高考物理-高中物理電學(xué)實驗精品知識點總結(jié)

1 高中物理電學(xué)實驗 知識梳理 一 描繪小燈泡的伏安特性曲線 伏安法測電阻 測量電阻的電阻率 考慮 1 電壓表 電流表的量程的選擇 2 電流表的內(nèi)外接 3 滑動變阻器的分壓限 流接法 用分壓接法時 滑動變阻器應(yīng)該選用阻值 小的 用限流接法時 滑動變阻器應(yīng)該選用阻值和被測電阻接近的 4 電流表的內(nèi)外接產(chǎn)生誤差的原因 5 游標(biāo)卡尺與螺旋測微器讀數(shù) 游標(biāo)卡尺不估讀 螺旋測微器估讀 1 實驗原理 在純電阻電路中 電阻兩端的電壓與通過電阻的電流是線性關(guān)系 但在實際電路中 由于各 種因素的影響 U I 圖像不再是一條直線 讀出若干組小燈泡的電壓 U 和電流 I 然后在 坐標(biāo)紙上以 U 為縱軸 以 I 為橫軸畫出 U I 曲線 2 實驗步驟 1 適當(dāng)選擇電流表 電壓表的量程 采用電流表的外接法 按圖中所示的原理電路 圖連接好實驗電路圖 2 滑動變阻器采用分壓接法 把滑動變阻器的滑動片調(diào)至滑動變阻器的 A 端 電路 經(jīng)檢查無誤后 閉合電鍵 S 3 改變滑動變阻器滑動片的位置 讀出幾組相應(yīng)的電流表 電壓表的示數(shù) I 和 U 記 2 入記錄表格內(nèi) 斷開電鍵 S 4 在坐標(biāo)紙上建立一個直角坐標(biāo)系 縱軸表示電流 I 橫軸表示電壓 U 用平滑曲線 將各點連接起來 便得到伏安特性曲線 5 拆去實驗線路 整理好實驗器材 3 注意事項 1 因本實驗要作出 I U 圖線 要求測出一組包括零在內(nèi)的電壓 電流值 因此 變阻器要采用分壓接法 2 本實驗中 因被測小燈泡電阻較小 因此實驗電路必須采用電流表外接法 3 電鍵閉合后 調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置 使小燈泡的電壓逐漸增大 可在電壓表讀數(shù) 每增加一個定值 如 0 5V 時 讀取一次電流值 調(diào)節(jié)滑片時應(yīng)注意使電壓表的示數(shù)不要 超過小燈泡的額定電壓 4 電鍵閉合前變阻器滑片移到圖中的 A 端 5 坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系 橫坐標(biāo)所取的分度例應(yīng)該適當(dāng) 盡量使測量數(shù)據(jù)畫出的圖線 占滿坐標(biāo)紙 連線一定用平滑的曲線 不能畫成折線 4 誤差分析 1 測量電路存在系統(tǒng)誤差 未考慮電壓表的分流 造成測得的 I 值比真實值偏大 2 描繪 I U 線時作圖不準(zhǔn)確造成的偶然誤差 5 知識延伸 5 1 電流表的解法 1 內(nèi)接法 如圖所示 待測電阻的測量值R測 ARAR Ax AR UUUUU RRR IIII 測 測 測測 顯然 x RR 測 所以 xA RRR 測 A A 測 x V 3 當(dāng) xA RR時 x RR 測 系統(tǒng)的相對誤差很小 可以忽略不計 所以內(nèi)接 法適用于測量高阻值電阻 2 外接法 如圖所示 待測電阻的測量值R測 Vx VRVx UUR R R IIIRR 測測 測 測 顯然有 x RR 測 所以 1 V x V V R RR R R RR R 測測 測 測 當(dāng) xV RR時 0 x V R R x RR 測 系統(tǒng) 的相對誤差忽略 所以外接法適用于測量低阻值電阻 3 試觸法選擇內(nèi) 外接法 具體方法是 在如圖所示的電路中 改變電表的連接方式 拿電壓表的一個接線柱分別接觸 M N 兩點 觀察電壓表和電流表的示數(shù)變化 如果電流 表變化明顯 說明電壓表內(nèi)阻對電路影響較大 應(yīng)采用內(nèi)接法 如果電壓表變化明顯 說明 電流表內(nèi)阻對電路影響較大 應(yīng)采用外接法 5 2 滑動變阻器的限流接法和分壓接法 電路 負(fù)載 L R上電壓調(diào)節(jié) 范圍 負(fù)載 L R上電流調(diào) 節(jié)范圍 閉合開 關(guān)前觸 電所處 位置 相同條件 下消耗的 總功率 限 流 接 法 0 L L L R U RR 0 L LL I RRR b 端 L I RL R0 S a b r0 P 測 x 測 V V IV IR A 4 分 壓 接 法 0 L U 0 L L I R a 端 Lap II 比 較 分壓電路調(diào)節(jié)范圍 大 分壓電路調(diào)節(jié)范圍 大 都為了 保護(hù)負(fù) 載電路 限流電路 能耗小 滑動變阻器的兩種電路連接都能控制調(diào)節(jié)負(fù)載的電流和電壓 但在相同條件下調(diào)節(jié)效果不 同 實際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇限流接法和分壓接法 1 通常情況下 滿足安全條件 由于限流電路能耗較小 電路結(jié)構(gòu)簡單 因此應(yīng)優(yōu)先 考慮 2 在下列情況下必須采用分壓接法 要使某部分電路的電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié) 只有分壓接法才能滿足 如果實驗所提供的電表量程或其它元件允許通過的最大電流很小 若采用限流接法 無論 怎樣調(diào)節(jié) 電路中實際電流 或電壓 都會超過電表量程或元件允許的最大電流 或電壓 為了保護(hù)電表或其它元件 必須采用分壓接法 伏安法測電阻實驗中 當(dāng)滑動變阻器的阻值遠(yuǎn)小于待測電阻時 若采用限流接法 待測電 阻上的電流 或電壓 變化很小 不利于多次測量求平均值或用圖像處理數(shù)據(jù) 也起不到保 護(hù)用電器的作用 應(yīng)選用分壓接法 6 游標(biāo)卡尺與螺旋測微器讀數(shù) 6 1 游標(biāo)卡尺 10 分度的游標(biāo)卡尺 游標(biāo)上相鄰兩個刻度間的距離為 0 9mm 比主尺上相鄰兩個 RL R0 S a b r0 P 5 刻度間距離小 0 1mm 讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù) 然后用游標(biāo)讀出 0 1 毫米 位的數(shù)值 游標(biāo)的第幾條刻線跟主尺上某一條刻線對齊 0 1 毫米位就讀幾 不能讀某 其讀數(shù)準(zhǔn)確到 0 1mm 20 分度的游標(biāo)卡尺 游標(biāo)上相鄰兩個刻度間的距離為 0 95mm 比主尺上相鄰兩個 刻度間距離小 0 05mm 讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù) 然后用游標(biāo)讀出毫米以 下的數(shù)值 游標(biāo)的第幾條刻線跟主尺上某一條刻線對齊 毫米以下的讀數(shù)就是幾乘 0 05 毫 米 其讀數(shù)準(zhǔn)確到 0 05mm 50 分度的游標(biāo)卡尺 游標(biāo)上相鄰 兩個刻度間的距離為 0 98mm 比主尺上 相鄰兩個刻度間距離小 0 02mm 這種卡 尺的刻度是特殊的 游標(biāo)上的刻度值 就 是毫米以下的讀數(shù) 這種卡尺的讀數(shù)可以準(zhǔn)確到 0 02mm 如右圖中被測圓柱體的直徑為 2 250cm 要注意 游標(biāo)卡尺都是根據(jù)刻線對齊來讀數(shù)的 所以都不再往下一位估讀 6 2 螺旋測微器 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 6 5 0 20 25 15 固定刻度上的最小刻度為 0 5mm 在中線的上側(cè) 可動刻度每旋轉(zhuǎn)一圈前進(jìn) 或后 退 0 5mm 在可動刻度的一周上平均刻有 50 條刻線 所以相鄰兩條刻線間代表 0 01mm 讀數(shù)時 從固定刻度上讀取整 半毫米數(shù) 然后從可動刻度上讀取剩余部分 因為是 10 分 度 所以在最小刻度后應(yīng)再估讀一位 再把兩部分讀數(shù)相加 得測量值 上圖中的讀數(shù)應(yīng) 該是 6 702mm 7 二 電壓表和電流表改裝 考慮 1 電流表改裝并聯(lián)小電阻 2 電壓表改裝串聯(lián)大電阻 1 電流表原理和主要參數(shù) 電流表 G 是根據(jù)通電線圈在磁場中受磁力矩作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的 且指什偏角 與電 流強(qiáng)度I成正比 即 kI 故表的刻度是均勻的 電流表的主要參數(shù)有 表頭內(nèi)阻Rg 即 電流表線圈的電阻 滿偏電流 Ig 即電流表允許通過的最大電流值 此時指針達(dá)到滿 偏 滿偏電壓U 即指針滿偏時 加在表頭兩端的電壓 故Ug IgRg 2 半偏法測電流表內(nèi)阻 Rg 方法 合上 S1 調(diào)整 R 的阻值 使電轉(zhuǎn)到滿流表指針刻度 再合上開關(guān) S2 調(diào)整 R 的阻 值 不可再改變 R 使電流表指針偏轉(zhuǎn)到正好是滿刻度的一半 可以認(rèn)為 Rg R 條 件 當(dāng) R 比 R 大很多 2 1 電流表半偏法測內(nèi)阻的誤差分析 用如圖 1 所示的電路測電流表的內(nèi)阻時 設(shè)電流表的滿偏電流為 則開關(guān) 2 S 斷開時 1 RR I A g 開關(guān) 2 S 閉合時 有 A A Rg RR RR R II 1 2 1 RIRI RAg 2 1 得 8 1 1 RR RR R A A 顯然 A RR 即 A R 的測量值小于真實值 相對誤差為 100 100 1 RR R R RR A A A A 2 1 減小誤差 為使實驗誤差較小 必須使 A RR 1 3 電壓表的改裝 1 原理 ggg UI R 很小 不能直接換刻度測電壓 需要串聯(lián)一個如圖所示的 分壓電阻 2 分壓電阻的計算 由串聯(lián)電路的特點知 ggg UI RI R 則 11 ggg gggg UUU RRRR II RU 因為電壓擴(kuò)大表頭量程的倍數(shù) g U n U 所以 1 g RnR 注 相同的表頭改裝成的不量程的電壓表串聯(lián) 指針偏轉(zhuǎn)角度相同 4 電流表的改裝 1 原理 g I很小 不能直接換刻度測電流 需要并聯(lián)一個如圖所示的分流電阻 2 分流電阻的計算 由并聯(lián)電路的特點知 ggg I RIIR 則 1 ggg g g I RR R I II I 因為電流擴(kuò)大表頭量程的倍數(shù) g I n I 所以 1 g R R n 注 相同表頭改裝成量程不同的電流表并聯(lián) 指針偏轉(zhuǎn)角度相同 9 三 測量電源電動勢和電阻 考慮 1 電壓表 電流表的量程的選擇 2 電流表的內(nèi)接 即電壓表直接測量電源的路端電壓 3 滑動變阻器 電壓表的選擇 1 實驗原理 根據(jù)閉合電路的歐姆定律 其方法有 1 如圖甲所示 改變變阻器的阻值 從電流表 電壓表中 讀出幾組 U 和 I 的值 由可得 2 為減小誤差 至少測出六組 U 和 I 值 且變化范圍要大些 然后在 U I 圖中描點作 圖 由圖線縱截距和斜率找出 E 如圖乙所示 2 實驗步驟 1 恰當(dāng)選擇實驗器材 照圖連好實驗儀器 使開關(guān)處于斷開狀態(tài)且滑動變阻器的滑動觸 頭滑到使接入電阻值最大的一端 2 閉合開關(guān) S 接通電路 記下此時電壓表和電流表的示數(shù) 3 將滑動變阻器的滑動觸頭由一端向另一端移動至某位置 記下此時電壓表和電流表的 示數(shù) 4 繼續(xù)移動滑動變阻器的滑動觸頭至其他幾個不同位置 記下各位置對應(yīng)的電壓表和電 流表的示數(shù) 5 斷開開關(guān) S 拆除電路 6 在坐標(biāo)紙上以 U 為縱軸 以 I 為橫軸 作出 U I 圖象 利用圖象求出 E r 3 實驗誤差分析 10 1 偶然誤差 主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作 U I 圖象時描點不很 準(zhǔn)確 2 系統(tǒng)誤差 系統(tǒng)誤差來源于未計電壓表分流 近似地將電流表的示數(shù)看作干 路電流 實際上電流表的示數(shù)比干路電流略小 如果由實驗得到的數(shù)據(jù)作出圖中 實線 a 所示的圖象 那么考慮到電壓表的分流后 得到的 U I 圖象應(yīng)是圖中 的虛線 b 由此可見 按圖所示的實驗電路測出的電源電動勢 電 源內(nèi)電阻 說明 外電路短路時 電流表的示數(shù) 即干路電流的測量值 等于干路電流的真實值 所以圖中 a b 兩圖線交于短路電流處 當(dāng)路端電壓 即電壓表示數(shù) 為時 由于電流表示數(shù)小于干路電流 所以 a b 兩圖線出現(xiàn)了圖中所示的差異 4 注意事項 1 電流表要與變阻器靠近 即電壓表直接測量電源的路端電壓 2 選用內(nèi)阻適當(dāng)大一些的電壓表 3 兩表應(yīng)選擇合適的量程 使測量時偏轉(zhuǎn)角大些 以減小讀數(shù)時的相對誤差 4 盡量多測幾組 U I 數(shù)據(jù) 一般不少于 6 組 且數(shù)據(jù)變化范圍要大些 5 作 U I 圖象時 讓盡可能多的點落在直線上 不落在直線上的點均勻分布在直線兩 側(cè) 5 數(shù)據(jù)處理的方法 1 本實驗中 為了減小實驗誤差 一般用圖象法處理實驗數(shù)據(jù) 即根據(jù)各次測出的 U I 值 作 U I 圖象 所得圖線延長線與 U 軸的交點即為電動勢 E 圖線斜率的值即為電源 的內(nèi)阻 r 即 2 應(yīng)注意當(dāng)電池內(nèi)阻較小時 U 的變化較小 圖象中描出的點呈現(xiàn)如圖 甲 所示狀態(tài) 下面大面積空間得不到利用 所描得的點及作出的圖線誤差較大 為此 可使縱軸不從零開 始 如圖 乙 所示 把縱坐標(biāo)比例放大 可使結(jié)果誤差小些 此時 圖線與縱軸的交點仍 代表電源的電動勢 但圖線與橫軸的交點不再代表短路狀態(tài) 計算內(nèi)阻要在直線上選取兩個 相距較遠(yuǎn)的點 由它們的坐標(biāo)值計算出斜率的絕對值 即為內(nèi)阻 r 11 6 實驗儀器的選擇 本實驗的系統(tǒng)誤差來源于未計電壓表的分流 為減小該誤差 需要減小電壓表的分流 減小 電壓表分流的方法有二方面 一是選取阻值范圍小的滑動變阻器 二是在滿足量程要求的前 提下選取內(nèi)阻較大的電壓表 由于選用了阻值范圍小的滑動變阻器 所以電路中電流較大 因而 還需要滑動變阻器的額定電流較大 綜上所述 本實驗中滑動變阻器的選擇原則是 阻值范圍較小而額定電流較大 電壓表的選擇原則是 在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較 大的 電流表的選擇需根據(jù)電源電動勢和選用的滑動變阻器來確定 12 四 多用表的使用 考慮 1 電路電流紅表筆流入 黑表筆流出 2 機(jī)械調(diào)零 歐姆調(diào)零操作 3 刻度盤讀數(shù) 4 每換一次檔位 需重新調(diào)零 5 使用結(jié)束后將開關(guān)旋轉(zhuǎn)至 OFF 或交流高壓擋 歐姆表的改裝 1 主要部件 表頭 可調(diào)電阻 電源 紅黑表筆等 電路如圖 2 原理 由閉合電路歐姆定律得 0 g g I RRr 0 x gx I RRrR x R與I不成正比 g II 時 0 x R 3 刻度盤的特點 零刻度線在最右端 從右向左讀數(shù) 刻度不均勻 前疏后密 中值電阻附近誤差小 當(dāng)紅 黑表筆不