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1、第15讲电学、光学实验,一、电学仪器的使用与读数 1.电流表、电压表、欧姆表的比较:,2.使用多用电表的 “三注意”： （1）电流的流向：使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接黑表笔，负极接红表笔，从电源外部看，电流从红表笔流入，从黑表笔流出。,（2）区分“机械调零”和“欧姆调零”：“机械调零”在表 盘刻度左侧“0”位置，调整表盘下边的中间定位螺丝；“欧 姆调零”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整欧姆调 零旋钮。 （3）倍率选择：使用欧姆挡测电阻时，表头指针过大或过小 均有较大误差，指针偏转角度在 满偏到 满偏之间读数较 准确，如待测电阻约为2 k，应选用“100”挡。,3.电学仪器的选
2、择: (1)电源的选择:一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。 (2)电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表;根据待测电流的最大电流选择电流表;选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大,一般应使指针能达到半偏以上,以减小读数的偶然误差,提高精确度。,二、电流表内外接法的区分与选择,三、分压式与限流式的区分与选择 1.控制电路的比较:,2.控制电路的选择: (1)从节能的角度考虑,优先选用限流式。 (2)以下三种情况必须用分压式: 要求待测电路的U、I从0变化。 R滑Rx。 选用限流式,Ux、Ix过大(超过电流表量程,烧坏电表、电源或用电器
3、等)。,四、电学实验方法 1.等效替代法:在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来进行研究和处理。 2.控制变量法:对于多个变量的问题,常常采用控制变量的方法,把多个变量的问题变成单个变量的问题,从而研究这一个变量对事物的影响,分别对各个变量加以研究,最后综合解决。,3.累积法:把某些难以用常规仪器直接准确测量的物理量用累积的方法,将微小量变为较大的量,不仅便于测量,还可以提高测量的准确程度,从而减小误差。,五、光学实验方法 1.插针法:利用光的直线传播确定光射入介质的入射点和出射点,间接得到光在介质中的光
4、路。 2.放大累积法:利用加长遮光筒放大光的干涉条纹,并测量多条干涉条纹间距减小误差。,热点考向一 多用电表的使用 【典题1师生探究】(2013新课标全国 卷)某学生实验小组利用图甲所示电路, 测量多用电表内电池的电动势和电阻“ 1 k”挡内部电路的总电阻。使用的器材有: 多用电表;电压表:量程5 V,内阻十几千欧;滑动变阻器:最大阻值5 k;导线若干。,回答下列问题: (1)将多用电表挡位调到电阻“1 k”挡,再将红表笔和黑表笔,调零点。 (2)将图甲中多用电表的红表笔和(选填“1”或“2”)端相连,黑表笔连接另一端。,(3)将滑动变阻器的滑片调到适当位置,使多用电表的示数如图乙所示,这时电
5、压表的示数如图丙所示。多用电表和电压表的读数分别为k和V。,(4)调节滑动变阻器的滑片,使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为12.0 k和4.00 V。从测量数据可知,电压表的内阻为k。,(5)多用电表电阻挡内部电路可等效为由一个无内阻的电池、 一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路,如图丁所示。 根据前面的实验数据计算可得,此多用电表内电池的电动势 为V,电阻“1 k”挡内部电路的总电阻为k。,【破题关键】 (1)多用电表欧姆调零时,应将红、黑表笔_; (2)电流从_流出电表,应与电压表的_极相连接; (3)当滑动变阻器阻值为零时,多用电表测量的阻值为 _; (4)多用电
6、表测电阻的原理是_。,短接,“+”,电压表的内阻,闭合电路的欧姆定律,黑表笔,【解析】(1)欧姆表调零:将红表笔和黑表笔短接,使指针指电 阻0刻度。(2)多用电表欧姆挡测电压表的内阻应使电流从电 压表的“+”接线柱流入、“-”接线柱流出,而黑表笔连接多 用电表内电池的正极,所以多用电表的红表笔和“-”端相连, 黑表笔连接“+”端。(3)多用电表和电压表的读数分别为 15.0 k和3.60 V。(4)由图甲可知多用电表欧姆“1 k”,挡直接测量电压表的内阻RV,所以RV=12.0 k。(5)设多用 电表内电池的电动势为E,多用电表电阻“1 k”挡内部电 路的总电阻为Rg,依题给条件由欧姆定律得:
7、E= (15.0 k +Rg),E= (12 k+Rg),又RV=12.0 k,解之得:E=9.00 V, Rg=15.0 k。 答案:(1)短接(2)1(3)15.03.60(4)12.0 (5)9.0015.0,【解题悟道】 多用电表使用“五步”法 (1)选倍率,一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率,如估计值为200,就应该选“10”的倍率; (2)进行欧姆调零; (3)将红、黑表笔接被测电阻两端进行测量;,(4)将指针示数乘以倍率,得测量值; (5)测量结束后,将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。 特别注意:用欧姆挡测电阻时,如果指针偏转角度太小(即指针所指的欧姆刻度值太大)
8、,应该适当增大倍率重新调零后再测量;如果指针偏转角度太大(即指针所指的欧姆刻度值太小),应该适当减小倍率重新调零后再测量。,热点考向二实验器材的选择和电路设计问题 【典题2师生探究】(2014福建高考)某研究性学习小组利 用伏安法测定某一电池组的电动势和内阻,实验原理如图甲所 示,其中,虚线框内为用灵敏电流计 改装的电流表 , 为标准电压表,E为待测电池组,S为开关,R为滑动变阻器,R0是标称值为4.0的定值电阻。,(1)已知灵敏电流计 的满偏电流Ig=100A、内阻rg=2.0k, 若要改装后的电流表满偏电流为200mA,应并联一只(保留一位小数)的定值电阻R1;,(2)根据图甲,用笔画线代
9、替导线将图乙连接成完整电路;,(3)某次实验的数据如下表所示:,该小组借鉴“研究匀变速直线运动”实验中计算加速度的方法(逐差法),计算出电池组的内阻r=(保留两位小数);为减小偶然误差,逐差法在数据处理方面体现出的主要优点是。,(4)该小组在前面实验的基础上,为探究图甲电路中各元器件的实际阻值对测量结果的影响,用一已知电动势和内阻的标准电池组,通过上述方法多次测量后发现:电动势的测量值与已知值几乎相同,但内阻的测量值总是偏大。若测量过程无误,则内阻测量值总是偏大的原因是。(填选项前的字母) A.电压表内阻的影响 B.滑动变阻器的最大阻值偏小 C.R1的实际阻值比计算值偏小 D.R0的实际阻值比
10、标称值偏大,【破题关键】 (1)利用并联电路_计算分流电阻的阻值。 (2)“逐差法”思想的迁移即利用_正确的实验数据。 (3)等效内阻与_的误差分析。,电压相等,每一组,电压表的分流,【解析】(1)据(I-Ig)R1=Igrg可得R1=1.0。 (2)依电路图连接实物图如图所示,(3)借鉴逐差法有 r内+R0=| |=5.66,电池组的内阻r内=r-R0=5.66-4.0=1.66,逐差法的优点是充分利用已测得的数据,减小偶然误差。,(4)若考虑电压表内阻的影响,则内阻的测量值比真实值小,滑 动变阻器的最大值对测量结果无影响,A、B错误;据r内=r-R0可 知R0的实际阻值比标称值大,则内阻的
11、测量值总是偏大,D正 确;R1的实际阻值比计算值小,则实际通过电流表的电流大于 示数,据r=| |可知内阻的测量值偏大,C正确。 答案:(1)1.0(2)见解析图(3)1.66充分利用已测得的数据,减小偶然误差(4)C、D,【解题悟道】 选择实验仪器的三大原则 (1)安全性原则:要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器,使实验切实可行,能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程,电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。 (2)精确性原则:根据实验的需要,选用精度合适的测量工具,但对某个实验来讲,精确程度达到要求即可,并不是精度越高越好。,(3)方便性原则:在不违反前两个原则的前提下,尽
12、量使测量电路简单好接,测量中的调节控制操作方便。 用分压式接法时,滑动变阻器应该选用阻值较小的,而额定电流较大的。 用限流式接法时,滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的,额定电流应大于被测电阻的额定电流。,热点考向三实验数据的处理及误差分析 【典题3师生探究】利用如图甲所示的电路测量某种电阻丝材料的电阻率,所用电阻丝的电阻约为20。带有刻度尺的木板上有a和b两个接线柱,把电阻丝拉直后固定在接线柱a和b上。在电阻丝上夹上一个带有接线柱c的小金属夹,沿电阻丝移动金属夹,可改变其与电阻丝接触点P的位置,从而改变接入电路中电阻丝的长度。,可供选择的器材还有:,电池组E(电动势为3.0V,内阻约1);
13、 电流表A1(量程0100 mA,内阻约5); 电流表A2(量程00.6 A,内阻约0.2); 电阻箱R(0999.9); 开关、导线若干。,实验操作步骤如下: A.用螺旋测微器在电阻丝上三个不同的位置分别测量电阻丝的直径; B.将选用的实验器材,按照图甲连接实验电路; C.调节电阻箱使其接入电路中的电阻值较大;,D.将金属夹夹在电阻丝上某位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表满偏,然后断开开关。记录电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L; E.改变金属夹与电阻丝接触点的位置,闭合开关,调整电阻箱的阻值,使电流表再次满偏。重复多次,记录每一次电阻箱的电阻值R和接入电路的电阻丝长度L; F
14、.断开开关,整理好器材。,(1)某次测量电阻丝直径d时,螺旋测微器示数如图乙所示, 则d=mm。,(2)实验中电流表应选择(选填“A1”或“A2”)。 (3)用记录的多组电阻箱的阻值R和对应 的接入电路中电阻丝长度L的数据,绘出 了如图丙所示的R-L关系图线,图线在R 轴的截距为R0,在L轴的截距为L0,再结合 测出的电阻丝直径d,写出电阻丝的电阻 率表达式=(用给定的物理量符号和已知常数表示)。,(4)本实验中,电流表的内阻对电阻率的测量结果影响(选填“有”或“无”)。,【现场答案】,【失分诊断】 第(1)问中利用螺旋测微器测量时要估读,结果应读到0.001mm 位,而答案未估读,不得分。
15、第(3)问中题目要求用给定的物理量符号和已知常数表示,而 答案 中r不是给定的物理量符号,不符合题目要求,不得分。,【精讲精析】(1)先读固定刻度0.5 mm，再读可动刻度23.0 0.01 mm，结果为（0.5+23.00.01）mm=0.730 mm。 (2)根据R总= 可知，若用A1，R总= =30 ；若用A2， R总= =5 。 而所用电阻丝的电阻约为20 ，大于5 ，用A2无法使电阻丝全部接入电路，因此选A1。,(3)根据闭合电路欧姆定律得:R= -r-RA-Rx，由电阻定律 得:Rx= ，所以R= 由此式可知R-L关系图线的斜率大小 (4)由R= 可知R-L关系图线的斜率大小 与RA的大小无关。,【正确答案】(1)0.730(0.7280.732均正确) (2)A1 (3) (4)无,
