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1、第16讲 电 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,例:待测电阻约为2k,应选用 “100”挡。,3.电学仪器的选择:
2、 电学元件的选择原则是安全、准确、方便。 (1)电源的选择:一般可以根据待测元件的额定电流或额定电压选择符合需要的电源。,(2)电表的选择:一般根据电源电动势或待测元件的额定电压选择电压表,再估算待测电流的最大值选择电流表。注意测量时要使电表的指针偏转角度较大。 (3)变阻器的选择:在安全条件下,分压式选最大阻值较小、额定电流较大的,限流式选最大值与待测电阻差不多的。,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;
3、,选用限流式时,Ux、Ix过大(超过电表量程,烧坏电 表、电源或用电器等)或Ux、Ix过小(最大值不超过电 表满偏量程的 ,读数误差大)。,考向1 多用电表的原理及使用 【典例1】(2015广东高考)某实验小组研究两个未知元件X和Y的伏安特性,使用的器材包括电压表(内阻约为3k)、电流表(内阻约为1)、定值电阻等。,(1)使用多用电表粗测元件X的电阻。选择“1”欧姆挡测量,示数如图a所示,读数为_。据此应选择图中的_(选填“b”或“c”)电路进行实验。,(2)连接所选电路,闭合S;滑动变阻器的滑片P从左向右滑动,电流表的示数逐渐_(选填“增大”或“减小”);依次记录电流及相应的电压;将元件X换
4、成元件Y,重复实验。,(3)如图d是根据实验数据作出的U-I图线,由图可判断元件_(选填“X”或“Y”)是非线性元件。,(4)该小组还借助X和Y中的线性元件和阻值R=21的 定值电阻,测量待测电池的电动势E和内阻r,电路如图 e所示,闭合S1和S2,电压表读数为3.00 V;断开S2,读数 为1.00 V。利用图d可算得E=_V, r=_(结果均保留两位有效数字,视电 压表为理想电压表)。,【解题探究】 (1)多用电表的欧姆挡的零刻线在_边,指针偏转 角度较小时,电阻_,说明选择的量程_。 (2)换挡后,需进行欧姆调零,即_ _。 (3)电阻的大小等于_。,最右,较大,过小,红黑表笔短接,使得
5、指,针指在欧姆表的零刻度,表盘的读数乘以倍率,【解析】(1)多用电表选择“1”挡,指针指示“10”,故读数为10;因电阻10远远小于电压表内阻,故电流表选用外接法。故选b图进行实验。 (2)滑片从左向右滑动,电阻两端电压增大,电流表的示数增大。 (3)由图可知U-I图线呈非线性变化的是元件Y。,(4)由d图可得线性元件X的电阻为RX=10,闭合S1和S2, 由闭合电路的欧姆定律有:E=U1+ r,断开S2,有:E=U2 + (r+R),代入数据计算得E=3.2V,r=0.50。 答案:(1)10 b (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50,【规律总结】多用电表使用“五步”法 (1)选倍率
6、: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),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。,【对点训练】 1.某实验小组用下列器材设计了如图甲所示的欧姆表电路,通过控制开关S和调节电阻箱,可使欧姆表具有10和100两种倍率。,A.干电
7、池(电动势E=1.5V,内阻r=0.5) B.电流表mA(满偏电流Ig=1mA,内阻Rg=150) C.定值电阻R1=1200 D.电阻箱R2(0999.99) E.电阻箱R3(0999.99) F.电阻箱R4(09999) G.开关一个,红、黑表笔各1支,导线若干,(1)实验小组正确连接好电路后,将S断开时使红、黑表笔短接,调节电阻箱R2,使电流表达到满偏电流,此时闭合电路的总电阻叫作欧姆表的内阻,其数值为_,欧姆表的倍率是_。,(2)闭合S,调节电阻箱R2和R3,当R2=_, R3=_时,将红、黑表笔短接,电流表再次达到满偏电流,此时在红、黑表笔间接入电阻箱R4,当电流表指针指向乙图所示的
8、位置时,对应欧姆表的刻度值为_。,【解析】(1)由闭合电路欧姆定律可知内阻: R= =1500 故中值电阻应为1500,根据多用电表的刻度设置可知,表盘上只有两种挡位,若为10,则中值电阻太大,不符合实际,故欧姆表倍率应为“100”。,(2)为了得到“10”倍率,应让满偏时对应的电阻 为150 电流为I1= A=0.01A 此时表头中电流为0.001A,则与之并联电阻R3电流 应为 0.01A-0.001 A=0.009A 并联电阻:R3= =150 R2+r= =15,故有R2=15-0.5=14.5 图示电流为0.75mA 干路电流为100.75 mA=7.5 mA 则总电阻为R总= =2
9、00 故待测电阻为R测=200-150=50 故对应的刻度应为50。 答案:(1)1500 “100” (2)14.5 150 50,2.(2016永安二模)某研究性学习小组欲利用伏安法测两节串联干电池的电动势E和内阻r。由于电表内阻的影响,不论电流表内接还是外接都存在系统误差。为消除系统误差,于是,该小组同学:,(1)先通过一个多用表中的欧姆挡,直接去粗测所用的直流电压表V(内阻约1 k2 k、量程03 V)的内阻。先从多用表刻度盘上读出电阻刻度中间值为15,欧姆挡的选择开关应拨至倍率_挡。再将红、黑表笔短接调零后,选用图中_方式连接进行测量。,在正确选择欧姆挡倍率及各项操作后,欧姆挡的示数
10、如图C所示,读数为_,即表示所用电压表内阻的大约值;这时电压表的示数如图D所示,读数为_V。由此可推知该欧姆挡内部所用电池的电动势为_V。,(2)之后,他们又设计了如图E所示的实验电路,已知电流表内阻与电源内阻相差不大。 连接好实验电路,开始测量之前,滑动变阻器R的滑片P应调到_(选填“a”或“b”)端。,闭合开关S1,S2接位置1,改变滑片P的位置,记录多组电压表、电流表示数。 开关S1保持闭合,S2改接位置2,改变滑片P的位置,记录多组电压表、电流表示数。 建立U-I坐标系,在同一坐标系中分别描点作出S2接位置1、2时图象如图F所示。,a.S2接位置1时的U-I图线是图F中的_ _(选填“
11、A”或“B”)线。,b.每次测量操作都正确,读数都准确。由于S2接位置1, 电压表的分流作用,S2接位置2,电流表的分压作用,分 别测得的电动势和内阻与真实值不相等。则由图F中 的A和B图线,可得电动势和内阻的真实值,E=_ _V,r=_。据此可知所用电流表内阻 RA=_。,【解析】(1)电压表内阻约1k2k,用欧姆表测其内阻时,应尽量使指针指在中间值15附近,所以应选100挡。多用电表内部,黑表笔与电源的正极相连,故在测量电压表内阻时,应将黑表笔接在电压表的正接线柱,故选B。,指针示数为15,故读数为15100=1500;电压表量程为03 V,最小分度为0.1 V,故读数为2.20 V;因内
12、外电阻相等,故电压表示数为电动势的一半,故电源的电动势为4.40V。,(2)为保护电流表,实验开始前,应将滑片P置于电阻最大的a端; a.当S2接位置1时,可把电压表与电源看作一个等效电源,根据闭合电路欧姆定律E=U断可知,电动势和内阻的测量值均小于真实值,所以作出的U-I图线应是B线;测出的电池电动势E和内阻r存在系统误差,原因是电压表的分流。,b.当S2接位置2时,可把电流表与电源看作一个等效电 源,根据闭合电路欧姆定律E=U断可知电动势测量值等 于真实值,U-I图线应是A线,即E真=UA=3.00V;由于S2接 位置1时,U-I图线的B线对应的短路电流为I短=IB,所以 r真= =5.0
13、;由串并联电路规律可知, 电流表内阻为5.0。,答案:(1)100 B 1500 2.20 4.40 (2)a B 3.00 5.0 5.0,考向2 实验器材的选择和实验电路的设计 【典例2】(2016全国卷)现要组装一个由热敏电 阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超 过60时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻,报警 器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻 箱(最大阻值为999.9),直流电源(输出电压为U,内 阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1000),滑动,变阻器R2(最大阻值为2000),单刀双掷开关一个,导线若干。在室温下对系统进行调节,已知U约为18V,Ic
14、约为10mA;流过报警器的电流超过20mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60时阻值为650.0。,(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。,(2)电路中应选用滑动变阻器_(选填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统: 电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为_;滑动变阻器的滑片应置于_(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是_。,将开关向_(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至_。 (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。,【解题探究】 (1)据临界电流Ic值_, 恰当选择滑动变阻器。 (2)利用_进行电路的调试。,估算滑动变阻器接入电路的阻值,状态的等效,【解析】(1)电路连接如图所示,(2)据R= -Rt=1800-650=1 150,可知电路中应选用滑动变阻器R2。 (3)调试时将电阻箱调到热敏电阻在60时的阻值,即650.0,滑动变阻器的滑片应置于阻值最大处,即b端附近,若置于另一端,则流过报警器的电流超过20mA,报警器可能损坏。开关向c端闭合,缓
