2講 電學(xué)實(shí)驗(yàn)1. 掌握基本儀器的使用和讀數(shù).2. 理解基本實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理.3. 能解釋電學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì).(2022·廣東卷)彈性導(dǎo)電繩逐步成為智能控制系統(tǒng)中部分傳感器的敏感元件,某同學(xué)測(cè)量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長(zhǎng)之間的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:(1) 裝置安裝和電路連接;如圖a所示,導(dǎo)電繩的一端固定,另一端作為拉伸端,兩端分別用帶有金屬夾AB的導(dǎo)線接入如圖b所示的電路中.(2) 導(dǎo)電繩拉伸后的長(zhǎng)度L及其電阻Rx的測(cè)量.將導(dǎo)電繩拉伸后,用刻度尺測(cè)量并記錄A、B間的距離,即為導(dǎo)電繩拉伸后的長(zhǎng)度L.將滑動(dòng)變阻器R的滑片滑到最右端.?dāng)嚅_開關(guān)S2,閉合開關(guān)S1,調(diào)節(jié)R,使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到合適位置.記錄兩表的示數(shù)UI1.閉合S2,電壓表的示數(shù)__變小__(選填變大變小).調(diào)節(jié)R使電壓表的示數(shù)仍為U,記錄電流表的示數(shù)I2,則此時(shí)導(dǎo)電繩的電阻Rx(I1、I2U表示).斷開S1,增大導(dǎo)電繩拉伸量,測(cè)量并記錄A、B間的距離,重復(fù)步驟.(3)  該電壓表內(nèi)阻對(duì)導(dǎo)電繩電阻的測(cè)量值__無(wú)__(選填無(wú))影響.(4)  c是根據(jù)部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的RxL圖線.將該導(dǎo)電繩兩端固定在某種機(jī)械臂上,當(dāng)機(jī)械臂彎曲后,測(cè)得導(dǎo)電繩的電阻Rx1.33 kΩ,則由圖線可讀出導(dǎo)電繩拉伸后的長(zhǎng)度為__51.80__cm,即為機(jī)械臂彎曲后的長(zhǎng)度.【解析】 (2) 閉合S2后,并聯(lián)部分的電阻減小,根據(jù)閉合電路歐姆定律,電壓表的示數(shù)變??;加在導(dǎo)電繩兩端的電壓為U,流過(guò)導(dǎo)電繩的電流為I2I1,因此導(dǎo)電繩的電阻Rx.(3) 在閉合S2之前,電流表I1的示數(shù)包括定值電阻的電流和電壓表分得的電流,閉合S2之后,加在電壓表兩端的電壓保持不變,因此流過(guò)電壓表和定值電阻的總電流仍為I1,故流過(guò)導(dǎo)電繩的電流是I2I1,與電壓表內(nèi)阻無(wú)關(guān),電壓表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量沒(méi)有影響.(4) 由圖c可知,導(dǎo)電繩拉伸后的長(zhǎng)度為51.80 cm.  1. 基本儀器的使用(1) 電壓表應(yīng)并聯(lián)、電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中,且電流應(yīng)由正接線柱流入、負(fù)接線柱流出.(2)  開始實(shí)驗(yàn)前,變阻器的觸頭位置應(yīng)保證電路中用電器的安全,即保證電路中流過(guò)的電流最小或加在用電器兩端的電壓最?。?/span>(3)  多用電表使用前應(yīng)檢查指針是否停在表盤刻度左端的零刻度位置.若不指零,要用小螺絲刀進(jìn)行機(jī)械調(diào)零;紅、黑表筆要分別插入”“插孔;根據(jù)測(cè)量項(xiàng)目,將選擇開關(guān)置于相關(guān)區(qū)域的適當(dāng)量程上.用多用電表測(cè)電阻:機(jī)械調(diào)零第一步,斷開表筆調(diào)螺母;指針指向時(shí),根據(jù)阻值來(lái)選擋;接著進(jìn)行電()調(diào)零,短接表筆指0  Ω,測(cè)時(shí)雙手勿觸阻;測(cè)量阻值高精度,中值附近去讀數(shù);以后每次換擋后,均要重新電()調(diào)零;勿忘得數(shù)乘倍率,用完撥回OFF擋.長(zhǎng)期不用,還應(yīng)把表內(nèi)電池取出.2. 電表讀數(shù)的基本方法:測(cè)量值=最小刻度×小格數(shù)+估讀值.(2022·常州八校調(diào)研)(1) 如圖甲所示,用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑時(shí),從調(diào)節(jié)到讀數(shù)的過(guò)程中,螺旋測(cè)微器上三個(gè)部件、、使用的先后順序應(yīng)該為、____、____、;如圖乙所示,測(cè)得該合金絲的直徑為d__0.381__mm. (2) 小華在測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中,利用如下實(shí)驗(yàn)器材:一只滿偏電流為100  μA的表頭,一只開關(guān),兩只電阻箱(0999.9  Ω)和導(dǎo)線若干.1 2  3小華先將表頭與圖1中電阻箱1進(jìn)行連接,將電阻箱調(diào)節(jié)至圖2所示阻值時(shí),就可把表頭改裝成量程為50 mA的電流表,電阻箱接入電路的阻值為__5__Ω.用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖1所示實(shí)物電路連接圖補(bǔ)充完整.【答案】通過(guò)改變電阻R,測(cè)得相應(yīng)的電流I,并且作相關(guān)計(jì)算后一并記錄在下表中.請(qǐng)?jiān)趫D3中描繪出IRI圖像.實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456R(Ω)95.075.055.045.035.025.0I(mA)15.018.724.829.536.048.0IR(V)1.431.401.361.331.261.20     【答案】根據(jù)圖像可求得電池的電動(dòng)勢(shì)E__1.54(1.531.55)__V,內(nèi)阻r__7.33(7.007.50)__Ω.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)【解析】 (1) 用螺旋測(cè)微器測(cè)合金絲直徑時(shí),先打開固定螺釘,把待測(cè)合金絲放在測(cè)微螺桿與測(cè)砧之間,然后調(diào)節(jié)粗調(diào)旋鈕,當(dāng)合金絲與測(cè)微螺桿、測(cè)砧接觸時(shí)停止調(diào)節(jié)粗調(diào)旋鈕,然后調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕;為防止讀數(shù)時(shí)測(cè)微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),讀數(shù)前應(yīng)先旋緊固定螺釘,然后再讀數(shù),故、、使用的先后順序應(yīng)為①②③①;由圖乙所示螺旋測(cè)微器可知,其示數(shù)為0 mm38.1×0.01 mm0.381 mm.(2)  電阻箱接入電路的阻值為5 Ω.如圖所示.描繪出IRI圖線(如圖).根據(jù)閉合電路歐姆定律可知IREIr,則可知,圖像與縱軸的交點(diǎn)表示電源的電動(dòng)勢(shì),故E1.54 V,r Ω7.33 Ω.1. 測(cè)量電路的選擇當(dāng)Rx?RA時(shí)用內(nèi)接法,如圖甲;當(dāng)Rx?RV時(shí)用外接法,如圖乙. 2. 控制電路的選擇(1) 當(dāng)被測(cè)電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻R時(shí),須用分壓式電路.(2)  當(dāng)要求被測(cè)電阻上的電壓或電流變化范圍較大,且從零開始連續(xù)可調(diào)時(shí),須用分壓式電路.(3)  當(dāng)被測(cè)電阻的阻值Rx小于滑動(dòng)變阻器的總電阻R或相差不多,并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零調(diào)節(jié)時(shí),可采用限流式電路.(4)  兩種電路均可使用的情況下,應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法,因?yàn)橄蘖魇?/span>接法消耗功率較?。?/span>3. 測(cè)電阻的方法實(shí)驗(yàn)電路一般分為電源、控制電路和測(cè)量電路三部分.(1) 最為精確的測(cè)量方法——等效替代法電流等效替代電壓等效替代(2) 電表內(nèi)阻測(cè)量最常用的方法——半偏法半偏電流法半偏電壓法4. 電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量方法任何一種實(shí)驗(yàn)方法,一定要緊扣閉合電路歐姆定律EUIr,而最關(guān)鍵的是看電路中如何測(cè)量出路端電壓U和電路中的總電流I,這也是命題專家命題時(shí)的入手點(diǎn).(2022·南京、鹽城模擬)一實(shí)驗(yàn)小組為了測(cè)量某元件的電阻,進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):(1) 首先用多用電表進(jìn)行粗測(cè),如圖所示,下列操作步驟正確的有__BD__  A. 如圖甲,將紅黑表筆短接,進(jìn)行機(jī)械調(diào)零B. 如圖乙,利用所示旋鈕進(jìn)行歐姆調(diào)零C. 如圖丙,用“×10擋測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過(guò)大,為了準(zhǔn)確測(cè)量,應(yīng)換到“×100D. 實(shí)驗(yàn)完成后,擋位調(diào)至如圖丁所示位置(2)  隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng),歐姆表內(nèi)部的電源電動(dòng)勢(shì)會(huì)減小,內(nèi)阻會(huì)增大,但仍能進(jìn)行歐姆調(diào)零.若仍用該表測(cè)電阻,則測(cè)量結(jié)果會(huì)__偏大__(選填偏大”“偏小不變).(3) 為了精確測(cè)量該元件的電阻,同學(xué)們又采用了如圖所示電路進(jìn)行測(cè)量.電路由控制電路和測(cè)量電路兩大部分組成.實(shí)驗(yàn)用到的器材如下:A. 待測(cè)電阻Rx;B. 靈敏電流計(jì)G;C. 定值電阻R080 Ω;D. 粗細(xì)均勻的電阻絲AB(總長(zhǎng)為L60.00 cm);E. 滑動(dòng)變阻器R;F. 線夾、開關(guān)以及導(dǎo)線若干;G. 電源(電動(dòng)勢(shì)為3 V).在閉合開關(guān)S前,可將線夾P2大致固定于電阻絲AB中部位置,滑片P1應(yīng)置于a端.閉合開關(guān)后,先移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P1至某一位置,然后不斷調(diào)節(jié)線夾P2所夾的位置,直到靈敏電流計(jì)G示數(shù)為零,測(cè)出此時(shí)AP2段電阻絲長(zhǎng)度x12.00 cm,則Rx的阻值計(jì)算式為(R0、L、x表示),代入數(shù)據(jù)得Rx__20__Ω.為減小因電阻絲粗細(xì)不均勻帶來(lái)的誤差,將定值電阻R0換成電阻箱,并按照中的操作,電阻箱的阻值記為R1;然后將電阻箱與Rx交換位置,保持線夾P2的位置不變,調(diào)節(jié)電阻箱,重新使靈敏電流計(jì)G示數(shù)為零,此時(shí)電阻箱的阻值記為R2,則電阻Rx____【解析】 (1) 將紅黑表筆短接,進(jìn)行的是歐姆調(diào)零,A錯(cuò)誤;圖乙所示旋鈕為歐姆調(diào)零旋鈕,B正確;用“×10擋測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過(guò)大,說(shuō)明電阻較小,為了準(zhǔn)確測(cè)量,應(yīng)換到“×1擋,C錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)完成后,應(yīng)將開關(guān)置于OFF擋或交流電壓最高擋,D正確.(2) 多用電表的測(cè)量原理為閉合電路歐姆定律,當(dāng)電池電動(dòng)勢(shì)減小、內(nèi)阻r變大時(shí),歐姆表重新調(diào)零,即滿偏電流不變,則Ig,可知?dú)W姆表的內(nèi)阻Rg變小,RgrR也變?。?dāng)測(cè)電阻時(shí)有I.R變小,則同一Rx的電流要變小,對(duì)應(yīng)的電阻刻度值要變大,即測(cè)量結(jié)果會(huì)偏大.(3)  當(dāng)靈敏電流計(jì)G示數(shù)為零時(shí),說(shuō)明Rx的分壓和AP2部分的分壓相等,即URxUAP2,整理得,則Rx,代入數(shù)據(jù)解得Rx20 Ω.根據(jù)第問(wèn)的原理,交換位置前有,交換位置后有,可得,解得Rx.1. 設(shè)計(jì)的原則:科學(xué)、可靠、方便、準(zhǔn)確.2. 設(shè)計(jì)的思路(1) 根據(jù)題目要求和給出的條件,根據(jù)物理規(guī)律和原理,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理,找出實(shí)驗(yàn)原理式.(2) 根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理,由公式確定還有哪些待測(cè)量(不能太多),根據(jù)基本儀器的使用知識(shí)和控制電路的作用,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路.(3) 根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路,明確需要測(cè)量的物理量,由待測(cè)量選擇、確定實(shí)驗(yàn)器材.(4) 由實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)、制定實(shí)驗(yàn)步驟,進(jìn)行誤差評(píng)估,將測(cè)量值代入原理式,求出所要求的物理量.(2022·連云港模擬)實(shí)驗(yàn)室有一只靈敏電流計(jì),刻度盤上共有50格刻度而無(wú)具體示數(shù),已知該電流計(jì)的滿偏電流Ig約為幾百微安,內(nèi)阻Rg約為幾百歐姆.為了測(cè)出IgRg,小明設(shè)計(jì)了圖示的甲、乙電路.除電流計(jì)外,提供的器材有:電壓表V(量程4 V,內(nèi)阻為15 kΩ);滑動(dòng)變阻器R1 (020 Ω,2 A);滑動(dòng)變阻器R2 (02 000 Ω,0.5 A);電阻箱R3 (0999.9 Ω);電阻箱R4 (09 999.9 Ω);電池組(電動(dòng)勢(shì)6 V,內(nèi)阻忽略不計(jì));開關(guān)、導(dǎo)線若干.  (1) 甲中滑動(dòng)變阻器A應(yīng)選擇__R1__(選填R1R2 ”).(2) 乙中虛線框內(nèi)的可變電阻R 應(yīng)選擇__R4__(選填R2 ”“R3R4 ”).(3) 實(shí)驗(yàn)主要步驟:將甲中滑動(dòng)變阻器滑到最左端,閉合開關(guān),滑片向右滑動(dòng),記下電壓表的示數(shù)U和電流計(jì)指針的格數(shù)n;某次實(shí)驗(yàn)電壓表示數(shù)為3.6 V,電流計(jì)指針為30格,那么電流計(jì)的滿偏電流Ig__400__μA.將乙中的可變電阻R調(diào)至最大值,斷開S1,閉合S,減小R的阻值,使電流計(jì)指針達(dá)到滿偏;閉合S1,調(diào)節(jié)B,電流計(jì)指針指在35格,此時(shí)電阻箱讀數(shù)為350 Ω,則Rg__150__Ω.(4)  用圖乙測(cè)量?jī)?nèi)阻時(shí),考慮到系統(tǒng)誤差,內(nèi)阻Rg測(cè)量值__小于__(選填大于”“小于等于)真實(shí)值.【解析】 (1) 圖甲中滑動(dòng)變阻器A采用分壓式接法,為了方便調(diào)節(jié)且使電表示數(shù)變化比較均勻,滑動(dòng)變阻器A應(yīng)選擇阻值較小的R1.(2) 由于靈敏電流計(jì)的滿偏電流只有幾百微安,電源電動(dòng)勢(shì)為6 V,可知圖乙中電路的總電阻很大,需要串聯(lián)接入電路的可變電阻阻值很大,故虛線框內(nèi)的可變電阻R應(yīng)選擇R4.(3) 某次實(shí)驗(yàn)電壓表示數(shù)為3.6 V,電流計(jì)指針為30格,圖甲中靈敏電流計(jì)與電壓表串聯(lián),可知此時(shí)靈敏電流計(jì)的電流為I A240  μA,又IIg,解得電流計(jì)的滿偏電流為IgI×240  μA400  μA.將乙中的可變電阻R調(diào)至最大值,斷開S1,閉合S,減小R的阻值,使電流計(jì)指針達(dá)到滿偏;閉合S1,調(diào)節(jié)B,電流計(jì)指針指在35格,此時(shí)電阻箱讀數(shù)為350 Ω,閉合S1前后電路的總電阻主要由可變電阻R決定,可認(rèn)為閉合S1前后電路的總電流保持不變,故有Ig·Rg(IgIgRB,解得Rg150 Ω.(4)  用圖乙測(cè)量?jī)?nèi)阻時(shí),考慮到閉合S1后,電路的總電阻減小,電路的總電流增大,即I>Ig,則有Ig·Rg(IIgRB>(IgIgRB,解得靈敏電流計(jì)真實(shí)內(nèi)阻應(yīng)滿足Rg>150 Ω,可知內(nèi)阻Rg 測(cè)量值小于真實(shí)值.(2022·南京模擬)某課外興趣小組用如圖甲所示的電路觀察電解電容器的充、放電現(xiàn)象,并測(cè)量電容器的電容.(1) 粗略觀察充放電的電流大小和方向時(shí),應(yīng)選擇表頭為圖____(選填)的電流表.  (2)  放電時(shí),流經(jīng)電阻R的電流__向右__(選填向左向右).(3)  為了能精確測(cè)量電容,將甲圖中電流表?yè)Q成電流傳感器測(cè)量電流,并根據(jù)電路圖,連接圖丁中的實(shí)物圖.     【答案】(4) 電容器放電過(guò)程中,電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖戊所示,計(jì)算機(jī)可以得出it圖像所圍的區(qū)域面積為0.869 mA·s,電阻R500 Ω,直流電源電壓恒為2 V,該電容器電容為__435__μF.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(5)  僅將R500 Ω的電阻改為1 000 Ω,電流傳感器內(nèi)阻不計(jì),重新觀察電容放電曲線,請(qǐng)?jiān)谠?/span>it圖像中大致畫出電阻為1 000 Ω的放電曲線.【答案】【解析】 (1) 圖乙電表可以測(cè)量正反雙向電流,而圖丙電表只能測(cè)量正向電流,反向電流可能導(dǎo)致電表燒壞,由于剛開始測(cè)量時(shí)不知道電流的方向,因此粗略觀察充放電的電流大小和方向時(shí)應(yīng)選擇圖乙電表.(2) 充電時(shí)電容器左側(cè)接的是電源正極,左極板為正電荷,因此放電時(shí)電流為順時(shí)針?lè)较?,故流?jīng)電阻R的電流向右.(3) 根據(jù)電路圖,連接的實(shí)物圖如圖.(4) 根據(jù)QIt可知it圖像所圍的區(qū)域面積即為通過(guò)的電荷量,所以Q0.869 mA·s8.69×104 C因此C435  μF.(5) 僅將R500 Ω的電阻改為1 000 Ω,其他器件參數(shù)不變化,且電流傳感器內(nèi)阻不計(jì)時(shí)相同,放電時(shí)由于R增大,因此初始放電電流會(huì)減小,因時(shí),充電完成后電容器極板上儲(chǔ)存的總電荷量不變,因此it圖像所圍的區(qū)域面積與R500 Ω1 000 Ω的放電曲線如圖. 

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