2023年高考物理电学实验考前磨剑

发布 2021-12-28 07:50:28 阅读 8725

1、电流表、电压表的读数规则:

电流表量程一般有两种——0.1~0.6a,0~3a;电压表量程一般有两种——0~3v,0~15v。如图1所示:

电压表、电流表若用0~3v、0~3a量程,其最小刻度(精确度)分别为0.1v、0.1a,为10分度仪表读数,读数规则较为简单,只需在精确度后加一估读数即可。

如图所示,电压表读数为1.88v,电流表读数为0.83a。若指针恰好指在2上,则读数为2.00v(或a)。

电压表若用0~15v量程,则其最小刻度为0.5v,为2分度仪表读数,所读数值小数点后只能有一位小数,也必须有一位小数。

如图所示,若指针指在整刻度线上,如指在10上应读做10.0v,指在紧靠10刻度线右侧的刻度线上(即表盘上的第21条小刻度线)读数为10.5v,若指在这两条刻度线间的中间某个位置,则可根据指针靠近两刻度线的程度,分别读做10.

1v,或10.2v,或10.3v,或10.

4v,即使是指在正**,也不能读做10.25v,若这样,则会出现两位不准确的数,即小数点后的2和5,不符合读数规则,如上图中所示,读数应为9.3v。

电流表若用0-0.6a量程,则其最小刻度为0.02a,为5分度仪表读数,其读数规则与0—15v电压表相似,所读数值小数点后只能有两位小数,也必须有两位小数。

如上图所示,电流表读数为0.17a,若指针指在第11条刻度线上,则读数为0.22a,指在第10条刻度线上,读数为0.20a,指在第12条刻度线上,读数为0.24a。

2、滑动变阻器应用分析。

滑动变阻器是电学实验中常用的仪器,近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或渗透考查。如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点。

滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点:如图2所示的两种电路中,滑动变阻器(最大阻值为r0)对负载rl的电压、电流强度都起控制调节作用,通常把图(a)电路称为限流接法,图(b)电路称为分压接法。

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rl>>r0>rap,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ul∝rap,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。

例1:用伏安法测量某一电阻rx阻值,现有实验器材如下:待测电阻rx(阻值约5 ω,额定功率为1 w);电流表a1(量程0~0.

6 a,内阻0.2 ω)电流表a2(量程0~3 a,内阻0.05 ω)电压表v1(量程0~3 v,内阻3 kω);电压表v2(量程0~15 v,内阻15 kω);滑动变阻器r0(0~50 ω)蓄电池(电动势为6 v)、开关、导线。

为了较准确测量rx阻值,电压表、电流表应选___并画出实验电路图。

审题】该题要求选择实验仪器、测量电路及控制电路,因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻rx,故首先考虑滑动变阻器的限流接法。

解析】由待测电阻rx额定功率和阻值的大约值,可以计算待测电阻rx的额定电压、额定电流的值约为。

u=v≈2.2 v,i=a=0.45 a.

则电流表应选a1,电压表应选v1.

又因=24.5 ω>rx,则电流表必须外接。

因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻rx,故首先考虑滑动变阻器的限流接法,若用限流接法,则被测电阻rx上的最小电流为imin==0.11 a<i额,因该实验没有对电流、电压的调节范围未作特殊要求,故用限流电路。电路如图4所示。

总结】滑动变阻器全阻值相对待测电阻较大,用分压接法不便于调节,故限流接法是首选,只要能保证安全且有一定的调节范围即可。

例2:用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下:待测电阻rx(约100 ω)直流电流表(量程0~10 ma、内阻50 ω)直流电压表(量程0~3 v、内阻5 kω);直流电源(输出电压4 v、内阻不计);滑动变阻器(0~15 ω、允许最大电流1 a);开关1个,导线若干。

根据器材的规格和实验要求画出实验电路图。

审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法,各仪器的量程和电阻都已经给出,只需计算两种接法哪种合适。

解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和外接法,由于rx<,故电流表应采用外接法。在控制电路中,若采用变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小,imin==24 ma>10 ma,此时电流仍超过电流表的量程,故滑动变阻器必须采用分压接法。如图5所示。

总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全,这是电学实验的首要原则 ,限流接法虽然简洁方便,但必须要能够控制电路不超过电流的额定值,同时,能够保证可获取一定的电压、电流范围,该题中,即便控制电流最小值不超过电流表的量程,因滑动变阻器全阻值相对电路其它电阻过小,电流、电压变化范围太小,仍不能用限流接法。

3、实验电路和电学仪器的选择。

1)电路的选择。

安培表内、外接电路的选择。

由于电压表的分流作用和电流表的分压作用,造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差,为减小此系统误差,应慎重选择电流表的内外接法,选择方法如下:

1、直接比较法:

当待测电阻阻值rx<当待测电阻阻值rx>>ra时,安培表分压很小,选择安培表内接电路。

2、临界值计算比较法:

当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时,如何确定被测电阻r是较大还是较小呢?我们要计算两种接法的相对误差,可用与相比较。

当即时,宜采用电流表外接法;

当即时,宜采用电流表内接法;

而时,电流表内外接法效果是一样的。此时的被测电阻值r我们称为临界电阻。

3、测试判断法(试触法)

若rx、ra、rv的大小关系事先没有给定,可借助试触法确定内、外接法。具体做法是:

如图6所示组成电路,其中电流表事先已经接好,拿电压表的一个接线柱去分别试触m、n两点,观察先后两次试触时两电表的示数变化情况。

如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即),说明接m点时电压表分流作用引起的误差大于接n点时电流表分压作用引起的误差,这时应采用内接法(即电压表接n点)。

如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即),说明接n点时电流表分压作用引起的误差大于接m点时电压表分流作用引起的误差,这时应采用外接法(即电压表接m点).

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。

例3: 图7为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需器材实物图,器材规格如下:

(1)待测电阻rx(约100ω)

(2)直流电源(输出电压4v,内阻可不计)

(3)直流毫安表(量程0~10ma,内阻50ω)

(4)直流电压表(量程0~3v,内阻5kω)

(5)滑动变阻器(阻值范围0~15ω,允许最大电流1a)

(6)电键一个,导线若干条。

根据器材的规格和实验要求,在实物图上连线。并用“↓”标出在闭合电键前,变阻器的滑动触点应处的正确位置。

审题】本题不要求选择仪器,只是对已有的仪器进行电路的选择合成,从一定程度上降低了难度,由已知条件,待测电阻与电压表阻值相差较多,滑动变阻器阻值相对较小。

解析】因滑动变阻器阻值小于待测电阻rx的阻值,所以滑动变阻器应选用分压接法;待测电阻与电表相比,rx的阻值和电压表的阻值相差较多,所以应选用安培表外接电路,实物连接如图8所示。滑动变阻器分压接法时,在闭合电键前,变阻器的滑动触点应置于使负载电压为零处,如图箭头所示。

总结】(1)设计测量电阻的电路必须考虑两个方面,首先要确定滑动变阻器是分压电路还是限流电路,再考虑是安培表外接电路还是安培表内接电路。

2)连接实物图时,应该先干路,再支路。滑动变阻器分压接法是要注意电键能控制全电路电流,即断开电键后,电路中无电学仪器仍处于通电状态,电键对支路不起作用是滑动变阻器分压接法时经常出现的错误。

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