电学实验专题复习
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电学实验专题复习一、常见电路1.测电阻电路(或描绘伏安特性曲线电路,或测量功率电路,或测量电阻率电路) (1)图1为分压式,外接法(2)图2为限流式,外接法 (3)将图1改为分压式,内接法 (4)将图2改为限流式,内接法 测电阻电路,共有四种电路 2.测电动势和内阻电路(1)测量电路如图(2)测量方法 第一、计算方法测两组端电压U 和电流I 值,然后通过以下式子求解。
E =U 1+I 1r E =U 2+I 2r第二、作U ——I 图象方法通过调节滑动变阻器,取得多组(U ,I )值,然后在坐标中描点,连成直线 用图象处理问题,须注意以下几点:①连直线的方法:让尽可能多的点在直线上,直线两则分布的点的个数大致均匀偏离直线较远的点舍去。
②纵轴截距的含义:电动势E ③横轴截距的含义:短路电流I 0④斜率的含义:电阻。
求解方法:r=I E或用直线上任意两点求解斜率的绝对值。
3.电流表、电压表改装电路 (1)把电流表改装电压表电路 ①用半偏法测电流表的内阻r g 。
先将R 调到最左端,闭合S 1,断开S 2,调节R 使电流表满偏,然后使R 不变,闭合S 2调节R ’使电流表指到满刻度的一半,此时电阻箱R ’的读数即为电流表的内阻r g 。
注:此处R ’只能用电阻箱,而不能用滑动变阻器,其阻值只需比灵敏电流表的电阻大一点就可以了,R 一般使用滑动变阻器,其阻值要求较大,以减小因闭合S2而引起总电流的变化,从而减小误差。
②改装电路R x =U/I g -r g 其中U 为改装后的满偏电压 ③核对电路调节R ,改变电压,比较改装表和标准表V 的读数,并计算百分误差0U U U ×100% 其中U 是改装表的读数,U 0是标准表的读数注:改装电压表和标准电压表并联进行核对 ④表流表内阻误差分析在半偏法测内阻电路中,当闭合S 2时,引起总电阻减小,总电流增大,大于原电流表的满偏电流,而此时电流表半偏,所以流经R ’的电流比电流表电流多,R ’的电阻比电流表的电阻小,但我们就把R ’的读数当成电流表的内阻,故测得的电流表的内阻偏小。
(2)电压表改装电流表电路 ①用半偏法测电压表的内阻先将R 调到最左端,闭合S 1和 S 2,调节R 使电压表满偏,然后使R 不变,断开S 2调节R ’使电压表指到满刻度的一半,此时电阻箱R ’的读数即为电流表的内阻r g 。
注:此处R ’只能用电阻箱,而不能用滑动变阻器,其阻值只需比电压表的电阻大一点就可以了,R 一般使用滑动变阻器,其阻值要求较小,以减小因闭合S2而引起总电压的变化,从而减小误差。
②改装电路若改装电压表量程为U ,内阻为Rv ,改装后的电流表的量程为I ,则并联电阻Rx =____________③核对电路要求标准表A 和改装表串联才能进行核对,其百分误差的计算方法为0I I I ×100%注意:将改装电流表和标准电流表串联进行核对④电压表内阻误差分析在半偏法测电压表内阻电路中,在断开S 2时,引起总电阻增大,滑动变阻器两端分得电压将超过原电压表的满偏电压,调节R ’使电压表半偏时,R ’上的电压将比电压表半偏电压大,故R ’的电阻比电压表的内阻大,所以测得电压表内阻偏大。
二、器材选取原则1.准确性原则:选用电表量程应可能减小测量值的相对误差,电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程,若指针偏转不到满偏角度的1/3,读数误差较大。
2.安全性原则:通过电源,电表,滑动变阻器,用电器的电流不能超过其允许的最大电流。
3.便于操作原则:选择控制电路时,既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求,又要注意便于操作。
三、电路选取1.电流表内外接法选取 (1)基本电路①直接比较法:当待测电阻Rx 较小且远小于电压表内阻Rv 时,应选用外接法;当待测电阻Rx 较大且远大于电流表内阻R A 时,应选用内接法。
②临界值法:当待测电阻R x <V A R R 时,视Rx 为小电阻,应选用外接法;当R x >V A R R 时,视Rx 为大电阻,应选用内接法;当R x =V A R R 时,两种接法均可。
2.滑动变阻器分压式、限流于接法选取 (1)基本电路(2)电路的对比说明:U 为电源端电压,R 为滑动变阻器最大电阻,Rx 为待测电阻阻值。
(3)判断方法①负载电阻Rx 远大于滑动变阻器总电阻R ,须用分压式接法,此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。
②要求负载上电压或电流变化范围大,且从零开始连续可调,须用分压式接法。
③采用限流电路时,电路中的最小电流(电压)仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流(电压)时,应采用变阻器的分压式接法。
④负载电阻的阻值Rx 小于滑动变阻器的总电阻R 或相差不大,并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调,可用限流式接法。
⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法,因为限流式接法总功率较小。
例1.有一小灯泡上标有“6v ,0.6W ”的字样,现在要用伏安法测量这个灯泡的I —U 图像,已知所用器材有:A .电流表:0—0.3A ,内阻1ΩB .电压表:0—15V ,内阻20k ΩC .滑动变阻器:0—30Ω,额定电流2AD .学生电源(直流9V )E .开关一只,导线若干为使实验误差尽量减小,试画出合理的实验电路图例2.在“测定金属的电阻率”实验中,若粗估金属丝的电阻Rx 约为3Ω,为减小误差,要求金属丝发热功率P<0.75W ,备有的部分器材有:A .6V 的电池组B 、电流表(0—0.6A ,内阻0.5Ω)C .电流表(0—3A ,内阻0.01Ω)D 、电压表(0—3V ,内阻1k Ω)E .电压表(0—15V ,内阻5k Ω)F 、滑动变阻器(0—100Ω,额定电流1A )G .滑动变阻器(0—20Ω,额定电流1A )(1)上述器材应选用的是________________________。
(用字母代替) (2)画出实验电路图例3.一个未知电阻R x ,阻值大约为10k Ω—20k Ω.为了较为准确的测定其电阻值,实验室中有如下器材:电压表V (量程3V 、内阻约为3k Ω) (量程15V 、内阻约为15 k Ω) 电流表A 1 (量程200μA 、内阻约为100Ω) 电流表A 2 (量程5mA 、内阻约为10Ω) 电流表A 3 (量程0.6A 、内阻约为1Ω) 电源 电动势为3V滑动变阻器R 的最大阻值为200Ω 开关Sa.在实验中电压表量程应选 , 电流表应选 。
b.为了尽可能减少误差,请你在虚线框中画出本实验的电路图。
c 、根据实验的需要用笔滑线代替导线,将图7所需的实物连接起来。
四、伏安法测电阻及电路的延伸设计 1、伏安法 如: 例2 2、比例法受一些特殊的实验条件限制,比如:电流(或电压表)表面上虽有刻度,但无刻度值(或刻度值模糊),这时我们不能直接读出电流或电压,但可根据电流或电压表刻度均匀的特点,+ - A2 V + - A 1 图7 +- A 3通过测量其指针偏转格数用比例法完成测量。
例4:现有一阻值为10.0Ω的定值电阻,一个开关、若干根导线和一个电压表,该电压表表面上有刻度但无刻度值。
要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案,(已知电压表内阻很大,电压表量程大于电源电动势,电源内阻约为几欧),要求: (1)画出实验电路图(2)简要写出完成接线后的实验步骤(3)写出用测得的量计算电源内阻的表达式r=_____________。
解析:(1)电路图如右图所示。
(2)①断开开关,记下电压表偏转格数N 1;②合上开关,记下电压表格数N 2。
(3)设电压表每偏转1格表示U 0,当K 断开时,由闭合电路欧姆定律得: E =U 1=N 1U 0当K 闭合后,有:E =U 2+r RU 2,即E =N2U0+r R U N 02,联立两式解得:r =R221N N N 。
3、替换法用“伏安法”测电阻一般有电流表外接与电流表内接两种线路,因为电流表及电压表本身并非理想电表,这两种线路都存在误差;另一种情况是实验只提供一只电流表或电流表本身读数不准,这时我们可以考虑在保证电表读数不变的前提下,用一定值电阻(电阻箱)替换待测电阻,完成实验并提高测量准确性:例5:在某校开展的科技活动中,为了要测出一个未知电阻的阻值R ,现有如下器材:读数不准的电流表A 、定值电R 0、电阻箱R 1、滑动变阻器R 2、单刀单掷开关S 1、单刀双掷开关S 2、电源和导线。
(1)画出实验电路图,并在图上标出你所选用器材的代码。
(2)写出主要的实验操作步骤解析:(1)实验电路如右图所示。
(2)①将S 2与Rx 相接,记下电流表指针所指位置 ②将S 2与R 1相接,保持R 2不变,调节R 1的阻值,使电流表的指针在原位置上,记下R 1的值,则Rx =R 1。
4、伏安法的推广对一些特殊电阻,如电流表或电压表内阻的测量,电路设计也有其特殊性:一是要注意到其自身量程对电路的影响,二是要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能。
例6:某电压表的内阻在20k Ω~50k Ω之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可供选用的器材:待测电压表V (量程3V )、电流表A 1(量程200uA )、电流表A 2(量程5mA )、电流表A 3(量程0.6A )、滑动变阻器R (最大值1k Ω、电源E (电动势4V ),开关S 。
(1)所提供的电流表中,应选用________________。
(2)为了减少误差,要求测量多组数据,试画出符合要求的电路图。
解析:因为通过电压表的电流必须由电流表测定,所以电流表与电压表应串联,这实际上就是一种特殊的伏安法,电压表成了一个“可自报电压的大电阻”,由于电压表内阻在20 k Ω~50kΩ之间,电流表内阻与电压表内阻相比可忽略不计,而滑动变阻器R的阻值远小于电压表内阻,且实验要求测多组数据,因此实验电路中变阻器应接成分压式,这样电压表的电流在80uA~200uA之间,故电流表应选A1。
根据电流表、电压表示数,可求得电压表内阻URv=I5、比较法某些问题中,因实验器材不具备(缺电流表或电压表),或因实验条件限制,或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。
这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理,用“伏安法”的替代形式——“比较法”来设计实验方案。
例7.从下表中选出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A1的内阻r1。
要求方法简(1)画出电路图,标明利用器材的代号。
(2)若选测量数据中的一组来计算r1,则所用的表达式r1=________________,式中各符号的意义是____________________________________。