電學實驗總複習

2022-12-31 17:00:05 字數 4654 閱讀 9114

一、實驗儀器的讀數

高考要求會正確使用的電學儀器有:電流錶、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等等。除了滑動變阻器以外,其它儀器都要求會正確讀出資料。

讀數的基本原則是:凡儀器最小刻度是10分度的,要求讀到最小刻度後再往下估讀一位(估讀的這位是不可靠數字);凡儀器最小刻度不是10分度的,只要求讀到最小刻度所在的這一位,不再往下估讀。電阻箱是按照各個數量級上指標的對應數值讀數的,指標必須指向某乙個確定的數值,不能在兩個數值之間,因此電阻箱測量結果的各位讀數都是從電阻箱上指標所指位置直接讀出的,不再向下估讀。

例1. 右圖是電壓表的刻度盤。若當時使用的是該錶的0-3v量程,那麼電壓表讀數為多少?若當時使用的是該錶的0-15v量程,那麼電壓表度數又為多少?

解:0-3v量程最小刻度是0.1v,是10分度的,因此要向下估讀一位,讀1.

15v(由於最後一位是估讀的,有偶然誤差,讀成1.14v-1.17v之間都算正確)。

0-15v量程最小刻度為0.5v,不是10分度的,因此只要求讀到0.1v這一位,所以讀5.

7v(5.6v-5.8v之間都算正確)。

例2. 右圖是電阻箱示意圖,試讀出當時電阻箱的阻值。

解:電阻箱面板上有6個旋鈕,每個旋鈕上方都標有倍率。將每個旋鈕的指標所指的數值(都為整數)乘以各自的倍率,從最高位到低位依次讀出來,就得到這時電阻箱的實際阻值。

注意圖中最左邊的兩個黑點是表示的是接線柱。若指標位置如圖所示,則阻值為84580.2ω。

二、恆定電流實驗常規

1.伏安法測電阻

伏安法測電阻有a、b兩種接法,a叫(安培計)外接法,b叫(安培計)內接法。外接法的系統誤差是由電壓表的分流引起的,測量值總小於真實值,小電阻應採用外接法;內接法的系統誤差是由電流錶的分壓引起的,測量值總大於真實值,大電阻應採用內接法。

如果被測電阻阻值為rx,伏特表和安培表的內阻分別為rv、ra,若,則採用外接法。若,則採用內接法。

如果無法估計被測電阻的阻值大小,可以利用試觸法:如圖將電壓表的左端接a點,而將右端第一次接b點,第二次接c點,觀察電流錶和電壓表示數的變化。若電流表示數變化大,說明被測電阻是大電阻,應該用內接法測量;若電壓表讀數變化大,說明被測電阻是小電阻,應該用外接法測量。

(這裡所說的變化大,是指相對變化,即δi/i和δu/u)。

2.滑動變阻器的兩種接法

滑動變阻器在實驗電路中常用的接法有兩種,分別用下面a、b兩圖表示:a叫限流接法,b叫分壓接法。採用分壓接法時,被測電阻rx上的電壓調節範圍較大。

當實驗中要求被測電阻上的電壓從零開始逐漸增大,或要求電壓調節範圍盡量大時,應該用分壓接法。採用分壓接法時,應該選用總阻值較小的滑動變阻器;採用限流接法時,應該選用總阻值和被測電阻接近的滑動變阻器。

3.實物圖連線方法

⑴無論是分壓接法還是限流接法,都應該先把測量電路(伏安法部分)接好;⑵對限流電路,只需用筆畫線當作導線,從電源正極開始,把電源、電鍵、滑動變阻器、伏安法四部分依次串聯起來即可(注意電表的正負接線柱並選擇正確的量程,滑動變阻器的滑動觸頭應調到阻值最大處)。⑶對分壓電路,應該先把電源、電鍵和滑動變阻器的全部電阻絲三部分用導線連線起來,然後在滑動變阻器電阻絲兩端之中任選乙個接頭,比較該接頭和滑動觸頭兩點的電勢高低,根據伏安法部分電表正負接線柱的分布,將伏安法部分接入該兩點間。

三、考試大綱規定的學生實驗

1.用描跡法畫出電場中平面上的等勢線

實驗所用的電流錶是零刻度在**的靈敏電流錶,在實驗前應先查明電流方向與指標偏轉方向的關係。方法是:將電流錶、電池、電阻、導線按圖a或圖b 連線,若r是阻值很大的電阻,就按圖a連線;若r是阻值很小的電阻,就按圖b連線。

然後用導線的a端試觸電流錶的另一端,觀察電流錶指標的偏轉方向,就可判定電流方向和指標偏轉方向的關係。

本實驗是用恆定電流的電流場來模擬靜電場。與電池正極相連的a電極相當於正點電荷,與電池負極相連的b相當於負點電荷。白紙應放在最下面,導電紙應放在最上面(塗有導電物質的一面必須向上),複寫紙則放在中間。

只要電流表示數是零,就表示兩根探針針尖對應的點電勢相等。把所有與同乙個基準點電勢相等的點連起來,就是等勢線。

例3. 用恆定電流的電流場模擬靜電場描繪等勢線時,下列哪些模擬實驗的設計是合理的

a.如圖⑴所示圓柱形電極m、n都接電源的正極,模擬等量正點電荷周圍的靜電場

b.如圖⑵所示圓柱形電極m接電源正極,圓環形電極n接電源負極,模擬正點電荷周圍附近的靜電場

c.如圖⑶所示兩個平行的長條形電極m、n分別接電源正、負極,模擬平行板電容器間的靜電場

d.如圖⑷所示圓柱形電極m接電源負極,模擬負點電荷周圍的靜電場

解:用電流場模擬靜電場,在導電紙上必須形成電流。由於⑴、⑷兩個方案在導電紙上不會形成電流,因此設計不合理。⑵、⑶兩個設計是合理的。選bc。

2.測定金屬的電阻率

由於該實驗中選用的被測電阻絲的電阻較小,所以測量電路應該選用伏安法中的電流錶外接法。本實驗對電壓的調節範圍沒有特殊要求,被測電阻又較小,因此供電電路可以選用限流電路。

本實驗通過的由於金屬的電阻率隨溫度的公升高而變大,因此實驗中通電時間不能太長,電流也不宜太大,以免電阻絲發熱後電阻率發生較明顯的變化。由於選用限流電路,為保護電表和電源,閉合電鍵開始實驗前應該注意滑動觸頭的位置,使滑動變阻器接入電路部分的電阻值最大。

例4. 在測定金屬的電阻率的實驗中,待測金屬導線的長約0.8m,直徑小於1mm,電阻在5ω左右。

實驗主要步驟如下:⑴用______測量金屬導線的長度l,測3次,求出平均值;⑵在金屬導線的3個不同位置上用測量直徑d,求出平均值;⑶用伏安法測量該金屬導線的電阻r。在左邊方框中畫出實驗電路圖,並把右圖中所給的器材連線成測量電路。

安培計要求用0-0.6a量程,內阻約1ω;伏特計要求用0-3v量程,內阻約幾kω;電源電動勢為6v;滑動變阻器最大阻值20ω。在閉合電鍵前,滑動變阻器的滑動觸點應處於正確位置。

根據以上測量值,得到該種金屬電阻率的表示式為

解:⑴公尺尺;⑵螺旋測微器;⑶測量部分用安培表外接法,電源部分用限流電路或分壓電路都可以,電阻率。

3.用電流錶和電壓表測電池的電動勢和內電阻

實驗電路如右。根據閉合電路歐姆定律:e=u+ir,本實驗電路中電壓表的示數是準確的,而電流錶的示數比通過電源的實際電流小,所以本實驗的系統誤差是由電壓表的分流引起的。

為了減小這個系統誤差, 滑動變阻器r的阻值應該小一些,所選用的電壓表的內阻應該大一些。

為了減小偶然誤差,要多做幾次實驗,多取幾組資料,然後利用u-i圖象處理實驗資料。將點描好後,用直尺畫一條直線,使盡可能多的點落在這條直線上,而且在直線兩側的點數大致相等。這條直線代表的u-i關係的偶然誤差比每一組實驗資料的偶然誤差都小。

這條直線在u軸上的截距就是被測電源電動勢e(對應的i=0),斜率的絕對值就是被測電源的內阻r。(特別要注意:有時縱座標的起始點不是0,求內阻的一般式應該是r=|δu/δi |)。

例5. 在用電流錶和電壓表測電池的電動勢和內電阻的實驗中,所用的電流錶和電壓表的內阻分別約為0.1ω和1kω。

右邊為實驗原理圖,下邊為所需器材的實物圖。試按原理圖在實物圖中畫線連線成實驗電路。

一位同學在實驗中記錄的6組資料如上表所示,試根據這些資料在右圖中畫出u-i圖線。根據圖線可讀出被測電池的電動勢e=____v,內電阻r=___ω。

解:1.46,0.719

4.練習用多用電表測電阻

⑴使用前應看一下指標是否指在刻度盤左端的零刻線處。如果不在,就應該進行機械調零:用小螺絲刀輕旋表頭正下方**處的調零螺絲,使指標指左端零刻線。

⑵根據被測物理量及其數量級將選擇開關旋到相應的位置。讀數時還要注意選用刻度盤上對應的量程刻度。(如測量20ma左右的直流電流,應將選擇開關對準左邊100ma量程處,在刻度盤上,應該看最下方的刻度,即滿偏刻度為10的刻度線,從刻度盤讀出資料後還應再乘10,得測量結果。

)⑶使用歐姆擋時,在選好倍率後,還必須進行歐姆調零。方法是:將紅、黑錶筆短接,調節歐姆調零旋鈕,使指標指右端零刻線處。

因此用多用電表的歐姆擋測電阻的操作步驟是:⑴選擋。一般比被測電阻的估計值低乙個數量級,如估計值為200ω就應該選×10的倍率。

⑵進行歐姆調零。⑶將紅黑錶筆接被測電阻兩端進行測量。⑷將指標示數乘以倍率,得測量值。

⑸將選擇開關扳到off或交流電壓最高擋。

用歐姆擋測電阻,如果指標偏轉角度太小(即指標所指的刻度值太大),應該增大倍率重新調零後再測;如果指標偏轉角度太大(即指標所指的刻度值太小),應該減小倍率重新調零後再測。

⑷使用多用電表時,兩隻手只能握住錶筆的絕緣棒部分,不能接觸錶筆上的金屬部分。

例6. 多用電表表頭的示意圖如右。在正確操作的情況下:

⑴若選擇開關的位置如灰箭頭所示,則測量的物理量是______,測量結果為

⑵若選擇開關的位置如白箭頭所示,則測量的物理量是______,測量結果為

⑶若選擇開關的位置如黑箭頭所示,則測量的物理量是______,測量結果為

⑷若選擇開關的位置如黑箭頭所示,正確操作後發現指標的偏轉角很小,那麼接下來的正確操作步驟應該依次為

⑸全部測量結束後,應將選擇開關撥到或者

⑹無論用多用電表進行何種測量(限於直流),電流都應該從色_____錶筆經______插孔流入電表。

解:⑴直流電壓,12.4v。

⑵直流電流,49ma。⑶電阻,17kω。⑷該用×1kω倍率,重新調零,將紅黑錶筆分別接觸被測電阻的兩根引線,讀出指標所指刻度,再乘以倍率得測量值。

⑸off,交流電壓500v檔位置。⑹紅,正

四、重要的演示實驗

1.平行板電容器的電容

靜電計是測量電勢差的儀器。指標偏轉角度越大,金屬外殼和上方金屬小球間的電勢差越大。在本實驗中,靜電計指標和a板等電勢,靜電計金屬殼和b板等電勢,因此指標偏轉角越大表示a、b兩極板間的電壓越高。

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