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自主招生电学实验大串讲


自主招生物理内部讲义:电路实验大串讲
题型一:测定金属的电阻率和描绘小灯泡伏安特性曲线实验及有关基础知识方法 解题要点: (1)这两个实验虽不是直接测电阻,但其要点都是要测负载元件的电压和电流,故实质还是伏安法。 附:伏安法(测电阻、功率)原理----如能测出负载两端的实际电压和电流,则 R x ?

Ux ; Px ? U x I x Ix

其实质为: 接在某段电路两端的电压表读数除以串在同段电路的电流表读数即为该段电路的电阻或设法由 串并联和欧姆定律求出待求电阻两端的电压和电流再相比即为此电阻值 伏安法测电阻有 a、b 两种接法,a 叫(安培计)外接法,b 叫(安培计)内接法。 V ? 原理分析: a A V b A

对内接法电路:电流表测出的是通过负载的真正电流,而由于电流表的分压,电压表测出的不是负 载的真正电压而是负载和电流表串联电路的总电压,故其(系统)误差原因是由于电流表的分压(电流表 内阻存在而导致)而电压表测量不准,在电流表分压与串联总电压相比,分压越小(即电流表内阻与负载 电阻相比较越小时) 时误差越小。 且内接法所测的电流电压实际上是负载与电流表串联的总电压和总电流, 故其测量值实质为负载与电流表的串联总阻值。 对外接法电路:电压表测出的是加在负载的真正电压(当然也是负载和电压表并联电路的总电压) , 而由于电压表的分流,电流表测出的不是通过负载的真正电流而是负载和电压表并联电路的总电流,故其 (系统)误差原因是由于电压表的分流(电压表内阻不是无穷大)而导致电流表测量不准,在电压表分流 与并联总电流相比,分流越小(即电压表内阻与负载电阻相比较越大时)时误差越小。且外接法所测的电 流电压实际上是负载与电压表并联的总电压和总电流,故其测量值实质为负载与电压表的并联总阻值。 ? 电路选择依据 如电压表内阻已知或电压表是理想电表(电流表可任意) ,用外接法,无系统误差。 如电流表内阻已知或电流表是理想电表,用内接法无系统误差。 如两电表内阻均未知其准确值,则有结论: “内大大,外小小” 。即: (1) (2) (3)

内接法适用于测大电阻(因此时电流表分压较小) ,测量值与真实值比较偏大;外接法适用于测小电 阻(因电压表分流较小) ,测量值与真实值比较偏小。 注意:如果被测电阻阻值为 Rx,伏特表和安培表的内阻分别为 RV、RA,若 Rx ? RV RA 即为小电阻, 则采用外接法。若 Rx ? RV RA ,即为大电阻,则采用内接法。 a V b A c

(4)如果无法估计被测电阻的阻值大小,可以利用试触法:如图将电压表的左端接 a 点,而将右端 第一次接 b 点,第二次接 c 点,观察电流表和电压表示数的变化。若电流表示数变化大,说明被测电阻是 大电阻,应该用内接法测量;若电压表读数变化大,说明被测电阻是小电阻,应该用外接法测量。 (这里所 说的变化大,是指相对变化,即Δ I/I 和Δ U/U) 。 (2).滑动变阻器接法: ①关于滑动变阻器的原理和结构以及接线柱分布
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C

D

C 或 D 均可

B A B A 理解要点:外面涂(包)有绝缘漆的电阻丝绕在绝缘瓷管上,一金属滑动片穿在金属杆上(与金属杆有良 好的电接触) ,滑动片的下面两个金属卡片较紧地卡在电阻丝上,只把电阻丝上能与金属片接触的绝缘漆 刮去(但相邻两匝电阻丝仍能被其它未刮去的绝缘漆绝缘) 。电阻器丝两固定端引出两个接线柱---即为固 定接线柱 A 和 B, 与滑动片有良好电接触的金属杆 (在电路结构上可认为是与滑动片结为一体的同一导体) 两端做成两个接线柱---即滑动片接线柱 C 和 D, 注意 C 和 D 虽是两个接线柱, 但在电路结构上只是对应于 滑动片的一个电路点,即接 C 和接 D 的效果是一样的,都对应于接到电路中滑动变阻器的滑动片上(但实 物电路接线时绝不可以把电线直接接到滑动片上! ! ! ) ② 滑动变阻器的作用:任何电学实验电路都要能调节到不同的电路状态下测量出不同的几组实验值, 以减小偶然误差,而起这个作用的元件即为滑动变阻器。故一般任何电学实验电路都要用到滑动变阻器, 其接法一般有两种。分别用下面 a、b 两图表示:a 叫限流接法,b 叫分压接法。 RX RX (1)分压接法: a R b R

接法特点:先将滑变两固定端通过开关与电池串在一起,使电池全部的路端电压均加在滑变两固定 端之间,再取出滑变的一个固定端和滑动端(即滑变对应滑动片的接线柱) ,把负载电路接入此两端之间 (即把负载与滑动变阻器的一固定端与滑动头间的部分并联起来)――俗称两下一上,即三端接法。 优点:采用分压接法时,被测电阻 RX 上的电压调节范围较大,可在实验中多测几组电压电流值;且可 以使被测电阻上的电压从零开始逐渐增大,在负载电阻较大而滑变阻值较小时使用调节较为方便。 不足:接法相对复杂,电路功率损耗较大,滑变串入电路部分所通过的电流较大而要求滑变的额定电 流不能过小。 选择依据: ? ? ? ? ? ? ? 通过估算,在采用限流接法时,即使调节滑变达最大值时,通过负载的电流也过大从而使实验 不安全或在安全范围内可测的数据组过少,要用分压。 大负载或小滑变时一般用分压接法 如要求对负载电流、电压调节范围较大必须用分压接法 如要求负载电压能从零开始调节,应该用分压接法。 在校准电表时必须用分压器接法。 在描绘某器件的伏安特性曲线时一般用分压接法 负载的额定电压与电源电动势相比较很小时为考虑安全,一般选择好调节控制的分压接法

注意: (1)采用分压接法时,应该选用总阻值较小的滑动变阻器,这样在实验中便于调节和操控。 (负载上的电流电压变化较均匀且滑变的有效调节长度范围大,便于细调) (2) 在分压接法中,当负载电阻远远大于滑变总阻值时 ①负载两端的电压与滑变的与负载并联的那部分电阻近似成正比。 ②如果此时滑动头固定在某一位置不动,则可认为不论负载如何变化,加在负载两端的总电压不变。
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(以上结论基于这个原理:对两支路并联的电路,如一支路的电阻远大于另一支路,则电路总阻值近似等 于阻值小的支路电阻及串联分压的规律) 。 (2)限流接法 接法特点:将滑变一个固定端(接线柱在下面)和一个对应滑动片的接线柱(在上面)通过开关与电 池和负载串在一起,只使电流通过此固定端与滑动片之间的滑变电阻丝部分(另一部分没有电流通过) ―――俗称上下接法。 优点:接法相对简单,电路功率损耗较小:在负载电阻较小而滑变阻值较大时可考虑使用。 不足:采用限流接法时,不能使被测电阻 RX 上的电流电压从零开始调节,其可调节到电流或电压的最 小值受到滑变总阻值的限制,在滑变阻值较小时调节范围小。 选择依据: 通过估算,在采用限流接法时,调节滑变达最大值时,通过负载的电流电压与电表量程值之间仍 有较大的调节空间范围(如题中无特别要求,一般在量程值的 1/3 接近即可) ,可考虑用限流接法。 小负载或大滑变时一般用限流接法; 注意:采用限流接法选择滑变时,滑动变阻器总阻值也不是越大越好,在能达到调节范围要求(最 小值可达量程值的 1/3 接近)的前提下,应尽量选择小阻值的滑变,这样在实验中便于调节和操控。 (负载上的电流电压变化较均匀且滑变的有效调节长度范围大,便于细调) 注意点: (1)在两种接法中如条件都允许,限流接法优先使用。 (2)使用限流接法时滑变阻值一开始应调到最大。 (3)使用分压接法时滑变阻值一开始应把与负载并联的那部分电阻调到零值。 例 1. 某中学的物理“小制作”小组装配了一台“5V,0.5A”的小直流电动机,线圈内阻小于 1Ω 。现 要进一步研究这个小直流电动机在允许的输入电压范围内,输出功率与输入电压的关系,学校实验室 提供的器材有: 直流电源 E,电压 6V,内阻不计; 小直流电动机 M;

电压表 V1,量程 0~0.6V,内阻约 3kΩ ;电压表 V2,量程 0~6V,内阻约 15kΩ ; 电流表 A1,量程 0~0.6A,内阻约 1Ω ;电流表 A2,量程 0~3A,内阻约 0.5Ω ; 滑动变阻器 R,0~10Ω ,2A; 电键一只 S,导线若干。

① 首先要比较精确测量电动机的内阻 r。根据合理的电路进行测量时,要控制电动机不转动,通 过调节滑动变阻器,使电压表和电流表有合适的示数,电压表应该选________。若电压表的示数 为 0.1V,电流表的示数为 0.2A,则内阻 r=______Ω ,这个结果比真实值偏______(选填“大”或 “小”)。

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② 在方框中画出研究电动机的输出功率与输入电压的关系的实验电路图。 (标明所选器材的符号) ③ 当电压表的示数为 4.5V 时,电流表示数如图所示,此时电动机的输出功率 是_____W。

答案 1、① V1,0.5,小;② 如图(只要不是分压接法或电流表外接得 0 分;是分压接法和电流 表外接,V2 和 A1 都错得 2 分,有一个错得 3 分) ;③ 1.72。 (3)实验具体注意事项

?d2
? 测金属的电阻率―― R ? ? I 用伏安法测。 1.测金属丝电阻的电路连接方式是安培表外接法,而不是内接法(因为金属丝电阻较小,但如果是电阻 率很大的材料,则应接成内接法) 。而滑动变阻器可以是分压,也可是限流,视所给滑变阻值大小而定 (小滑变时用分压,而大滑变时用限流) 2.测 L 时应测接入电路的电阻丝的有效长度。 3.闭合开关前,应把滑动变阻器的滑动触头置于正确位置----使电路刚闭合时负载上电流或电压最小。 4.多次测量 U、I,先计算 R,再求 R 平均值。 5. 电流不宜过大,否则电阻率要变化,安培表一般选 0—0.6 安挡。 6.减少误差方法:可多测几组数据求平均值或依据这些数据画 U—I 图象,由图象来求测量值。 ? 描绘元件的伏安特性曲线 法(要多测数据多描点才使图像较准确。 1. 实验原理:元件电阻小时用外接法,但待测元件电阻大时需用内接法;滑动变阻器一般只能用分压接

l Rs U ?? ? ? s l I

4 其中 d 用螺旋测微器测,而 L 用刻度尺测,U 和 l

2. 注意点: (1) 在小灯泡由暗变亮的过程中, 温度发生了很大的变化, 而导体的电阻会随温度的变化而增大, 故在两端电压由小变大的过程中,描绘出的伏安特性曲线就不是一条直线,而是一条各点斜 率逐渐增大的曲线。 (2) 实验步骤: (1)开关断开的状态下连好电路(分压器接法、安培表外接)后再把滑动变阻器 的滑动头调到使负载所加电压最小的位置 (2)调节滑变,读数记录约 12 组值(不要断开电键进行间断测量) (3)断电,拆线路 (4)建立坐标,选取适当标度,描点,连线(平滑) 。 注意:用多用电表所测得的电阻值较在电路中所测得的值一般要小很多(冷态电阻要小 10 倍左右) 题型 2:测定电源的电动势和内电阻 解题要点: 一:各种思路方法及相关原理 ? 伏安法: 1.原理:同时用到了电流表和电压表,用电压表测路端电压而电流表测通过电源的电流(干路总电流) ,
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再由 U = E-Ir 来分析求解 2.求解方法(数据处理) . ①方程组法:调整滑动变阻器使外电路变化在两个状态下,测出两个对应的路端电压和总电流 根据闭合电路欧姆定律 E = U + Ir 可知,当外电路电流分别为 I1 和 I2 时,有

U1 ? E ? I1r ①
r=(U2-U1/(I1-I2)

U2 ? E ? I 2r ②

由两式联立方程组可得出(用加减消元法解较快)

E=(I2U2-I1U1)/(I1-I2)
②图像法(画电源的 U---I 图像) 多测几组 U 和 I 数据, 列表并建立 U—I 坐标系, 画出图像, 通过求图像在纵轴截距和斜率绝对值即可

图 7-4-1

注意: ? 常把与电源串在一起的固定电阻与电源的整体看作一电动势与原电源相同,但内阻为(R+r)的等效 电源以分析电路原理 ? 电流电压按有效数字规则记录和读数;
理想电压表(量程 3V) 固定电阻(R 约 4Ω ),滑动变阻器 R′, 电键 S,导线若干。 实验中,

例 2:测量电源电动势和内阻的实验如图。
器材有:电源(E 约 4.5V,r 约 l.5Ω 电流表(量程 0.5 A,有一定电阻)

当电流表读数为 I1 时,电压表读数为 U1,当电流表读数为 I2 时,电压表读数为 U2,则可得出 E=_______ ,r=_______ (用 I1 、 I2 、U1 、U2、R 表示)。

答案:(8 分)

(各 4 分)

?

由于电池的内阻一般较小,故在实验时所测得的图像斜率很小,如不能合适选取坐标轴上电流或 电压的刻度单位,则易使画出的图像只分布在坐标系的最上方且近似与 I 轴平行,此时可以把 I 轴向上平移来使图像能均匀分布在坐标系内(U 轴起点不是零,但 I 轴起点为零) ,在题目中已 给出图像时也应特别注意所给出的图像原点坐标是否是(0,0) ! ! !

?

为减小误差,至少测出 6 组 U、I 值,且变化范围要大些,然后在 U--I 图中描点作图,由图线纵 截距和斜率找出 E、r

3.实验电路和误差分析 (1)把电源作为待测电阻,当电源内阻较小时,用外接法,而电源内阻较大时,用内接法 外 接 法 如 图 A V 内接法如图

V

A

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(2)误差分析:本实验目的是测电源的端电压和通过电源的电流。 ① 外接法电路电动势和内阻测量值均小于真实值,其误差是由于电压表的分流而导致电流表测的 不是通过电源的电流;内接法电路电动势测量值等于真实值,而内阻测量值大于真实值,其误差是由于 电流表的分压而使电压表测的不是电源的端电压 ② 用等效电源法来分析: 外接法测量的其实是伏特表和待测电源并联整体的等效电源电动势和内阻, 故其内阻测量值为电源 内阻和伏特表并联电阻,而电动势为假设此等效电源与外电路断开时的两端电压值(不接滑变和电流表 时电源正负极的电压) 。 内接法测量的其实是电源和电流表串联整体的等效电源电动势和内阻, 故其内阻测量值实为电源内 阻与电流表内阻之和,而电动势即为假设此等效电源与外电路断开时的两端电压值(不接电压表和滑变 时电源正极与电流表另一端电压值,此即等于电源电动势值。 ③电路选择:测内阻较小的电源时用外接法,测内阻较大时电路用内接法。因为内接法虽然测的电 动势无系统误差, 但内阻测量值多加了一个电流表的内阻, 而一般干电池的内阻要远小于电流表的内阻, 致使内阻测量误差太大,故在测干电池的电动势和内阻时不用内接法电路而用外接法。 (3)注意事项 1.本实验在电键 S 闭合前,变阻器滑片应处于阻值最大处. 2.要测出不少于 6 组 I、U 数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,要第 1、4 为一组,第 2、 5 为一组,第 3 、6 为一组,分别解出 E、r 值再取平均值. 3.画 U-I 图线时,由于读数的偶然误差,描出的点不在一条直线上,在作图时应使图线通过尽可 能多的点,并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点可舍去,这样就可使偶 然误差得到部分抵消,从而提高精确度. 4.本实验由于干电池内阻较小,路端电压 U 的变化也较小,这时画 U-I 图线时,纵轴的刻度可 以不从零开始,而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标 I 必须从零开始) .但这时图线和横轴 的交点不再是短路电流,而图线与纵轴的截距仍为电动势 E ,图线斜率的绝对值仍为内阻 r . 5. 安培表一般选 0-0.6A 档,伏特表一般选 0-3 伏档。 6..电流不能过大,一般小于 0.5A。 (不能在实验中长时间地接通电键而让电源大量地放电,因为随 着电源放电,电源的内阻会发生变化(增大) 。 7.实验时应选取用旧电池(因其内阻较大)或给电源串一固定电阻(把电源与固定电阻的整体看作 一内阻较大的等效电源) ;长时间放电不宜超过 0.3A,短时间放电不宜超过 0.5A,读电表要快,每次读完 要立即断电,使整个过程中 E 和 r 值较稳定;滑动变阻器选择 50 欧即可满足要求 ? 测定电源电动势和内电阻的其它方法 (1) 安欧法.用一只电流表和两个定值电阻(或电阻箱)测量,其原理为:

E=I1(R1+r) ,E=I2(R2+r)
图 7-4-8

可求出 E 和 r,此种方法 E 无偏差,而 r 偏大.电路如图 7-4-8示 (2) 伏欧法: 用一只电压表和两个定值电阻 (或电阻箱) 测量, 其原理为: E=U1+ U1r/R1,

E= U2+ U2r/R2 可求出 E 和 r,此种方法 E、r 均偏小.电路如图 7-4-9示.
(3) 一般方程组法。 例 3: 某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻, 使用的器材还包括定值电阻 (R0=5Ω ) 一个, 开关两个,导线若干,实验原理图如图 14(a).
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请完成下列主要实验步骤; A、检查并调节电压表指针指零;调节电阻箱,示数如图 14(c)所示,读得电阻值是____________; B、将开关 s1 闭合,开关 s2 断开,电压表的示数是 1.49V; C、将开关 s2_______,电压表的示数是 1.16V;断开开关 s1 。 ③使用测得的数据,计算出干电池的内阻是_______(计算结果保留二位有效数字) 。 ④由于所有电压表不是理想电压表,所以测得的电动势比实际值偏 _________( 填“大”或 “小”)。 【答案】20Ω ,闭合 ③0.69 ④小 【解析】由图读得电阻 20Ω 。闭合 S2 后电阻箱才工作;③S1 闭合、S2 断开时:RV 很大,认为: E ? U1 Ⅰ

S1、S2 都闭合时:

U2 E ? U2 ? R r ? R0

Ⅱ由Ⅰ、Ⅱ得 r ? ?

? U1 ? ? 1? R ? R0 ? 0.69? ? U2 ?

题型 3.多用电表的原理及使用 解题要点: (1)欧姆表原理: ①欧姆表原理电路: 注意:黑表笔与内接电源的正极相连电势高而红表笔电势低 流过电流表头的电流方向仍是由红笔流入的,故红表笔与表头的正极相连 即对电源而言,黑正红负;对表头而言,红正黑负 ②欧姆表测量电阻的原理

先使红黑表笔短接,调 R1使电流表满偏,此时有 R1 ? r ? Rg ?

E ? R内 ,称为欧姆表内阻,而可变电 Ig

阻 R1就称为此欧姆表的“调零电阻” ,而它的调节旋钮即为多用电表的欧姆调零旋钮 再在红黑表笔间接入待测电阻 R,则 R ?

E E E ? ? ? R内 ,由此可知,在 E 和 R 内一定时,待测电阻 I Ig I

R 与通过表头的电流 I 一一对应,由此对应关系,在表头对应各个电流值 I 刻度处标上对应电阻值 R,则 由电流表的刻度也可读出指针在各个位置时接在红黑表笔之间的电阻值,欧姆表就制作成功了。 注意:在进行相关计算时,常用电源电动势 E 与相应总电流 I 的比即为电路内外电阻之总和,即

R+r=

E 的原理关系! ! ! I

③欧姆表的中值电阻: 在欧姆表电路中,红黑表笔短接调零后,当指针恰好指到表盘刻度正中时对应的待测电阻阻值,称此欧姆 表的中值电阻

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图 7-3-5

此时由欧姆表原理可知: R中 ?

E E E E E Ig ? ? ? R内 即 Rx ? ? ? R中 ? R中 Ig Ig Ig I Ig I 2

即:某一档位欧姆表的中值电阻即等于相应档位下的欧姆表的综合内阻,中值电阻唯一地决定了欧姆表的 刻度。中值电阻一经确定, 刻度盘的刻度便将全盘定局。当 Rx 的值分别为 R 中的 2 倍、3 倍、4 倍??时, 电流表中的电流 I 分别为满度电流 Ix 的 1/3、 1/4、 1/5??即电表指针的偏转角度为满刻度时的 1 /3、1/4、1/5??当 Rx 的值分别为 R 中的 1/2、1/3、1/4 时,电表指针的偏转角度分别为满偏时的 2/3、3/4、4/5??所以,欧姆表的表盘的刻度是不均匀的. ④欧姆表指针的偏转角度:在欧姆表不使用时,指针在最左端指在电阻∞处(电流为 0 处) ,如接入待 测电阻后指针偏角较小,即意味电流过小,也即意味电阻阻值过大,而如指针偏角过大,则意味电流较 大,即待测电阻阻值过小。 (即偏角小说明阻值大! ! ! ) (2) 把表头改装为不同量程的电流表或电压表 ① 把电流表改装成电压表: ? 按 Uv ? I ( R分压 +R g ) 的关系在 G 表的刻度线上不同的电流刻度值 I 处刻出电压 U 的值即 改装成功 ? 串联的分压电阻值

R?

U量程 U ? Rg ? 量程 Rg ? Rg ? (n ?1) Rg Ig I g Rg

② 把电流表改装为安培表 ? 按

I安培 ? I 表头 +

I 表头R g R分流

的关系在 G 表的刻度线上不同的电流刻度值 I 表头处刻出安培表

电流 I 安培的值即改装成功 ? 并联的分流电阻

R?

I g Rg I 量程-I g

?

Rg I 量程 ?1 Ig

?

Rg n (? 1)

注意:校准改装后电表的电路一般采用分压器接法 (6)绝对误差与相对(百分)误差相比,后者更能反应实验精确程度。 (3) 多用电表: ①由于电压表、电流表、欧姆表都用到电流表头,故可以只用一个表头,再加上一些电阻和一个电源, 外加一些转换开关,就可以把电压表、电流表和欧姆表组合在一起成为一个多用途的电表,这就是多用 电表 ②电路原理图: 转换开关拨至 1 和 2 时为两个不同量程的电流表; 拨至 5 和 6 时为两个不同量程的电压表; 拨至 3 或 4 时为两个不同倍率档位的欧姆表。 注意:要实现欧姆表的不同倍率,就是使表盘上的刻度都扩大相同的倍数,中值电阻也不例外(如 要从 10 的倍率提高为 100 的倍率,则 100 倍率下的中值电阻应是 10 倍率中值电阻的 10 倍) ,而中值电阻 就等于欧姆表的内阻,即提高倍率即为提高中值电阻,也即为提高欧姆表的内阻,根据
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R中 ? R内 ? (r ? Rg ? R0 ) ?
的最大电流 Ig 值.

E 可知提高欧姆表的内阻,有两种途径:提高电源电动势或减小电路中 Ig

如图 2-8-5 示,若接到 4 上的电源电动势较接到 3 上的电源电动势大,则 4 对应的倍率则高(因两 种欧姆表电路的电流表一样) 例 4:将 G 表改装成两种倍率(如“×1” 、 “×10” )的欧姆表。现有两种备选电路,如图 2 和图 3 所 示,则图 (选填“2”或“3” )为合理电路;另一种电路不合理的原因是 ,在合理的电路中,当开关 S 合向 表是较大的倍率挡。 端,这时的欧姆

Rb Rb
G

Ra G

R

a E
图2

b s

R

Rc

E

c s
图3

d

答案:图2 原因:图3中的电路c和d所对应的电源电动势和满偏电流(最大电流)相同,则对应 中值电阻相同,即同一种倍率(其它答案意思讲酌情给分) b

例 5:某学习小组通过一个简单的电路图探究多用电表的结构和原理,如图所示,若黑表笔为电报的公共
端,红表笔通过转换开关接入待测量相应的测量端,使用时,只有部分电路起作用。当转换开关接 1 或 2 时,此多用表为 此多用电表为 表为 表。 若灵敏电流计G的满偏电流 Ig=10mA,内阻 Rg==10Ω ,R1=6Ω ,R2=4Ω ,当转换开关接 2 时,此多用电表的量程 答案 :电流表,电压表,欧姆表,0~20mA ③多用电表的外表刻度及开关旋钮(如图示) ? 其表面分为上、下两部分,上半部分为表盘,共有三条刻度线,最上面的刻度线的左端有“∞” , 右端标有“ O ” ,是用于测电阻阻值 的欧姆刻度线,其刻度不均匀。 .中间第二条的刻度线 是用于测直流电流和直流电压能及较高的交流电压的,其刻度是分布均匀的,最下面一条刻度 线左侧标有 ? ,是用于测较低的交流电压的,其刻度线 不均匀 . 多用电表表面的下半部分为选择开关,周围标有测量功能的区域和量程.将多用电表的选择开 。 表,当转换开关接 3 或 4 时, 表,当转换开关接 5 时,此多用电 - +

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关旋转到电流挡,多用电表就能测量电流强度;当选择 开关旋转到其他功能区域时, 就可用于测量电压或电阻. 多用电表表面还有一对正、负插孔.红表笔插正插孔,黑表 笔插负插孔, 在插孔上面的旋钮叫欧姆调零旋钮 , 用它可进行 电阻调零.另外,在表盘和选择开关之间还有一个调零螺丝,用 它可以进行机械调零,即旋转该调零螺丝,可使指针(不接人电 路中时)指在最左端“0”刻线. ? 由于多用电表电流、电压档正负极的红、黑表笔在欧姆 档中对应接到表内电源的负极和正极。 (即对电流电压 为红正黑负而对欧姆档是红负黑正) 。 当把一欧姆档的两 表笔接到一与外电路断开的用电器两端时相当于给此用 电器加了一电压,与黑表笔相连的一端电势高(黑表笔 为等效电源正极) 。 ?
图 7-3-7

多用电表可以测二极管的单向导电性. 当给二极管加正向电压时, 即正极电势比负极电势高 时, 二极管电阻很小,处于 导通状态,相当于一个接通的开关;当给二极管加反向电压时,即正 极电势比负极电势低时 ,二极管电阻很大,相当于一个断开的开关.

?

用多用电表测电阻

(1) 机械调零: 两表笔断开, 观察指针是否指电流零刻度, 若不指电流零刻度, 应进行 机械调零 , 使指针指电流零刻度,应调整_调零螺丝_,使指针指电流零刻度. (2)根据所测电阻的大约阻值,选取合适的挡位.两表笔短接,观察指针是否指_零_,若不指电流 满刻度,调节表盘右下方的__调零旋钮_,使指针指在电流满刻度( OΩ 处) . (3)将待测电阻接在两表笔之间,待指针稳定后读数. (4)读出指针在刻度盘上所指示的数值,观察选择开关所对应的电阻挡的倍率,用 指示数值乘以倍 率,即得测量结果. (5)测电阻每次换不同的档位时档必须重新电阻调零。 (注意选档进行电调零时应当调节欧姆档右上方 的调零旋钮而不是表盘正中的机械调零螺丝) (6)如何选择合适的倍率档:使指针在中值电阻附近时误差较小(如设中值电阻为 R 中,则使指针指在 R



/4-----4R 中。的范围内。测量电阻时,若指针偏角过小,应换倍率较大的档进行测量;若指针偏角

过大,应换倍率较小的档进行测量。可根据待测电阻的估计值来选取欧姆表的档位,使其阻值与欧姆档对 应中值电阻接近。 注意:故欧姆表的倍率越大,其中值电阻就越大,也即其综合内阻就越大,反之, 综合内阻越大的欧姆表, 其倍率越大。 (7)不能用两手同时握住两表笔金属部分测电阻。 (8)测电阻前,必须把待测电阻同其它电路断开。 (9)测完电阻,要拔出表笔,并把选择开关置于“OFF”档或交流电压最高档。 注: (1)欧姆表内的电池用旧了,用此欧姆表测得的电阻值比真实值偏大。 (2)用多用电表欧姆档测得的灯泡电阻远小于由灯泡所标额定电压和功率求出的电阻值,前者所测得 是冷态电阻(温度较低时) ,后者是正常发光时热态电阻,热态电阻约为冷态电阻的 10 倍左右。
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?

.用多用电表探测黑箱内的电学元件 1. 中学阶段常用的电学元件有电阻、二极管、电容、电源等四种 2. 用欧姆档测量时:表笔正反接所测阻值均相同的是普通电阻;表笔正反接所测阻值相差很大的是 二极管。 (二极管具单向导电性(正向电阻极小而反向电阻极大) 。由此可用欧姆档来测出其正负 极) ; 批针先向右偏, 后向左返回, 最后稳定不动的是电容 (因为多用电表的欧姆档内部带有电源, 与电容连接时会对之充电,随充电进行电流减小,因此测其电阻时,一开始电阻值较小,后来阻 值增大, 最后接近于无穷) ; 电源不同于其它任何元件, 因为它能提供电压, 用电压档可直接测得。 3. 探索黑箱内元件的一般步骤: (1)先用多用电表的电压档探测内部是否有电源(2)若无电源,再 用多用电表的欧姆档探测各接线柱的电阻,由各元件的导电特点来判断是何种元件且如何接法

4:注意事项: (1)使用多用电表时,要根据测量的电学量变化及时转换开关,以免损坏电表(3)二极管 的特点和用多用电表测二极管的正负极应熟练掌握。 ? 用多用电表检查电路故障:一般选用量程大于电源电动势的电压档来操作。 此时如把表笔接到断路元 件的两端(其它完好) ,电压表示数等于电源电动势(即电压表 接在那两端时读数为电动势值,则断路处即在那两端 例 6:在测定金属电阻率的试验中,某同学连接电路如图所示。闭合 电键后,发现电路有故障(已知电源、电表和导线均完好,电源电动 势为 E) : ①若电流表示数为零、电压表示数为 E,则发生故障的是 (填“待测金属丝”“滑动变阻器”或“电键”) 。 ② 若电流表、 电压表示数均为零, 该同学利用多用电表检查故障。 先将选择开关旋至 则多用电表的示数依次是 档(填“欧姆×100”“直流电压 10V”或者“直流电流 2.5 mA ”),再将 、 、 。 (填“红”或“黑”)表笔固定在 a 接线柱,把另一支表笔依次接 b、c、d 接线柱。若只有滑动变阻器断路, 【解析】①待测金属丝②直流电压 10V,红,0,E,E。 【解析】①电流表示数为零,说明电路断路,又电压表示数为 E,说明电压表跨接的待测金属丝断路,等 于将电压表直接接在电源上,说以发生故障的是待测金属丝断路。由于电路断路,用多用电表检查故障应 该使用电压档,所以选择开关旋至直流电压 10V 档。a 为电源的正极,所以红表笔固定在 a 接线柱。若只 有滑动变阻器断路,黑表笔依次接 b、c、d 接线柱,Uab=0,Uac=Uad=E。 ? 传感器器的应用 1。基本知识: (1)传感器是能将所感受到的物理量(如力、热、光、声中的位移、速度、压力、温度、湿度、流量、光 照度、声强等量)转换为便于测量的量(一般是电学量如电压、电流或电容、电阻等)的一类元件。 (2)常用的传感器有:电容式传感器(力电转换)--- 如测角度、测液面高度、测压力、测位移的电容式 传感器(参见课本) ;声电转换---话筒;光电转换----光电管或光敏电阻(自动计数) ;热电转换---热敏 电阻(利用半导体材料制成,不是用金属制成的) 2.注意事项:热敏和光敏电阻一般都是用半导体材料制成的,其电阻随温度增大或光照强度增大要减少, 不要把金属的电阻随温度增大而增大的特点与热敏电阻的特点相混。光电计数可用含光敏电阻电路来实 现;温度自动控制可用含热敏电阻电路来实现 题型 4. 电路实物连线 解题要点:
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(1) 步骤: ①先明确清楚原理电路图中电流的流动情形及串并关系 ②连线时从电源正极出发,边想像电流由正极出发的流动情形,边用铅笔画出相对应的导线(把导线想像 成电流流动的径迹) ;先串(流)主干,再并(流)分支; ③画连接电流表或电压表的导线时,要想像电流是如何流过电表的,一定要让电流从电表的正极流入,从 负极流出! ! ! ④画滑动变阻器的连线时,注意是限流接法还是分压接法,如是限流接法,则电流是从某一固定端流入经 过滑变的某一半部分流到滑动片,再从滑动片上经金属杆流到与金属杆相连的接线柱上(或反过来) ,接 入电路的接线柱线是一上一下。而如果是分压接法,连接时,先把电源正负极通过开关接到滑变的两个下 面接线柱(固定端)上,再把测量电路连好,最后把测量电路与滑变的一个下端和一个上端对应连起(连 接时注意明确将与负载并联的滑变的两个端那一端为电势高(即与电源正相通的是那一端) ,电流流过负 载时即是从此端开始流入负载的! (2) 核心是电表正负极接法是否正确;滑动变阻器接法是否正确;如涉及伏安法,内接或外接是否正确。 例 7:由两个原理图连接两种对应的实物图 V A A

V

例 8:由原理图实 物连线

(答案如下 图) 题型5:实验仪器及读数 解题要点: (1)读数的基本原则是:凡仪器最小刻度是 10 分度的, 要求读到最小刻度后再往下估读一 位(估读的这位是不可靠数字) 。
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(2)电压表或电流表读数一般步骤: ①先明确所用的量程 (即指针满偏时的读数值) , 再明确所用刻度线的总刻度数, 由此求出每一格刻度表示 多大的测量值, ②再由指针所指位置读出测量时的格数,由比例读(求)出此时的测量值 ③至于在那一位上估读,可由指针所指的位置明确与读数最近两个相邻值,再视情形合理估读(参见示例 分析) 。注意:当指针恰好与某刻度线重合时,可先假想指针不与刻度线重合时位置上应读的有效数字位 数是几位,则实际读下的数据有效数字即为几位(往往在准确读出的数后补若干个零) 。 (2)电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的,指针必须指向某一个确定的数值,不能在两个 数值之间,因此电阻箱测量结果的各位读数都是从电阻箱上指针所指位置直接读出的,不再向下估读。 例 9. 右图是电压表的刻度盘。若当时使用的是该表的 0-3V 量程,那么电压表读数为多少?若当时使用的 是该表的 0-15V 量程,那么电压表度数又为多少? 解:0-3V 量程最小刻度是 0.1V,在指针所指位置,读数明显在 1.1 和 1.2 之间, 此时只能在小数点后 2 位上估读, 故读下 1.15V (由于最后一位是估读的,有偶然误差,读成 1.14V-1.17V 之间 0 都算正确) 。 0-15V 量程最小刻度为 0.5V, 在指针所指位置明显可 知读数在 5.5 和 6.0 之间,所以只能在小数点后 1 位上估读,读 5.7V(5.6V-5.8V 之间都算正确,因为 0.7 已经是估读下的数了, 故不再往下估读) 。 例 10:电路中的电流表、电压表的示数如图 3、4 所示。电流表的读 数为____,电压表的读数为___。
8 7 8 7 0.1 9 0 1 6 5 4 100 9 0 1 6 5 4

1 5 0

2 10 3 15

V

×

2 3

× 1 9 0 1
8 7 6 5 4 1K 9 0 1

2 3

10 9 0 1 8 7 6 5 4 10K 9 0 1 8 7 6 5 4

×

2 3

×

×

×

2 3

8 7

6 5 4

2 3

2 3

解:对电流表,一小格表示 5,由于看上去指针所在位置恰与某一刻度线重合,故可先假设指针在某一小 格之间 (如在图中位置稍向右偏) , 其读出的值在 115 到 120 之间, 即只读整数部分即可, 由指针所指位置, 读数为 115mA,当然为强调实验读数要估读的原则,也可读 115.0mA(高中对此没有严格判定) ,而电压表 最小刻度为 0.1, 由于看上去指针所在位置也恰与某一刻度线重合, 可假想稍向右移动不到一格, 读数为 5 点零几,即小数点后应有两位数字,故最后应读 5.00V 例 11. 右图是电阻箱示意图,读出当时电阻箱的阻值。 解:电阻箱面板上有 6 个旋钮,每个旋钮上方都标有倍率。将每个旋钮的指针所指的数值(都为整数)乘 以各自的倍率,从最高位到低位依次读出来,就得到这时电阻箱的实际阻值。注意图中最左边的两个黑点 是表示的是接线柱。若指针位置如图所示,则阻值为 84580.2Ω 。 (3)仪器的用途及使用 ①电表: 审题时特别注意电表的内阻是否告知,如已知电表的内阻,则可考虑两种应用: A:一表三用(即已知内阻的电表,可当作电流、电压表和一个定值电阻三种中任一种来使用;

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B:消除伏安法的系统误差---电流表内阻已知用内接,电压表内阻已知用外接。(如消除伏安法 系统误差也可考虑用求差法(见后面内容)) C:如电表为理想表,则电流表内阻为零而电压表内阻无穷大(电流表不分压而电压表不分流) ? 注意:电流或电压表所通过的电流或加在两端的电压与表指针的偏转格数是成正比的。如刻度看不清 时,可由确定偏转格数与电流或电压的比例方法来确定通过的实际电流或电压值。电流或电压表的刻 度是均匀的(改装后的表盘刻度也是均匀的) 。 ②可变电阻:有两种,一种是可断续调节但能读出阻值――电阻箱,一般用来进行辅助测量(如半偏 法测电流表或电压表内阻、替代法测电阻,安欧或伏欧法测电动势和内阻,电流或电压 表的改装中用作分压或分流电阻等);一种是可连续调节但不能读值,即滑动变阻器, 一般用来调控电路(分压或限流调节)。 ③固定电阻时,一般可考虑三种用途: A: 用作保护电阻: 将其串入干路或与量程很小的电表、 额定电流过小的用电器串联 (分压) 或并联 (分 流),以保护电源或电表、用电器安全(使通过它们的电流或加在其上的电压不超过额定电流或额 定电压) A A
2 1

R R
1
ˊ

A V B R

R E
2

S

电源电动势较两电流表满偏电压大很多 时,R 为保护电阻

B:辅助测量: ? 与电流表配合使用辅助测量电压

测量电源 B 的电动势和内阻 r(E 约 为 4.5V,r 约为 1.5Ω ),理想电压 表量程 3V,电流表量程 0.5A,此时 需在干路中串入一保护电阻(等效增 大了电源内阻

一例为 A1 内阻已知或则理想表,测 Rx;另一例为测 A1 内阻 R0 Rx


R0 A2 A1


A1 ?

A2

与电压表配合使用以辅助测量电流。 V R2 V
ˊ

R0

2 V 1

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R1 E S

E

一例为(测与 R2 串联的电压表内阻);另一例为电源内阻不计,测电压表的内阻 C: 如所给电表量程过小但又给出一固定电阻, 可考虑将电表与固定电阻组合整体看作一量程较大的电 表(与电表串联改装为电压表、并联改装为电流表)(此时电表内阻一般已知或可看作理想表) Rx R0


A2

A1

(A1 内阻已知但量程过小,而加在 Rx 是电压较大(电源电动势过大) 注意:器材中有电阻箱时,可考虑两个应用: A:当作固定电阻使用(三种用途,见上面), B: 调出两个对应状态列方程组求解 (两个状态下电阻箱的值均可读出, 且一般调到电表取特殊值 (满 偏或半偏的情形),如电流半偏和电压半偏法其实质是方程法中的赋值法。还有测电动势和内阻 的伏欧法和安欧法等) 题型 6. 常见实验方法 ? 常见的测电阻(包括电表内阻)方法及定式组合。 伏安法:以测量电表的内阻为例: 1°电流表、电压表各一只,可以测量它们的内阻 2°两只同种电表,若知道一只的内阻,就可以测另一只的内阻 3°两只同种电表内阻都未知,则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻
V A R A1 A2 V1 V2 V R A A1 A2 V1 V2

?

替代法
2 R G2 1 2 G2 R V1 1

S

S

V2

3.半偏法(有电流半偏法和电压半偏法两种)
G R2 S2 R1 R1 S1 S V R2

实验注意: (1)电流半偏法测电流表(或小阻值电阻)内阻,其原理是“极大串极小,无论极小如何变, 只要极大固定,则近似总阻值不变,总电流不变” 。应满足电位器阻值远远大于待测表内阻(大于其 100
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倍左右)的条件,且应选用直线型的电位器,不要用收音机中指数型的电位器。 (2)电压半偏法用来测电压表(或大阻值)内阻,其原理是“极小并极大,只要极小不变,则极大无论 如何变化,总电阻近似不变,分压也近似不变” 故电流半偏法所用串在电路中的可变电阻要极大而电压半偏法所用分压接法中的滑变要极小! ! 。 (2)选用电动势高的电源有助于减少误差 (3) 电流半偏法测得的内阻值偏小 (读数时干路电流大于满度电流, 通过电阻箱的电流大于半偏电流, 由分流规律可得) ;电压半偏法所测得的阻值偏大(电压半偏法电路可看前面测电阻半偏法内容) 。 6.求差法 2 Rx 图 10 2、选择器材和电路的一般原则(要熟记,它是做电学实验题的总线索和总依据) 1.安全性原则.2.准确性原则.3.简便性原则.4.经济性原则.5 配套性原则。 安全性原则是指实验中要保证电流、电压值既不超过仪表的量程,又不能超过变阻器、小灯泡、电 阻箱等器材所允许的额定值. 精确性原则是指在不违反安全性原则的前提下,尽量使测量结果更精确,一般体现为两点:在保证量 程大于电路中用电器额定电压或电流的前提下,尽量选用量程小的电表。 在没有强调读数范围时,应使电 表的指针最小要可偏到满度的三分之一左右 (即电路中选择仪器的原则之一是使用上此仪器后可让所用电 表的读数与量程相比不至于过小(因读数过小时指针偏转不明显,带来读数误差过大)。 简便性原则是指在不违反前两个原则的前提下, 尽量使测量电路简单好接, 测量中的调节控制操作方 便.一般体现为:滑动变阻器在能完成任务的前提下,尽量选择总阻值小的。 经济性原则:尽可能选择耗能少的电路。如在限流和分压均能用时,选择限流。 配套性原则:在电路中如要同时用到两个电表,则应尽可能地让两表同步偏转。----在一表达最值 时,另一表也尽可能达最值。-----可通过假设法来估算判断。 下面我们用一个例题来说明如何选择器材. 例 12.有一个电阻 Rx,其阻值大约是 10Ω ,请选择适当的器材,以便测量其阻值.可供选择的电路 如图 3-13-7. 可供选择的器材是: 电动势 4.5V、内阻不计的电源 E 量程为 5V、内阻 10kΩ 的电压表 V1 1 V 由内接法的实质是测量 A 表与出待测电阻的串联总 阻值知: Rx ? A

U1 U 2 ? I1 I2

这种方法可消去由于电表内阻引起的误差

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量程为 3V、内阻 6kΩ 的电压表 V2 量程为 300mA、内阻 4Ω 的电流表 A1 定电流 1.5A 的滑动变阻器 R1 线. 提问:请问应选择哪些器材,以便测量待测电阻的值? 1.电压表、电流表的选择 因为电源的电动势是 4.5V,根据安全性原则,我们不选量程仅 3V 的电压表 V2,而要选择量程 5V 的 电压表 V1.同时,因待测电阻两端的电压最大值是 4.5V,所以用电压表 V1 测量时,可有很多数据超过电 压表的半量程.这样结果较为精确,也符合精确性原则. 量程为 500mA、内阻 2Ω 的电流表 A2 最大阻值 20Ω 、额 开关和若干根导

最大阻值 500Ω 、 额定电流 0.5A 的滑动变阻器 R2

则和精确性原则的电流表 A2. 2.滑动变阻器的选择 因为测量时,最大电流为 Im=0.45A,没有超过两个滑动变阻器的额定电流,根据安全性原则,两个 滑动变阻器都可以选用. 如果选用变阻器 R1,其值大约是待测电阻值的两倍,可以使待测电阻上的电压从 1.5V 变化到 4.5V, 范围足够大.如果选用变阻器 R2,可以使待测电阻上的电压变化范围更大.它们都符合精确性原则. 但是变阻器 R2 的阻值是待测电阻的 50 倍, 在实际操作过程中, 用它调节电流跳跃性大, 远不如变阻 器 R1 好操作.按照简便性原则,我们选用变阻器 R1. 题型 7. 已给了原理电路图的电学实验题分析思路 一:基本步骤 1:先从题意叙述中明确实验的目的和要求 2.想清电路原理:先转化为一个电路理论题(待测量即为未知量,而用电表可测得的量则为已知量,由欧 姆定律(即伏安法)及串并联规律从理论上想通原理,再用五大电学实验原则――安全不安全、准确不准 确、方便不方便、配套不配套、简洁不简洁来选择出合适器材和电路) 注意:在列相关电路关系式时,常用 E/I 即为电路内外总电阻的的方法列式分析以消去(求差)或整 体代入某些未知的电阻,以求得未知量(如欧姆表原理等) ;而接在某段电路两端的电压表读数除以 串在同段电路的电流表读数即为该段电路的电阻也是常用的思路,此即为伏安法! ! 3.如需选择器材: (1) (2) ? 找到那些器材是唯一且必用的(如电源、某种电表或滑动变阻器、固定电阻等) ,这是解题定思 路的入手点之一 看信息并联想可用到的方法和电路原理 看电源:重点明确内阻是否不计,电动势大小与所给电压表量程大小比较

如内阻不计,则应想到电路的总电压即为电动势且保持不变是从而在确定电路原理思路时应用;
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通过把电动势大小与所给电压表量程的比较,找到量程与电动势最接近且略大的电压表,一般它就是电路 中应选择的电压表。 ? 看电表: 重点明确其内阻是否准确已知或是否为理想电表,如电表内阻已准确告知(或可当作理想电表) , 则一般可有三种应用联想: 1. 一表多用(电压表可测电流,电流表可测电压) ; 2. 伏安法用什么接法可消除电表内阻引起的系统误差(电压表内阻已知,必用外接法,电流表 内阻已知,必用内接法,这样可以用伏安法准确求出未知电阻,此时不用“内大大、外小小” 的方法来选择) 3.把此电表与一电阻箱或固定电阻结合改装为一个新的、内阻也已知的大量程电表(如原来所给 电表量程过小或两表不配套时可考虑这种应用;此外,注意改装后的表也是一个内阻已知的电 表,在选择用内接还是外接法时接法也是确定的而不必考虑是是大电阻还是小电阻) (2) 对电压表,注意看其所给量程与电源电动势大小比较以确定此电压表能否选用,所给内阻与待测 电阻阻值比较是远大还是较大以初步联想应内接还是外接。 (3)对电流表,注意看其所给量程与电路的可能最大电流(可通过电动势和负载阻值来估算,估算时让 滑变调节至使电路电流最大状态)比较,或与负载的额定电流(如告知或能计算出时)比较,以确定 此电流表可否选用。 (4)另外注意, 应使电路中所选的器材使电表指针有明显的偏转, 不能使加在电压表两端电压过小于电压表 量程,电流表亦然。 例 13:在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用的 电压表(视为理想电压表)的量程较小,某同学涉及了如 图所示的实物电路。 (1) 试验时, 应先将电阻箱的电阻调到____. (选填 “最 大值” 、 “最小值”或“任意值” ) (2) 改变电阻箱的阻值 R,分别测出阻值 R0 =10 ? 的 定值电阻两端的电压 U,下列两组 R 的取值方案 中,比较合理的方案是____.(选填 1 或 2) (1)

(3)根据实验数据描点,绘出的 则该电源的电动势 E= ▲

1 1 ? R 图像是一条直线。若直线的斜率为 k,在 坐标轴上的截距为 b, U U
▲ (用 k、b 和 R0 表示)

,内阻 r=

答案: (1)最大值; (2)2; (3)

1 b ; ? R0 kR0 k
9 9 ? 0.03 A , ? 0.15 A , 若 R=60Ω , 电流约 300 60 ? 10

解析: (1) 为了安全。 (2) 若 R=300Ω , 电流约 后者电流读数大,误差小,所以填 2。
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1 U 1 1 1 r 1 , E ? I(R ? R 0 ? r) ,得 ? , ? R 图象的斜率 k ? , R? ? R0 U ER0 E ER0 U ER0 b 1 r 1 截距 b ? ,所以电动势 E ? ,内阻 r ? -R0 ? k E ER0 kR0
(3) 电流 I ? ? 看滑动变阻器: 注意小滑变优先选用的原则! 注意电学实验电路一般都必须用到滑变以能在实验中调 节电路到不同状态测得不同的各组数据以减小误差, 这是实验的基本要求!一般不要出现没有滑变的 电路(有电阻箱时可能例外) 。 (1) (2) 重点明确所给电阻与负载电阻大小比较以联想用分压还是限流接法(小滑变大负载用分压,小负 载大滑变可考虑用限流) 如有多个滑变让选择,则先挑阻值小的滑变考虑,如题目中已能看出要求用分压接法,则一定选 小阻值的滑变。如不定,则先假设把小滑变用限流接法接入电路中进行试算,看能否使最小电流 调节到量程的 1/3 以下 (注意只算最小电流即可, 最大电流用小滑变和大滑变都是一样的) , 如能, 则就用小滑变,因为小滑变调节比大滑变方便。 (3) ? 但注意: 在电流半偏法电路中一定选阻值大的滑变, 在电压半偏法电路中一定选阻值小的滑变 (由 电路原理知,这样选择误差小) 看电阻箱: 找是否有已知内阻的电表有无需要二者结合进行电表改装 找是否还有滑变,两个开关以联想能否用半偏法电路或方程组法或特殊值法 找是否有单刀双掷开关(有时没有开关接两次电路也行)以考虑能否用替代法电路。 看是否是有两个同类型电表(如两个电流表或两个电压表)以联想用串联或并联规律由欧姆 定律辅助测量(都是电压表时求电流,都是电压表时求电流) 。 (5) ? (1) (2) ? 看是否只有一个电表而实验目的是测电源电动势和内阻以联想能否用安欧法或伏欧法 看固定电阻 先试算只将负载接入时是否电路总电阻过小而电流过大以串在干路中或与负载串联或并联用作保 护电阻(分压或限流) 与电阻箱作用相类:电表改装、辅助测量(串联分压或并联分流) 、方程组法。 看开关:有几个,有几种。 (有两个单开时可考虑用等效替代法、方程组法、半偏法。有单刀双掷时考 虑用等效替代或方程组法) 题型8:设计电路类电学实验问题 (1) 不管题目所问问题的次序,都应先设计电路,想通原理后再做。 (2) 如何设计电路: ①应清楚:测电阻、描绘伏安特性曲线、测功率三个实验均是伏安法,电路原理基本一样。确定内外 接法和滑变的分压、限流接法是两个关键。注意试触法是看相对变化来确定的。 ②测电源电动势和内阻常用电路:伏安法(两种,一种测量值均偏小,一种测量值电动势准确而内阻 偏大,其原理常用等效电源法来分析) 、安欧法、伏欧法。要会分析其误差大小和来源(用等效电源 法考虑电表内阻影响) 。 ③测外电路的总电压(路端电压)接线在电源的正负极上,测电源的内电压,接线在插入电源正负极 附近的两个探针上。 ④测电表的内阻用:伏安法(分 V、A 表都有时、只有两个 A 或两个 V 表时利用固定电阻或电阻箱辅 助测量法) 、半偏法(小内阻用电压半偏法,大内阻用电流半偏法,有两个开关和两个不同种类的可
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变电阻即电阻箱和滑变时用) 、替代法和求差法(有单刀双掷时) 、方程组法(有电阻箱时) , 。 ⑤电表改装与校准(公式(n-1)Rg;Rg/(n-1); 必用分压电路;相对误差即百分误差计算) ⑥一般可先尝试把各元件进行各种可能的组合接法(不同的串或并)以设计出合理的电路。 ⑦在把电路从原理上想通了后,还需注意用五个原则来判定此电路能否在实验中选用,而判定的一个 重要依据就是: “两表同用,配套同步” ,即先假设一表达满偏,计算另一表在此时能否也接近满偏, 如不能,则二表不配套,需重选器材或另选电路。 ⑧对不知量程或刻度值不清的电流或电压表, 由于其电流或电压值与指针偏转角度 (或格数) 成正比, 故要测量其量程或标定刻度数值时, 一般是先在某状态下测出此表两端的电压或电流并读出此时相应 的刻度格数,再读出此表的总格数,求出一格刻度对应的电流或电压值,进而求出其量程或标出各个 刻度对应的电流或电压数值。对改装后的电表如何读数,也是这种比例的方法。 ? 如何分析误差: ①考虑电表内阻时待测量表达式如何,不考虑时又如何,二者比较 ②把除负载之外的其它电路部分看作一等效电源,明确等效电源的电动势和内阻来简化电路,明确关系。 ③电流半偏法测得的电阻偏小,用电动势大的电源误差小。在闭合与电阻箱相串的开关前电路总电阻(一 般只看干路中的滑变)越大误差越小。电压半偏法测量值偏大,所用滑变阻值越小误差越小。电源电动势 越大误差越小。安欧法电动势准确而内阻测量偏大,伏欧法电动势和内阻均偏小。 ? 如何设计实验步骤: 先在开关断开的情形下连结电路 连好后闭合开关前均先调滑变使通过负载的电流或电压为最小。 实验中多测几组数据或用图像法处理数据可减小偶然误差。 多用电表不用后应打到 off 档或交流电压最高档 用欧姆档时每换一档均要重新欧姆调零一次。 用欧姆档测电阻时先要把待测电阻从外电路中断开, 不能有外接电源与欧姆表接通下测量电阻。 测故障或黑箱时先用电压档看是否有电源。 测二极管时用欧姆档且红黑表笔要正反测两次。 ? 如何计算数据和画图 ①实物连线用铅笔,从电源正极开始走线,先串主干,再并分支,注意滑变,注意正负 ②实验中测量下的数值和计算下的数值必须满足有效数字要求。 (小数点后有几位应统一) ③理论上过原点的线一般应画得使其过原点(除非特别明显不过原点且有相应问题让分析) ④一般用表格中的数据计算(即使题中要求先画图像再由图像求也可这样做) ,因为你画的图一般不准确。 ⑤特别看清坐标轴刻度的单位和表格中数值的单位后再做计算 (不是国际单位要先化单位) 。 注意有时坐标 轴起点值不是零时求斜率(一般对应电阻)时直角边的长度不是末坐标值。 ⑥在画图像时,应使两变量尽量为正比或一次函数关系,这样便于分析和画图。如题目中两物理量变量关 系不是直接的一次函数关系,则可把它们作变形后类似于数学中的换元法设出新的变量使之为一次函数关 系再画图分析(如牛顿第二定律中 a 与 m 不是正比而是反比关系,直接画则图像为曲线,故转化为研究 a 与 1/m 关系) ⑦如有需先画出图像再依据图像求数值的题目, 而画图像时又不可能画得相当精确 (给的数据小数太复杂, 无法精确描点) ,此时可近似画图,精确算数,即大致画出图后,不由图像计算,而取数据表中的两组测 量值由代数方法解方程计算,这是一种考试技巧
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