人教版高中物理電學經典實驗及總結

2021-03-04 09:43:18 字數 4606 閱讀 4779

一、實驗難點形成的原因

1、對電流錶、電壓表的讀數規則認識模糊,導致讀數的有效數字錯誤

2、對滑動變阻器的限流、分壓兩種控制電路的原理把握不准,導致控制電路選用不當

3、對實驗測量電路、電學儀器的選用原則把握不准,導致電路、儀器選用錯誤

4、對電學實驗的重點內容「電阻的測量」方法無明確的歸類,導致思路混亂

5、對於創新型實驗設計平時缺乏對實驗思想方法(如模擬法,轉換法,放**,比較法,替代法等)進行歸納,在全新的實驗情景下,找不到實驗設計的原理,無法設計合理可行的方案。受思維定勢影響,缺乏對已掌握的實驗原理,儀器的使用進行新情境下的遷移利用,缺乏創新意識。

二、難點突破

1、電流錶、電壓表的讀數規則:

電流錶量程一般有兩種——0.1~0.6a,0~3a;電壓表量程一般有兩種——0~3v,0~15v。如圖10-1所示:

因為同乙個電流錶、電壓表有不同的量程,因此,對應不同的量程,每個小格所代表的電流、電壓值不相同,所以電流錶、電壓表的讀數比較複雜,測量值的有效數字位數比較容易出錯。下面是不同表,不同量程下的讀數規則:

電壓表、電流錶若用0~3v、0~3a量程,其最小刻度(精確度)分別為0.1v、0.1a,為10分度儀表讀數,讀數規則較為簡單,只需在精確度後加一估讀數即可。

如圖所示,電壓表讀數為1.88v,電流錶讀數為0.83a。若指標恰好指在2上,則讀數為2.00v(或a)。

電壓表若用0~15v量程,則其最小刻度為0.5v,為2分度儀表讀數,所讀數值小數點後只能有一位小數,也必須有一位小數。

如圖所示,若指標指在整刻度線上,如指在10上應讀做10.0v,指在緊靠10刻度線右側的刻度線上(即表盤上的第21條小刻度線)讀數為10.5v,若指在這兩條刻度線間的中間某個位置,則可根據指標靠近兩刻度線的程度,分別讀做10.

1v,或10.2v,或10.3v,或10.

4v,即使是指在正**,也不能讀做10.25v,若這樣,則會出現兩位不準確的數,即小數點後的2和5,不符合讀數規則,如上圖中所示,讀數應為9.3v。

電流錶若用0-0.6a量程,則其最小刻度為0.02a,為5分度儀表讀數,其讀數規則與0—15v電壓表相似,所讀數值小數點後只能有兩位小數,也必須有兩位小數。

如上圖所示,電流錶讀數為0.17a,若指標指在第11條刻度線上,則讀數為0.22a,指在第10條刻度線上,讀數為0.20a,指在第12條刻度線上,讀數為0.24a。

2、滑動變阻器應用分析

滑動變阻器是電學實驗中常用的儀器,近幾年高考電學設計性實驗命題對其應用多次直接或滲透考查.如何選擇滑動變阻器的接法設計控制電路仍是歷屆考生應考的難點.

滑動變阻器的限流接法與分壓接法的特點:如圖10-2所示的兩種電路中,滑動變阻器(最大阻值為r0)對負載rl的電壓、電流強度都起控制調節作用,通常把圖(a)電路稱為限流接法,圖(b)電路稱為分壓接法.

①限流法.如圖(a)所示,待測電阻上電壓調節範圍為.顯然,當r0<>rl時,滑動觸頭在從b向a滑動的過程中,先是電流錶、電壓表的示數變化不大,後來在很小的電阻變化範圍內,電流錶、電壓表的讀數變化很快,也不方便讀數,只有當rl與r0差不多大小時,才能對電流、電壓有明顯的調控作用.

在同樣能達到目的的前提下,限流法較為省電,電路連線也較為簡單.

②分壓法.如圖(b)所示,待測電阻上電壓調節範圍為0~e,且r0相對於rl越小,r上的電壓變化的線性就越好.當r0>>rl時,儘管ul變化範圍仍是0~e,但資料幾乎沒有可記錄性,因為在這種情況下,滑片從左端滑起,要一直快到右端時,電壓表上示數一直幾乎為零,然後突然上公升到e,對測量幾乎沒有用處.

因此,分壓接法要用全阻值較小的滑動變阻器。

滑動變阻器的限流接法與分壓接法:兩種電路均可調節負載電阻電壓和電流的大小,但在不同條件下,調節效果大不一樣,滑動變阻器以何種接法接入電路,應遵循安全性、精確性、節能性、方便性原則綜合考慮,靈活選取.

1.下列三種情況必須選用分壓式接法

(1)要求迴路中某部分電路電流或電壓實現從零開始可連續調節時(如:測定導體的伏安特性、校對改裝後的電表等電路),即大範圍內測量時,必須採用分壓接法.

(2)當用電器的電阻rl遠大於滑動變阻器的最大值r0時,必須採用分壓接法.因為按圖(b)連線時,因rl>>r0>rap,所以rl與rap的併聯值r並≈rap,而整個電路的總阻值約為r0,那麼rl兩端電壓ul=ir並=·rap,顯然ul∝rap,且rap越小,這種線性關係越好,電表的變化越平穩均勻,越便於觀察和操作.

(3)若採用限流接法,電路中實際電壓(或電流)的最小值仍超過rl的額定值時,只能採用分壓接法.

2.下列情況可選用限流式接法

(1)測量時對電路中的電流或電壓沒有要求從零開始連續調節,只是小範圍內測量,且rl與r0相差不大或rl略小於r0,採用限流式接法.

(2)電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小,不能滿足分壓式接法的要求時,採用限流式接法.

(3)沒有很高的要求,僅從安全性和精確性角度分析兩者均可採用時,可考慮安裝簡便和節能因素優先採用限流式接法.

例1:如圖10-3所示,滑動變阻器電阻最大值為r,負載電阻r1=r,電源電動勢為e,內阻不計.

(1)當k斷開,滑動頭c移動時,r1兩端的電壓範圍是多少?

(2)當k閉合,滑動頭c移動時,r1兩端的電壓範圍是多少?

(3)設r的長度ab=l,r上單位長度的電阻各處相同,a、c間

長度為x,當k接通後,加在r1上的電壓u1與x的關係如何?

【審題】電鍵斷開或閉合導致電路出現兩種截然不同的控制電路:限流和分壓,把握限流和分壓電路的原理是關鍵

【解析】(1)若k斷開,則該控制電路為滑動變阻器的限流接法,故≤u1≤e

(2)若k閉合,則該控制電路為滑動變阻器的分壓接法,故0≤u1≤e

(3)u1=ir並,r並=,i= 得:u1=

【總結】該題考察兩種控制電路的原理即兩者獲取的控制電壓範圍不同

例2:用伏安法測量某一電阻rx阻值,現有實驗器材如下:待測電阻rx(阻值約5 ω,額定功率為1 w);電流錶a1(量程0~0.

6 a,內阻0.2 ω);電流錶a2(量程0~3 a,內阻0.05 ω);電壓表v1(量程0~3 v,內阻3 kω);電壓表v2(量程0~15 v,內阻15 kω);滑動變阻器r0(0~50 ω),蓄電池(電動勢為6 v)、開關、導線.

為了較準確測量rx阻值,電壓表、電流錶應選________,並畫出實驗電路圖.

【審題】該題要求選擇實驗儀器、測量電路及控制電路,因為滑動變阻器的全阻值大於被測電阻rx,故首先考慮滑動變阻器的限流接法

【解析】由待測電阻rx額定功率和阻值的大約值,可以計算待測電阻rx的額定電壓、額定電流的值約為

u=v≈2.2 v,i=a=0.45 a.

則電流錶應選a1,電壓表應選v1.

又因=24.5 ω>rx,則電流錶必須外接.

因為滑動變阻器的全阻值大於被測電阻rx,故首先考慮滑動變阻器的限流接法,若用限流接法,則被測電阻rx上的最小電流為imin==0.11 a<i額,因該實驗沒有對電流、電壓的調節範圍未作特殊要求,故用限流電路.電路如圖10-4所示.

【總結】滑動變阻器全阻值相對待測電阻較大,用分壓接法不便於調節,故限流接法是首選,只要能保證安全且有一定的調節範圍即可。

例3:用伏安法測量乙個定值電阻的器材規格如下:待測電阻rx(約100 ω);直流電流錶(量程0~10 ma、內阻50 ω);直流電壓表(量程0~3 v、內阻5 kω);直流電源(輸出電壓4 v、內阻不計);滑動變阻器(0~15 ω、允許最大電流1 a);開關1個,導線若干.

根據器材的規格和實驗要求畫出實驗電路圖.

【審題】本題只需要判斷測量電路、控制電路的接法,各儀器的量程和電阻都已經給出,只需計算兩種接法哪種合適。

【解析】用伏安法測量電阻有兩種連線方式,即電流錶的內接法和外接法,由於rx<,故電流錶應採用外接法.在控制電路中,若採用變阻器的限流接法,當滑動變阻器阻值調至最大,通過負載的電流最小,imin==24 ma>10 ma,此時電流仍超過電流錶的量程,故滑動變阻器必須採用分壓接法.如圖10-5所示.

【總結】任一種控制電路必須能保證電路的安全,這是電學實驗的首要原則 ,限流接法雖然簡潔方便,但必須要能夠控制電路不超過電流的額定值,同時,能夠保證可獲取一定的電壓、電流範圍,該題中,即便控制電流最小值不超過電流錶的量程,因滑動變阻器全阻值相對電路其它電阻過小,電流、電壓變化範圍太小,仍不能用限流接法。

3、實驗電路和電學儀器的選擇

(1)電路的選擇

①安培表內、外接電路的選擇

由於電壓表的分流作用和電流錶的分壓作用,造成表的示數與通過負載的電壓或電流真實值之間產生誤差,為減小此系統誤差,應慎重選擇電流錶的內外置法,選擇方法如下:

1、直接比較法:

當待測電阻阻值rx<當待測電阻阻值rx>>ra時,安培表分壓很小,選擇安培表內接電路。

2、臨界值計算比較法:

當待測電阻阻值與電壓表、電流錶的阻值相差不多時,如何確定被測電阻r是較大還是較小呢?我們要計算兩種接法的相對誤差,可用與相比較.

當即時,宜採用電流錶外接法;

當即時,宜採用電流錶內接法;

而時,電流錶內外置法效果是一樣的.此時的被測電阻值r我們稱為臨界電阻。

3、測試判斷法(試觸法)

若rx、ra、rv的大小關係事先沒有給定,可借助試觸法確定內、外接法.具體做法是:

如圖10-6所示組成電路,其中電流錶事先已經接好,拿電壓表的乙個接線柱去分別試觸m、n兩點,觀察先後兩次試觸時兩電表的示數變化情況。

如果電流錶的示數變化比電壓表示數變化明顯(即),說明接m點時電壓表分流作用引起的誤差大於接n點時電流錶分壓作用引起的誤差,這時應採用內接法(即電壓表接n點)。

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