ 【审题审题】电键断开或闭合导致电路出

10、现两种截然不同的控制电路： 限流和分压，把握限流和分压电路的原理是关键 【解析】【解析】 （1）若 K 断开，则该控制电路为滑动变阻器的限流接法，故 2 E U1E （2）若 K 闭合，则该控制电路为滑动变阻器的分压接法，故 0U1E （3）U1=IR并，R并= R L R x R L R x + ,I= L R xLR E )(+ 并 得：U1= LxxL ELx + 22 【总结】【总结】该题考察两种控制电路的原理即两者获取的控制电压范围不同 例例 2：用伏安法测量某一电阻Rx阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值约 5 ,额定 功率为 1 W） ； 电流表A1（量程 00.6 A,内

11、阻 0.2 ） ;电流表A2（量程 03 A， 内阻 0.05 ） ; 电压表V1（量程 03 V，内阻 3 k）;电压表V2（量程 015 V，内阻 15 k）;滑动变阻 器R0（050 ）,蓄电池（电动势为 6 V） 、开关、导线. 为了较准确测量Rx阻值，电压表、电流表应选_，并画出实验电路图. 【审题审题】该题要求选择实验仪器、测量电路及控制电路，因为滑动变阻器的全阻值大于被测 电阻Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法 【解析】【解析】由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值，可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定 电流的值约为 U=51PRV2.2 V,I=5/1/RPA=0.45 A.

12、则电流表应选A1，电压表应选V1. 又因30002 . 0= VA RR=24.5 Rx，则电流表必须外接. 图 10-3 - 4 - 图 10-5 因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx， 故首先考虑滑动变阻器的限流接法， 若用限 流接法， 则被测电阻Rx上的最小电流为Imin= 505 6 + = + RE E x =0.11 AI额，因该实验没有对电流、电压的调节范围未作特殊要求，故 用限流电路.电路如图 10-4 所示. 【总结】【总结】滑动变阻器全阻值相对待测电阻较大，用分压接法不便于 调节，故限流接法是首选，只要能保证安全且有一定的调节范围即 可。 例例 3： 用伏安法测量一个定值

13、电阻的器材规格如下： 待测电阻 Rx（约 100 ） ;直流电流表 （量 程 010 mA、内阻 50 ）;直流电压表（量程 03 V、内阻 5 k）;直流电源（输出电压 4 V、 内阻不计） ；滑动变阻器（015 、允许最大电流 1 A） ；开关 1 个，导线若干.根据器材的规 格和实验要求画出实验电路图. 【审题审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法，各仪器的量程和电阻都已经给出，只 需计算两种接法哪种合适。 【解析】【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于Rx vAR R，故电流表应采用外接法.在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻 器阻值调

14、至最大，通过负载的电流最小，Imin= xA RRR E + =24 mA10 mA,此时电流仍超过 电流表的量程， 故滑动变阻器必须采用分压接法.如图 10-5 所示. 【总结】【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全，这是电学实验的首要原则 ，限流接法虽 然简洁方便，但必须要能够控制电路不超过电流的额定值，同时，能够保证可获取一定的电 压、电流范围，该题中，即便控制电流最小值不超过电流表的量程，因滑动变阻器全阻值相 对电路其它电阻过小，电流、电压变化范围太小，仍不能用限流接法。 3 3、实验电路和电学仪器的选择、实验电路和电学仪器的选择 （1）电路的选择 安培表内、外接电路的选择 由于电

15、压表的分流作用和电流表的分压作用， 造成表的示数与通过负载的电压或电流真 实值之间产生误差，为减小此系统误差，应慎重选择电流表的内外接法，选择方法如下： 1、直接比较法： 当待测电阻阻值RxRA时，安培表分压很小，选择安培表内接电路。 图 10-4 - 5 - 2、临界值计算比较法： 当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，如何确定被测电阻 R 是较大还 是较小呢？我们要计算两种接法的相对误差，可用 R RV 与 A R R 相比较. 当 A V R R R R 即 AVR RR 时，宜采用电流表外接法； 当 A V R R R R 即 AVR RR 时，宜采用电流表内接法； 而 AVR RR =时，电流表内外接法效果是一样的.此时的被测电阻值 R 我们称为临界 电阻。 3、测试判断法（试触法） 若 Rx、RA、RV的大小关系事先没有给定，可借助试触法确定内、外接法.具体做法是: 如图 10-6 所示组成电路，其中电流表事先已经接好，拿电压表的一个接线柱去分别试 触 M、N 两点，观察先后两次试触时两电表的示数变化情况。 如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即 U U I I )，说明接 M 点时电压表 分流作用引起的误差大于接 N 点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法(即电压 表接 N 点)。 如果电压表的示数变化比电流