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1、电学电路实验内容归纳（高三）东港一中 物理组电学实验包括范围很广，包括测电阻、测功率、测电阻率、描绘伏安特性曲线、测电动势和内电阻、万用表的使用等等，一直是高考的重点内容。近年来的高考实验部分更是基本实验变化考，基本方法变化考，充分体现了新课改高考是考查学生能力。但是，万变不离其中，最基本的还是电路的伏安法测电阻，这里就伏安法的问题，进行归纳。一、电流表内、外接法的选择由于电流表和电压表内阻的影响，不管采用电流表内接法还是外接法都将引起误差。在安培内接法中，电流表测量值 I 是 Rx 的电流，而电压表测量值 U 是 Rx 和电流表串联后的电压，根据 可知，测量值比真实I值偏大；安培外接法中，电
2、压表测量值 U 是 Rx 的电压，电流表测量值 I 是 Rx 和电压表并联后的电流，而根据可知，测量值比真实值偏小。UI比如教材中常提到的几个实验：测定金属丝的电阻率实验应该用外接法，因为电阻丝的电阻一般都比较小；描绘小灯泡的伏安特性曲线实验也应该用外接法，因为小灯泡的电阻一般也都比较小；而测定电源电动势和内电阻的实验应该选择内接法，因为变阻器本身就是变化的，并不要求又准确数值，表面上看是测变阻器的电阻，实际上是测电源，可谓“醉翁之意不在酒” ，假如采用了外界，则测出的 r 是电源内电阻和电流表内阻之和。为了减小误差，实验中应根据不同的实验选取不同的接法，具体分两种选择方法：选择方法 1：当
3、Rx 的内阻比较小时，一般采用外接法，而 Rx 的内阻比较大时，应采用内接法。如遇到待测电阻值既不是很大又不是很小时，可用临界电阻方法粗略判定：先算出临界电阻 （推导略，仅使用于 RAR0 可采用内接法；若VA0RxR0 可采用外接法。选择方法 2：当 RA、R V 均不知的情况时，可用试触法判定：通过改变电表的连接方式看电流表、电压表的变化大小，确定正确的接法。若电流表示数变化大，说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法；若电压表示数变化大，说明电流表的分压作用较大，为了减小误差，应采用电流表外接法。例 1：如右图所示，某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他先将电压表接在
4、a 点，读得两表示数分别为U1=3.0V，I 1=3.0mA，然后将电压表改接在 b 点，读得两表示数分别为 U2=2.9V，I 2=4.0mA，由此可知电压表应接到 点误差较小，测得 Rx 值应为 。解析：两种接法中两表示数变化分别为： ，VU1.092.321，此时有人得出错误结论：电流变化大，正确方法应该mAI0.14.321是看 ， ，可见电流表示数的变化与电压表接 a 时电流之比为0U3I，而电压表示数变化与电压表接 a 时电流之比为 ，电流表示数变化较电压表示数变化3 31明显，说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法，即电压表接 a 点，此时 。10.3310I
5、R二、滑动变阻器分压、限流法的选择1、限流接法右图电路中变阻器起限流作用，负载 Rx 的电压调节范围为 E，在合上电键前一定要使变阻器所使用REx的阻值最大，因此在闭合电键前一定要检查滑动触头 P 是否在正确的一端（图中应为 b 端） 。2、分压接法右图电路中变阻器起分压作用，滑片自 a 端向 b 端滑动时，负载 Rx 上电压的调节范围为 0E，显然，滑动变阻器在分压使用时，调节负载上的电压范围比限流法使用时调节范围大。在合上电键前一定要使变阻器的滑动触头 P 滑到 a 端，以使负载的电压和电流最小（均为零） 。3、选择方法通常情况下，变阻器尽可能选用限流式接法，因为这种接法消耗的电能较小。但
6、在一下三种情况下，必须选择分压器连接方式：（1）量程不够：若采用限流电路时，电表的量程不够或电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用分压电路。（2）变阻器阻值太小：当用电器电阻远大于滑动变阻器全值电阻，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组实验数据）时，必须选用分压电路。（3）要求从零开始变化：实验要求回路中某部分电路的电压从零开始可连续变化，必须选用分压电路。比如教材中常提到的几个实验：测定金属丝的电阻率实验和测定电源电动势和内电阻的实验，在没有特殊要求的情况下，而选用限流式接法就可以满足正常的实验要求；描绘小灯泡的伏安特性曲线实验，一般都要求从零开始变化或相对连续的电压和电
7、流值，所以通常选用分压器接法。例 2：(08 年高考山东卷理综 12 分)2007 年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。若图 l 为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中 RB,R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度 B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值 RB。请按要求完成下列实验。(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图 2 的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为 0.61.0T，不考虑磁场对电路其它
8、部分的影响)。要求误差较小。提供的器材如下：A.磁敏电阻，无磁场时阻值 Ro=150B.滑动变阻器 R，全电阻约 20C.电流表量程 2.5mA，内阻约 30D.电压表，量程 3V，内阻约 3kE.直流电源 E，电动势 3V，内阻不计F.开关 S，导线若干(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表根据上表可求出磁敏电阻的测量值 RB=_，结合图 1 可知待测磁场的磁感应强度 B=_T。(3)试结合图 1 简要回答，磁感应强度 B 在 00.2T和 0.41.0T 范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?(4)某同学查阅相关资料时看到了图 3 所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻一磁感
9、应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论?答案：(1)如右图所示(2)1500 0.90(3)在 00 2T 范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在0.41.0T 范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)(4)磁场反向磁敏电阻的阻值不变。 三、实验器材的选择仪器的选择首先应考虑安全因素，其次是误差因素。各电表：安全因素应考虑读数不能超过量程，误差因素一般应要求各电表的实际读数不小于量程的 。31滑动变阻器：除了应考虑其电流不能超过其最大允许电流（其它电阻类元件相同）的外，在分压接法中，一般选择阻值较小而额定电流较大的变阻器，在限流接法中，
10、变阻器的阻值应与电路中其它电阻的阻值比较接近。例 3：（07 年高考山东卷理综 11 分）检测一个标称值为 5 的滑动变阻器。可供使用的器材如下：A.待测滑动变阻器 ，全电阻约 5 （电阻丝绕制xR紧密，匝数清晰可数）B.电流表 ，量程 0.6 A，内阻约 0.6 1C.电流表 ，量程 3 A，内阻约 0.12 2D.电流表 ，量程 15 V，内阻约 15 k1E.电压表 ，量程 3 V，内阻约 3 k2F.滑动变阻器 R，全电阻约 20 G.直流电源 E，电动势 3 V，内阻不计H.游标卡尺I.毫米刻度尺J.电键 S、导线若干（1）用伏安法测定 的全电阻值，所选电流表为_（填“ ”或“ ”）
11、 ，所xR1A2选电压表为_（填“ ”或“ ”） 。1V2（2）画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将图中实物连接成测量电路。（3）为了进一步测量待测滑动变阻器电阻丝的电阻率，需要测量电阻丝的直径和总长度，在不破坏变阻器的前提下，请设计一个实验方案，写出所需器材及操作步骤，并给出直径和总长度的表达式。【解析】 实验时尽可能使测量数据准确。所以尽可能使指针偏转在三分之一以上。所以电压表选择 ，电流2V表选择 答案： 、1A1例 4：（07 年高考江苏物理卷 9 分）要描绘某电学元件（最大电流不超过 6 mA，最大电压不超过 7 V）的伏安特性曲线，设计电路如图，图中定值电阻R 为 1 k，用于
12、限流；电流表量程为 10 m，内阻约为 5 ；电压表（未画出）量程为 10 ，内阻约为 10 k；电源电动势 E 为 12 ，内阻不计。实验时有两个滑动变阻器可供选择：a、阻值 0 到 200 ，额定电流 0.3 A b、阻值到 20 ，额定电流 0.5 A本实验应选的滑动变阻器是（填“a”或“b” ）正确接线后，测得数据如下表1 2 3 4 5 6 7 8 9 10U（V） .00 3.00 6.00 6.16 6.28 6.32 6.36 6.38 6.39 6.40M A待测元件 O P NREI（mA） 0.00 0.00 0.00 0.06 0.50 1.00 2.00 3.00 4
13、.00 5.50a）根据以上数据，电压表是并联在 M 与之间的（填“O ”或“P” ）b）根据以上数据，画出该元件的伏安特性曲线为 。画出待测元件两端电压 UMO 随 MN 间电压 UMN变化的示意图为（无需数值）答案、a（a）P（b）如图四、实物连接：实物连接图中，只要有一处错误就不得分，因为一处错误便不能使电路正常工作。需要注意：滑动变阻器接法（不能接到滑片上或腿上） ；电表的量程和正负接线柱；单刀双掷开关；分压器电路等。详细内容略。例 5：（08 年高考各天津卷理综) （2）用下列器材组装成描绘电阻 R0 伏安特性曲线的电路，请将实物图连线成为实验电路。微安表 A（量程 200A，内阻约
14、 200 )；电压表 V（量程 3V，内阻约 10k） ；电阻 R0（阻值约 20k） ； 滑动变阻器 R（最大阻值 50，额定电流 1A ) ；电池组 E（电动势 3V ，内阻不计） ； 开关 S 及导线若干。答案：见右图五、伏安法测电阻的变化1. 只有一个表测电源电动势和内电阻 其实，这不是一个实验而是一道电路习题（如教材选修 3-1P62 例题） ，但完全可能变成一个实验习题考查。一般分只有电压表和只有电流表两种情况（见右图） 。当然，若电动势和 R1 以及接通 R1 时表的示数已知，还可以UMOUMN变成判断 S 接 R2 时表的示数范围。 （具体略）2、电表的改装有的实验所给的仪器中
15、，虽然给了电流表和电压表，但是，其中一个表（电压表或电流表）明显量程不够，即使采用分压器接法，也不能满足实验要求，这种情况下，一般在所给的实验器材中，还格外给出一个定值电阻或电阻箱，这时就需要将量程不够的电表和定值电阻或电阻箱，改装成另外一个量程足够的电表。当然，也有的实验是给出两块电流表和一个定值电阻或电阻箱，其中一个电流表的内阻给出具体数值而不是大约数值，这时也需要将这块内阻固定的电流表和定值电阻或电阻箱，改装成电压表来使用。例 6： （07 年高考宁夏理综）利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：干电池：电动势约 1.5 V，符号电压表：量程 1 V，内阻 998.3 ，符号电
16、流表：量程 1 A，符号滑动变阻器：最大阻值 10 ，符号电阻箱：最大阻值 99 999.9 ，符号单刀单掷开关 1 个，符号导线若干设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内。要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负。为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的_倍，电阻箱的阻值应为_。【解析】这是圆柱形电容器，但可以定性地根据平行板电容器的公式判断，由平行板电容器的公式 ，可推测影响圆柱形电容器电容的因素有：正对面积、板间距离、kdSC4极板间的介质即 H、R 1、R 2、 。考虑到电源的内阻比较小，则电流表接法是确定的，所以必须连接成答案所示。因为干电池的电动
