2019-2020年高二物理上學(xué)期 電學(xué)實(shí)驗(yàn)的練習(xí).doc

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2019-2020年高二物理上學(xué)期 電學(xué)實(shí)驗(yàn)的練習(xí) 一、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則和思路 ①設(shè)計(jì)原則 1、科學(xué)性：設(shè)計(jì)的方案應(yīng)有科學(xué)的依據(jù)及正確的方法。 2、安全性：按設(shè)計(jì)方案實(shí)施時(shí)，應(yīng)安全可靠，不會(huì)損壞器材。 例：選用電壓表或電流表時(shí)其量程不能小于被測(cè)電壓或電流的最小值；設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)設(shè)置保護(hù)措施，用電器額定電流太小或電表量程太小時(shí)，供電電路設(shè)計(jì)成分壓式，有時(shí)甚至還應(yīng)給用電器串聯(lián)保護(hù)電阻等。 3、精確性：在誤差允許范圍內(nèi)應(yīng)盡可能選擇誤差較小的方案。 例：使用電表前應(yīng)進(jìn)行機(jī)械調(diào)零；選擇電流表、電壓表量程時(shí)，在確保安全性的前提下應(yīng)選擇較小的量程，測(cè)量時(shí)指針應(yīng)至少偏轉(zhuǎn)到滿刻度的1/3以上；針對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的因操作而帶來的偶然誤差，往往多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后采取平均值法（其中包括圖象法）來處理數(shù)據(jù)求解。 4、方便易行、節(jié)能省材。 例：測(cè)量電阻時(shí)，在滿足實(shí)驗(yàn)條件的情況下可設(shè)計(jì)成替代法或半偏法；設(shè)計(jì)供電電路時(shí)，如果限流式和分壓式均可，則應(yīng)設(shè)計(jì)成限流式。 ②設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)屬實(shí)驗(yàn)知識(shí)的運(yùn)用類，題在書本外，理在書本內(nèi)。在熟練掌握書本基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基本原理和實(shí)驗(yàn)技能、技巧的基礎(chǔ)上，認(rèn)真審題，尋找實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)出最優(yōu)方案。 流程如下：實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)器材→實(shí)驗(yàn)原理→電路圖→實(shí)驗(yàn)步驟→用測(cè)量量表示的待測(cè)量的表達(dá)式→誤差分析。 注意：選擇儀器設(shè)計(jì)電路時(shí)并非一定要把所有的儀器都用上，只要科學(xué)合理即可。 【例題】一個(gè)標(biāo)有“3.8 V,0.3 A”字樣的小燈泡，其燈絲的電阻會(huì)隨溫度的升高而變化，一探究性學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室研究這一問題，現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室備有以下實(shí)驗(yàn)器材： 器材名稱 代號(hào) 參 數(shù) 電池組 E 電動(dòng)勢(shì)9 V，內(nèi)阻0.5 Ω 電壓表 V1 量程0～5 V，內(nèi)阻2.0 kΩ 電壓表 V2 量程0～15 V，內(nèi)阻3.0 kΩ 電流表 A1 量程0～0.3 A，內(nèi)阻2.0 Ω 電流表 A2 量程0～6 A，內(nèi)阻0.4 Ω 滑動(dòng)變阻器 R1 0～10 Ω，額定電流2 A 滑動(dòng)變阻器 R2 0～100 Ω，額定電流0.5 A 固定電阻 R0 5 Ω，額定電流5 A 開關(guān) S 一個(gè) 導(dǎo)線 M 若干 實(shí)驗(yàn)時(shí)要求測(cè)量范圍盡可能大，且要求燈泡上的電壓從0開始調(diào)節(jié)，測(cè)量結(jié)果盡可能準(zhǔn)確． (1)現(xiàn)在有下圖所示的a、b、c、d四個(gè)電路，其中可選用的電路有________． (2)在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)當(dāng)選用的實(shí)驗(yàn)器材有電壓表________，電流表________，滑動(dòng)變阻器________．(填器材名稱代號(hào)) (3)該小組某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)描繪出小燈泡的I－U圖線，如圖一所示，試根據(jù)圖線中給出的數(shù)據(jù)，求出小燈泡在工作點(diǎn)A和B的電阻值分別為________、________. 注意：設(shè)計(jì)電路要盡量減小誤差或避免誤差。 【例題】待測(cè)電阻Rx（約為幾百歐姆），為了較準(zhǔn)確測(cè)量Rx，除Rx外，實(shí)驗(yàn)室提供了如下器材： A.電源E 電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)； B.電流表A1 量程0～10mA、內(nèi)阻r1約為500Ω C.電流表A2 量程0～500μA、內(nèi)阻r2=1000Ω D.滑動(dòng)變阻器R1 最大阻值20Ω 額定電流2A E.定值電阻R2=5000Ω F.定值電阻R3=500Ω 電鍵S和導(dǎo)線若干 (1)試設(shè)計(jì)出測(cè)量電路（標(biāo)出所選器材符號(hào)） (2)若兩電流表的讀數(shù)分別為I1=6.2mA，I2=300μA，待測(cè)阻值Rx= Ω（保留小數(shù)點(diǎn)后1位數(shù)字） 二、測(cè)量電阻的幾種常用設(shè)計(jì)方案 注意：設(shè)計(jì)測(cè)量電阻的電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，是以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)伏安法測(cè)電阻的思想與原理為指導(dǎo)，再結(jié)合電學(xué)原理和性質(zhì)綜合求解（例：一表多用；串、并聯(lián)性質(zhì)等）。 ①一表多用 由歐姆定律可知，若知道電流表的內(nèi)阻則電流表在一定條件下可以當(dāng)電壓表使用；若知道電壓表的內(nèi)阻則電壓表在一定條件下可以當(dāng)電流表使用。 【例題】某同學(xué)為了描繪一個(gè)標(biāo)有“12 V,6 W”的小燈泡的伏安特性曲線，他到實(shí)驗(yàn)室尋找到了一些儀器，但沒找到電壓表，找到的器材規(guī)格如下： a．電流表A1(0～0.5 A，內(nèi)阻為0.5 Ω)； b．電流表A2(0～0.6 A，內(nèi)阻約為0.3 Ω)； c．電阻箱R1(0～9 999.9 Ω，最小調(diào)節(jié)量0.1 Ω)； d．電阻箱R2(0～99.9 Ω，最小調(diào)節(jié)量0.1 Ω)； e．滑動(dòng)變阻器R3(0～50 Ω，額定電流為1.5 A)； f．滑動(dòng)變阻器R4(0～5 Ω，額定電流為3 A)； g．16 V直流電源； h．開關(guān)、導(dǎo)線若干，待測(cè)燈泡． 利用現(xiàn)有器材，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，請(qǐng)你替這位同學(xué)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)． (1)畫出實(shí)驗(yàn)原理圖； (2)以上器材中電阻箱應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(填代號(hào))； (3)寫出小燈泡兩端的電壓表達(dá)式，并說明式中符號(hào)的意義：____________________________________. 【例題】用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻的阻值（）：電源E，具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約為9.0V；電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1＝750Ω；電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r2＝2500Ω；滑動(dòng)變阻器R，最大阻值約為100Ω；單刀單擲開關(guān)K，導(dǎo)線若干。 （1）測(cè)量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的，試畫出測(cè)量電阻Rx的一種實(shí)驗(yàn)電路原理圖(原理圖中的元件要用題目中的相應(yīng)的英文字母標(biāo)注）。 （2）若電壓表V1的讀數(shù)用U1表示，電壓表V2的讀數(shù)用U2表示，則由已知量和測(cè)得量表示Rx的公式為Rx=____________________。 ②串、并聯(lián)性質(zhì) 注意：串聯(lián)電路電流相等，并聯(lián)電路電壓相等。 1、兩電流表并聯(lián)測(cè)表的內(nèi)阻 2、兩電流表串聯(lián)測(cè)表的內(nèi)阻 3、兩電壓表串聯(lián)測(cè)表的內(nèi)阻 4、兩電壓表并聯(lián)測(cè)表的內(nèi)阻 5、電流表與電壓表串聯(lián)測(cè)表的內(nèi)阻 6、電流表與電壓表并聯(lián)測(cè)表的內(nèi)阻 拓展：若電表為理想電表，則可以設(shè)計(jì)如下圖所示的電路測(cè)電阻。 ③半偏法 1、半偏法測(cè)G表（或A表）的內(nèi)阻。 I、實(shí)驗(yàn)原理： II、誤差分析： 假設(shè)G表的滿偏電流為，則閉合后，由于并聯(lián)后的總電阻，故閉合后保持滑動(dòng)變阻器R不動(dòng)，調(diào)節(jié)電阻箱使G表半偏時(shí)的干路電路>,所以G表半偏時(shí)，實(shí)際上流過電阻箱的電流會(huì)大于流過G表的電流，所以實(shí)際上此時(shí)電阻箱的阻值,所以U表半偏時(shí)，實(shí)際上在電阻箱兩端的電壓會(huì)大于V表兩端的電壓，所以實(shí)際上此時(shí)電阻箱的阻值>V表內(nèi)阻，即： 注意：用此半偏法測(cè)某一電壓表V的內(nèi)阻時(shí)，為了減小誤差，應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于V表的內(nèi)阻，同時(shí)應(yīng)選用電動(dòng)勢(shì)較大的電源。 ④電橋法 1、實(shí)驗(yàn)原理： ⑤替代法 用一個(gè)電阻箱替代被測(cè)電阻，調(diào)整電阻箱的阻值，使電路恢復(fù)到替代前的狀態(tài)，則被測(cè)電阻等于電阻箱的阻值。 1、電流表與電阻箱： 2、電壓表與電阻箱： ⑥求差法