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1、专题 2012高考物理电学实验全攻略 专题精讲1进行实验设计的总体原则（1）安全性：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高（2）精确性：在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案（3）可操作性：实验应便于操作和读数，便于进行数据处理2实验设计的基本思路实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件【一】.电学实验的器材选择和电路设计（1）电路结构完整的实验电路包括三个部分：测量电路，控制电路（变阻器
2、、开关），电源（2）思路测量电路器材选择配置控制电路电路选择控制调节 （3）方法电表选择：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程分压、限流电路选择测量电路电路设计：即电流表的内接、外接（1）内接法：如图所示，待测电阻的测量值：显然所以测x测VVIVIRA当时，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：显然有：所以当时，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
3、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。（口决：“内字中间有个大，大内偏大，小外偏小”，即内接法适合测大电阻且系统误差偏大，即测量值大于真实值，外接法适合测小电阻且系统误差偏小，即测量值小于真实值，）控制电路电路电路设计：即滑动变阻器的限流接法和分压接法电路负载上电压调节范围负载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RLR0Sabr0Pb端分压接法RLR0Sabr0Pa端比较
4、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电路实验器材和量程的选择，应考虑以下几点：电路工作的安全性，即不会出现电表和其它实验器材因过载毁坏现象。能否满足实验要求（常常要考虑便于多次测量求平均值）。选择器材的一般思路是：首先确定实验条件，然后按电源电压表电流表变阻器顺序依次选择。根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表.首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的左右），以减少测读误差.根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻
5、器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用.应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择.总之，最优选择的原则是：a、 方法误差尽可能小.b、实现较大范围的灵敏调节.c、在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度.根据以上原则，电学仪器的选择有如下建议：1、电源的选择：选择直流电源，应根据用电器的需要来确定，一般考虑用电器所需的电压、电路中的电流、电源电动势和允许电流等.在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下，选择电动势较大的电源（以获得更多的测量数据）
6、。在相同电动势情况下，通常选择内电阻较小的电源（以获得较稳定的路端电压）,测电源内阻除外。2、电表的选择：在不超过电表量程的条件下，选择量程较小的电表（以便测量时示数能在满刻度的2/3左右）。3、滑动变阻器的选择:要由电路中所要求或可能出现的电流、电压的范围来选定变阻器，实际流过变阻器的电流不得超过其额定值；如要通过变阻器的电阻改变来读取不同的电流、电压值时，要注意避免变阻器滑片稍有移动电流或电压就会有很大变化的出现，也要避免出现滑片从一头滑到另一头，电流或电压几乎没有变化的情况.若控制电路确定为限流接法,则滑动变阻器应选用与实验电路中其它电阻的总阻值相差不大的;若控制电路确定为分压接法，则应
7、选用在额定电流允许的条件下阻值较小的滑动变阻器。 限流法.如图（a）所示，待测电阻上电压调节范围为.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，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
8、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RLR0Ra
9、p,所以RL与Rap的并联值R并Rap，而整个电路的总阻值约为R0，那么RL两端电压UL=IR并=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
10、，可考虑安装简便和节能因素优先采用限流式接法.实物连线实物图连线技术VAVA无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好；对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）。对分压电路，应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据伏安法部分电表正负接线柱的情况，将伏安法部分接入该两点间。【例】图520【例8】 （1）一个电压表VA的内阻RA=1000，量程为1.0V，现要利用
11、电阻箱扩大它的量程，改装成量程为3.0V的电压表改装后，再用一量程为3.0V的精确的电压表VB对改装后的电压表的所有刻度进行校准除了这两个电压表VA、VB外，还有下列一些器材： 电源E（电动势约为6V，内阻较小）变阻器R（总电阻约10）电阻箱R0（09999）开关S导线若干如图520所示是以上器材和两个电压表VA、VB的实物示意图，试在图中画出连线，连成进行校准时的实验电路 图中电阻箱的取值等于_（2）用上述电压表VB和改装后并已校准过的电压表（以下称之为VC）以及一个开关和一些导线，去测量一个电动势大约为2V的电源的内阻r 简要写出测量步骤用测得的量表达r的公式应为r=_【例8】 解析： （
12、1）实物连线如图521所示，为了使改装表与标准表在零到量程的范围内一一校对，应采用分压电路根据串联电路的电压分配关系，有图521解得R0=2000（2）先将电压表VC通过开关、导线与电源连接，读出VC上的示数UC；再将电压表VC和VB串联，通过开关、导线与电源连接，读出VC上的示数UC和VB上的示数UB 根据上述两步操作可得 由三式解得【点评】 本题综合考查了电表改装、电表校准电路及测量电源内阻的方法，测试设计和完成实验的能力用电压表VB和VC测量电源的内阻时，应注意： 尽管两电压表的量程相同，但其内阻并不一定相同(表头可能不同)【二】电学实验热点实验一： 测定金属丝的电阻率 (同时练习使用螺
13、旋测微器)【实验目的】 学会用螺旋测微器的使用和读数，学会用伏安法测量电阻的阻值，测定金属的电阻率。【实验原理】 用毫米刻度尺测一段金属导线的长度，用螺旋测微器测量导线的直径d，用伏安法测导线的电阻R，根据电阻定律，金属的电阻率.【重点难点解析】1测金属直径时，应用螺旋测微器在导线的三个不同的位置上各测量一次，求出其平均值.2导线的长度是指接入电路的导线的有效长度（而不是金属丝的总长度），并且测量三次，求出其平均值.3用伏安法测电阻时，应测出几组电流、电压值，求出电阻的平均值.4测电阻时电流不宜过大，通电时间不宜太长，以免电阻丝因发热升温导致电阻率增大，影响测量的准确性.5求R的平均值可以用两
14、种方法：第一种视用算出各次的测量值再取平均值；第二种是用图像UI（图线）的斜率求出。【实验误差的来源与分析】直径的测量，长度的测量，测量电路中电流表及电压表的内阻对电阻测量的影响，通电电流大小，时间长短，致使电阻丝发热，电阻率随之变化。由于本实验采用电流表外接法，所以R测R真，由，所以测真【例题解析】 有一个电阻Rx，其阻值大约是25 k ，可供选择的器材是：电流表A1 (0-100A, 2 k)电流表A2 (0-500A, 300)电压表V1 (0-10V, 100 k）电压表V2 (0-50V, 500 k）直流稳压电源 E （15V，1A）滑动变阻器 R (1k, 1W)电键K和若干根导线 试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出电路图，再将如图示的实物连线。解析：1电压表、电流表的选择若滑动变阻器用限流接法，电路中的最小电流为Imin = 15V /26K = 0.577mA=5
