高考电学实验大全.docx

1、高考电学实验大全专题 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

2、个部分：测量电路，控制电路（变阻器、开关），电源（2）思路 （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，在如图所示的电路中，改变电

3、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b端分压接法a端比较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

4、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.

5、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）。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

6、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

7、（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

8、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RLR0Rap,所以RL与Rap的并联值R并Rap，而整个电路的总阻值约为

9、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，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

10、线技术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】【例8】 （1）一个电压表VA的内阻RA=1000，量程为1.0V，现要利用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

11、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： （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

12、对，应采用分压电路 根据串联电路的电压分配关系，有解得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

13、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

14、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

15、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=577A，超过两表的量程，因此滑动变阻器必须用分压器接法。若电压表选V2(50V),因为电源电压15V不足其量程的1/3，所以电压表应选V1（10V）。由于用分压器接法时，电阻RX 中的最大电流为 Imax= 10V /25K = 0.4mA = 400A，所以电流表选A2（500 A ）。2滑动变阻器的选择滑动变阻器在电路中起调节电流电压的作用，为了使电流电压有较明显的变化， 在限流电路中，一般滑动变阻器的阻值 R（35）RX在分压器电路中，一般滑动变阻器

16、的阻值 R（1/31/5）Rx在本题中不要求选择滑动变阻器。3.安培表内接法和外接法的选择 因为 RX = 25K RA = 300 所以采用安培表内接法4分压电路和限流电路的选择分压电路可以使待测电阻上的电压从零调到最大值，连线较复杂，分压电路消耗的额外功率大；限流电路对电压的调节范围较小但连线简单，限流电路消耗的额外功率小 我们可根据这两种电路的特点，按照实验要求进行选择。在上面例题中，如果用限流电路，因待测电阻值是滑动变阻器总阻值的25倍，所以变阻器对电流、电压的的调节作用很小这里我们应该选用调节作用范围大的分压器电路解答: 根据上述分析，选择电流表和电压表应为A2和V1：电流表 A1

17、(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)画出实验电路图如下：实物图连线如图示：实验二：描绘小电珠的伏安特性曲线【实验目的】描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律。【实验原理】金属导体的电阻率随温度的升高而增大，从而使金属导体的电阻随温度的升高而增大，因此，对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻可相差几倍或几十倍，它的伏安特性曲线应该是一条曲线。根据部分电路欧姆定律，可得，即在IU坐标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。【重点难点解析】1因本实验要作出IU图线，要求测

18、出一组包括零在内的电压、电流值，因此滑动变阻器要采用分压接法。2本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。3电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压。4小灯泡可以短时间地在高于额定电压下使用，一般可以超过额定电压的10%20%，所以加在灯泡两端的电压不能过高，以免烧毁灯泡。实验时，应使灯泡两端电压由低向高逐渐增大，决不要一开始就使小灯泡在高于额定电压下工作。因为灯丝电阻随温度的升高而加大，如果灯丝由低温状态，直接超过额定电压使用，会由于灯丝

19、冷电阻过小，瞬间电流过大而烧坏灯泡。5电键闭合前滑动变阻器的滑片要移动到图中的A点。【例题解析】(2003年，上海)如图甲所示，为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的IU关系曲线图. (1)为了通过测量得到如图所示的IU关系的完整曲线，在图乙和图丙两个电路中应选择的是图_，简要说明理由_.(电源电动势9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0100)(2)在如图丁所示电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1=250，由热敏电阻的IU关系曲线可知，热敏电阻两端电压为 _V，电阻R2的阻值为_. 解析：（1）图乙中的滑动变阻器为分压接法，图丙中的滑动变阻器

20、为限流接法，在分压电路中，滑片移至最左端时热敏电阻电压为零，滑到最右端时电压最大（电源内阻很小，Umax E），显然电压的调节范围是0E，完全满足题目要求。而限流电路滑片移到最左端时，热敏电阻两端电压最小为，滑到最右端时电压最大为UmaxE，其电压变化范围为E，很明显限流电路的电压变化范围小，不能测出全部图线所需数据。（2）流过电阻R1的电流为，所以流过热敏电阻的电流为II总I1703634mA，在伏安特性曲线上可以看出，当I34mA时，电压U5.2V，R2两端的电压U2U总U95.23.8V，所以R2实验三：测定电源的电动势和内阻【实验目的】掌握利用仪器测量电池电动势和内电阻的方法，并通过设

21、计电路和选择仪器，学会利用图线处理数据的方法。【实验原理】由闭合电路的欧姆定律IE（Rr）可得：UEIr，式中E、r为电源电动势和内电阻，在电路中不随外电阻的变化而改变。当外电阻R变化时，路端电压U及电路中的电流I将发生改变。如改变外电阻，求得n组U、I值，即可由公式法或图象法求得E、r。【重点难点解析】1由于干电池的内电阻较小（05欧15欧），如果电路短路，电路中电流过大，会损坏电表和电池，因而调节滑动变阻器时要防止电阻为零的情况发生。2一般来说干电池的电动势和内电阻是要变化的，随着电池使用时间的增加，它的电动势减小，内电阻增加。实验中使用电动势为14伏左右半新电池效果较好。如果是新电池，电

22、动势在155伏到158伏之间，使用前应用小电流放一下电，使电动势降到15伏，并且稳定下来。3实验时为了不使在外电阻较小时，电路中的电流长时间超过干电池的正常放电电流（03安），应使通电时间越短越好，只是在读取数据时让电路接通，否则易损伤电池。4改变滑动变阻器的阻值时，最好让两个电表中的一个表的指针指整数格，每次的电阻值的变化适当大一些，可以减小读数误差，电表读数应多估计一位。5图线坐标轴的单位长度取得是否合适直接影响作图的准确性。图线的倾角最好接近45，坐标原点可以不从零开始，比如纵坐标原点可从比测量时的最小电压稍小的某一电压值U0开始。但这时图线与横轴的交点I不再是短路电流，电源内电阻为：关

23、于用UI线修正法定性分析测电源电动势和内阻的测量误差用伏安法测量电源电动势、内电阻的学生实验中,有两种可供选择的实验电路。在两种电路中，由于伏特表的分流和安培表的分压引起的误差是不同的，我们可以用图线修正法简洁明快的分析两种电路引起的测量误差。第一种测量电路：如图10-20和10-21中的a线，分别为测量电路和由此电路测出的数值画出的路端电压与电流强度的关系图线。误差分析方法如下：根据测量电路分析误差原因：本测量电路产生误差的原因是由于伏特表的分流使得安培表的读数I小于干路总电流所致。考虑伏特表的内阻RV,全电路的欧姆定律的方程应修正为根据式寻找图线的准确点：因电流的修正值为，可见当U=0时，

24、电流误差为零。因此，图线与横轴的交点P为准确点，不须修正。在图线上任选一点Q进行修正：如图12，Q点的纵坐标UQ不变，把(IQ+)做为Q点修正后的Q/点的横坐标，连接P和Q/得修正后的UI图线为b线。.比较两条图线的纵截距和斜率：因图线的纵截距等于电源电动势，图线斜率的绝对值等于电源内阻。所以，,rr/.可见电动势和内阻的测量值均小于真实值。第二种测量电路：如图10-22和10-23中的a线,分别为测量电路和由此测量电路画出的路端电压与电流强度的关系图线，误差分析方法如下：根据测量电路分析误差原因：本测量电路产生误差的原因是由于安培表的分压使得伏特表的读数小于电源的路端电压所致。考虑安培表的内

25、阻RA,全电路的欧姆定律的方程应修正为根据式寻找图线的准确点：因电压的修正值为，可见当I=0时，电压修正值为零.所以,图线与纵轴的交点P准确。在图线上任选一点Q进行修正：如图22，Q点的横坐标IQ不变，（UQ+IQRA）做为修正后Q/点的纵坐标，连接P和Q/得修正后的UI图线为b线。比较两条图线的纵截距和斜率：得=，rr/。可见，电动势的测量值与真实值相等，而内阻的测量值大于真值。【例题解析】（2006广东）某同学设计了一个如图所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组（电动势约3V）、电流表（量程0.6A，内阻小于1）、电阻箱（099.99）、滑动变阻器（010

26、）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干。考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略。（1）该同学按图连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为0.20。试分析该测量产生误差的原因是_。（2）简要写出利用图7所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：_；_。（3）图是由实验数据绘出的图象，由此求出待测干电池组的电动势E_V、内阻r_。（计算结果保留三位有效数字） 【答案】：（1）并联电阻箱后线路总阻值减小，从而造成总电流增大 （2）调节电阻箱R，断开开关K，将开关 S接D，记录电阻箱的阻值和电流表示数；断开开关D，再次调节电阻箱R，将开关S接D，记录电阻箱的阻值和电流表示数 （3）2.8

27、1 2.33 【解析】：测定电源电动势和内阻实验的原理知，此种接法出现误差的原因是电流表的分压作用。而R=r+r，图线的斜率表示电源电动势的倒数，据此得出电动势E2.81V, 内 阻 r2.33。有的考生不能正确理解图象的物理意义，从而无法得出正确的答案。 属于难题。 实验四：练习使用多用电表【实验目的】练习使用多用电表测电阻。【实验原理】多用电表是电流表、电压表和欧姆表的组合，它测电流和电压的原理与电流表和电压表相同。测电阻的原理如图所示。通过表头G的电流IE（r0rRx）r0r为表头总内阻，Rx为被测电阻，E为电源的电动势。电池内电阻忽略不计。由于E、r0、r对于同一多用电表为恒值，故电路

28、中的电流与Rx相对应。将指针由于I的变化所偏转的角度位置，刻成相应的电阻值，就可以利用多用电表测电阻。【重点难点解析】1使用多用电表时，若不知被测量的大小，要先从最大量程挡开始测量，然后根据测量的情况，选择合适的量程。选择量程的原则是：测量电压和电流时，应尽量使指针超过12量程。（因为指针偏转过小，测量的相对误差较大），测电阻时，尽可能让指针指向标尺刻度中心（指针指向中心刻度时，相对误差最小）。2测量时，注意不要用手碰表笔的金属触针，这样一方面可以防止测高电压时发生触电事故，另一方面在测电阻时，可能会把人体电阻并联进去，使测得的电阻值变小。3测量交流电时，应注意交流电的频率。当交流电的频率超出

29、电表的额定频率范围451000赫时，将会引起很大的测量误差。非正弦交流电或正弦波波形失真较大的电压，测量时也会引起很大的误差。4测电压和电流时，特别是在测大电流、高电压时，不能在电路接通的情况下转动转换旋钮，以免在触点之间产生电弧烧坏触点，或造成短路损坏电表。5测电阻时，待测电阻上不应有外电路的电流通过。如要测电路中的电阻，必须断开电源，并把电阻的一根引线从电路上取下来测量（请思考这是为什么？），不允许在电路未断开的情况下，用多用电表去测电阻，更不能用多用电表直接测电源的内阻。6多用电表不用时，应置于交流电压的最高挡，决不能置于欧姆挡，以防两表笔铜头不慎相碰，使电池放电。若长期不用，则应把电池取出。【例题解析】某同学用以下器材接成图1所示的电路，并将原微安表盘改画成如图2所示，成功地改装了一个简易的“R1k”的欧姆表，使用中发现这个欧姆表用来测量阻值在10k20k范围内的电阻时精确度令人满意。所供器材如下： A、Ig=1