（人教版）（物理）安徽省2013年高考二轮复习 专题6 第2讲 电学实验

专题六　物理实验第2讲　电学实验
核心整合
一、电学测量仪器
1．电流表、电压表、欧姆表的比较
仪器
极性
量程选择
读数
电流表
有正、负极的电表，电流由电表的正极流入，负极流出
使指针指示超过满偏刻度的位置
3 V和3 A量程估读到最小分度的1/10；15 V量程估读到最小分度的1/5；0.6 A量程估读到最小分度的1/2
电压表
欧姆表
使指针尽量指在表盘的中间位置
表盘读数乘以相应挡位的倍率
2．多用电表的使用“三注意”
（1）电流的流向
由于使用多用电表时不管测量项目是什么，电流都要从电表的“＋”插孔（红表笔）流入，从“－”插孔（黑表笔）流出，所以使用欧姆挡时，多用电表内部电池的正极接的是黑表笔，负极接的是红表笔。
（2）要区分开“机械零点”与“欧姆零点”
“机械零点”在表盘刻度左侧“0”位置。调整的是表盘下边中间的定位螺丝；“欧姆零点”在表盘刻度的右侧电阻刻度“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮。
（3）选倍率
测量前应根据估计阻值选用适当的挡位。由于欧姆挡刻度的非线性，使用欧姆挡测电阻时，表头指针偏转过大或过小都有较大误差。通常只使用表盘中间一段刻度范围，指针偏转角度在满偏到满偏之间为测量的有效范围。如当待测电阻约为2 kΩ时，应采用“×100”挡。
二、电流表的内外接法
1．两种接法的比较
比较项目
电流表内接法
电流表外接法
电路
误差原因
由于电流表内阻的分压作用，电压表测量值偏大
由于电压表内阻的分流作用，电流表测量值偏大
测量结果
R测＝＝RA＋Rx＞Rx
电阻的测量值大于真实值
R测＝＝Rx＜Rx
电阻的测量值小于真实值
适用条件
Rx?RA，大电阻
Rx?RV，小电阻
2．两种接法的判断
（1）比值判断法：
若＜，Rx为大电阻，内接法误差小应选用内接法；若＞，Rx为小电阻，外接法误差小应选用外接法。
（2）临界值判断法：
当被测电阻Rx的大小无法直接判定时，先求临界电阻R0＝。若Rx＞R0，则Rx为大电阻，内接法误差小；若Rx＜R0，则Rx为小电阻，外接法误差小；若Rx＝R0，内外接法均可。
（3）试触法：当无法估计电阻的阻值，难以比较及的大小时，可采用电压表试触法看电流表、电压表变化大小来确定，若电流表示数较电压表示数变化明显，说明外接时电压表分流作用大，应采用内接法；若电压表示数较电流表示数变化明显，说明内接时电流表的分压作用大，应采用外接法。
三、滑动变阻器的限流和分压接法
1．控制电路的比较
比较项目
限流式接法
分压式接法
电路
电压调节
的范围
E→E
0→E
电能损耗
节能
耗能
电路连接
简便
复杂
2．控制电路的选择：优先选用限流式
以下情况考虑分压式：（1）要求待测电路的U、I从0变化；（2）R滑?Rx；（3）选用限流式时，Ux、Ix过大（超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等）或Ux、Ix过小（最大值不超过电表满量程的，读数误差大）。
热点例析
热点一　多用电表的使用
【例1】（1）用多用电表准确测量了一个10 Ω的电阻后，需要继续测量一个阻值大约是3 kΩ的电阻，在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，以下哪些操作是必需的，请选择其中有用的，按操作顺序写出________。
A．调节欧姆调零旋钮使表针指着欧姆零点
B．用螺丝刀调节表盘下中间部位的调零螺丝，使表针指零
C．将红表笔和黑表笔短接
D．把选择开关旋转到“×100 Ω”位置
E．把选择开关旋转到“×1 kΩ”位置
F．把表笔从测试笔插孔中拔出后，选择开关应置于“OFF”挡或交流电压最高挡
G．整理好器材，把多用表放回桌上原处，实验完毕。
（2）如图所示为一正在测量中的多用电表表盘。
①如果是用×10 Ω挡测量电阻，则读数为________Ω。
②如果是用直流10 mA挡测量电流，则读数为______mA。
③如果是用直流5 V挡测量电压，则读数为________V。
规律总结多用电表的使用步骤
（1）选倍率，一般要选择比被测电阻的估计值低一个数量级的倍率，如估计值为200 Ω就应该选“×10”的倍率；
（2）进行欧姆调零；
（3）将红黑表笔接被测电阻两端进行测量；
（4）将指针示数乘以倍率，得测量值；
（5）测量结束后，将选择开关扳到“OFF”挡或交流电压最高挡。
特别注意：用欧姆挡测电阻时，如果指针偏转角度太小（即指针所指的欧姆刻度值太大），应该适当增大倍率重新调零后再测量；如果指针偏转角度太大（即指针所指的欧姆刻度值太小），应该适当减小倍率重新调零后再测量。
热点二　实验器材的选取与电路设计
【例2】（2012·河南中原六校联考）一电流表G的内电阻Rg约在1～2 kΩ，现要测量它的内电阻，提供的器材有：
A．待测电流表G（量程200 μA）
B．电阻箱R（0～9 999 Ω）
C．滑动变阻器R1（0～20 Ω　1 A）
D．滑动变阻器R2（0～1 kΩ　0.5 A）
E．电源E（4 V，内阻不计）
F．开关S
G．导线若干条
（1）请你画出测量电流表G内电阻的电路设计图。
（2）电路中滑动变阻器应选用________（填选项前字母）。
（3）电路接好并检查无误后，如何调节电阻箱和滑动变阻器，测电流表G的内电阻，要求写出具体步骤，并写明要记录的物理量（用字母表示），写出计算这个内电阻的表达式Rg＝____________。
规律总结1.器材选取问题的策略
（1）器材选取三原则：
①安全性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程，电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。
②精确性原则：根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。
③方便性原则：实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作是否调节方便的问题。
（2）器材选取三具体要求
①根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏的1/3～2/3左右），以减少测量和读数的误差。
②根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不能超过它的额定值。对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。
③应根据实验的基本要求来选择仪器。对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能做出恰当的选择。
（3）器材选取的一般步骤
①找出唯一且必需的器材。
②画出电路图（暂不把电表接入）。
③估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）或估算最小值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最大值）。
④考虑能否使电压表、电流表都达到满偏的1/3以上。
2．电路设计
根据实验目的，结合实验给出的器材能够直接测出的物理量，运用闭合电路欧姆定律列方程（方程组），能够求解实验目的量的电路。在设计中注意电流表的内（外）接法或滑动变阻器的分压（限流）接法。
热点三　实物图连接与仪器读数
【例3】（2012·山东菏泽学院附中高三五月冲刺）请完成以下问题。
用伏安法测量金属丝的电阻（阻值在4～8 Ω之间），现提供图甲所示的实验器材。实验要求获得多组数据，且金属丝上所加的电压须从零开始。
（1）请在图甲中选择必要的器材，并进行连线。
甲
（2）某次实验测量时，两表均选用小量程。表面刻度及指针如图乙所示，则该金属丝的电阻值为________。
乙
规律点拨1．实物图连接方法
根据电路图连接实物图的方法是先串后并，即先按电流流向将电源与其中一支路连成串联电路，而后将其他支路的元件并联在相应的两点间，电路连接时要注意以下几点：①注意连接顺序，一般的顺序：电源正极→开关→用电器→电源负极；②注意电表正负极、接线柱，不能接错，电流表内、外接不能接错；③一般要求导线不能交叉，注意合理安排导线的位置，力求画出简洁、流畅的实物图。
2．电流表、电压表的读数
（1）电流表、电压表（包括刻度尺、弹簧测力计等）最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字，且是有效数字不可缺少的组成部分）。
所谓10分度，就是将间距10、1或0.1等分别等分成10份，即最小刻度（最小的一个小格的刻度值）为1、0.1或0.01等。
（2）最小分度是“2”或“5”的仪器，测量误差出现在同一位上，就只读到这一位，如学生用的电流表0.6 A量程，最小分度为0.02 A，误差出现在安培的百分位上，只读到安培的百分位，估读半小格。
热点四　用图象处理实验数据
【例4】（2012·福建理综）某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E。
（1）先直接用多用电表测定该电池电动势，在操作无误的情况下，多用电表表盘示数如图，其示数为________ V。
（2）然后，用电压表V、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导线和该电池组成电路，测定该电池电动势。
①根据电路图，用笔画线代替导线，将实物图连接成完整电路。
　　
②闭合开关S，调整电阻箱阻值R，读出电压表V相应示数U。该学习小组测出大量数据，分析筛选出下表所示的R、U数据，并计算出相应的1/R与1/U的值。请用表中数据在坐标纸上描点，并作出1/U－1/R图线。
R/Ω
166.7
71.4
50.0
33.3
25.0
20.0
U/V
8.3
5.9
4.8
4.2
3.2
2.9
1/R
（×10－2 Ω－1）
0.60
1.40
2.00
3.00
4.00
5.00
1/U（V－1）
0.12
0.17
0.21
0.24
0.31
0.35
③从图线中可求得E＝________ V。
规律点拨运用图象法处理数据是物理实验中的重要方法。图象有曲线图（如伏安特性曲线）、直线图（如测电源的电动势和内电阻）。处理此类问题时，既要能根据已知数据用描迹法正确地画出图象，又要能根据图象写出函数的数学表达式，利用数学表达式得出斜率、截距、交点的含义。
1．（2012·广东理综）某同学测量一个圆柱体的电阻率，需要测量圆柱体的尺寸和电阻。
（1）分别使用游标卡尺和螺旋测微器测量圆柱体的长度和直径，某次测量的示数如图（a）和图（b）所示，长度为________cm，直径为________mm。
（a）
（b）
（c）
（2）按图（c）连接电路后，实验操作如下：
（a）将滑动变阻器R1的阻值置于最________处（选填“大”或“小”）；将S2拨向接点1，闭合S1，调节R1，使电流表示数为I0；
（b）将电阻箱R2的阻值调至最________处（选填“大”或“小”）；S2拨向接点2；保持R1不变，调节R2，使电流表示数仍为I0，此时R2阻值为1 280 Ω；
（3）由此可知，圆柱体的电阻为________Ω。
2．（2012·河北衡水高三二调）图（a）是白炽灯L1（220 V　100 W）和L2（220 V　60 W）的伏安特性曲线。
（a）
（b）
（1）图中曲线________表示灯L1的伏安特性曲线。（选填“A”或“B”）
（2）随着灯泡L1功率的增大，其灯丝阻值逐渐________。（选填“变大”“变小”或“不变”）
（3）若将这两个灯泡并联在电路上，在用电高峰时电压仅200 V，则此时L1灯的实际功率为________W，L2灯的实际功率为________W。
（4）若将它们串联后接在220 V电源上，则此时L1灯的实际功率为________W，L2灯的实际功率为________W。
（5）若用图（b）所示电路测量L1灯的伏安特性，由于电表存在内阻，实际测得的伏安特性曲线比图（a）中描绘出的理想伏安特性曲线在IU图中位置来得偏________（选填“高”或“低”）。
（6）用图（b）所示电路测量L1灯伏安特性时，已知R0＝10 Ω，E＝300 V。则电路中可变电阻R选用下列各种规格时，测量效果最好的是（　　）。
A．最大电阻5 Ω，最大电流10 A
B．最大电阻50 Ω，最大电流6 A
C．最大电阻500 Ω，最大电流1 A
D．最大电阻5 000 Ω，最大电流1 A
3．（2012·北京西城高三一模）在“测定金属丝的电阻率”的实验中，某同学进行了如下操作：
（1）用毫米刻度尺测量接入电路中的金属丝的长度l。再用螺旋测微器测量金属丝的直径D，某次测量结果如图1所示，则这次测量的读数D＝________mm。
图1
（2）为了合理选择实验方案和器材，首先使用欧姆表（×1挡）粗测拟接入电路的金属丝的阻值R。欧姆表调零后，将表笔分别与金属丝两端连接，某次测量结果如图2所示，则这次测量的读数R＝________Ω。
图2
（3）使用电流表和电压表更精确地测量金属丝的阻值。为了安全、准确、方便地完成实验，除电源（电动势为4 V，内阻很小）、待测电阻丝、导线、开关外，电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________（选填下表中器材前的字母）。
A．电压表V1?量程3 V，内阻约3 kΩ?
B．电压表V 2?量程15 V，内阻约15 kΩ?
C．电流表A1?量程600 mA，内阻约1 Ω?
D．电流表A2?量程3 A，内阻约0.02 Ω?
E．滑动变阻器R1?总阻值10 Ω，额定电流2 A?
F．滑动变阻器R2?总阻值100 Ω，额定电流2 A
（4）若采用图3所示的电路测量金属丝的电阻，电压表的左端应与电路中的________点相连（选填“a”或“b”）。若某次测量中，电压表和电流表读数分别为U和I，请用上述直接测量的物理量（D、l、U、I）写出电阻率ρ的计算式：ρ＝________。
图3
（5）下面方框中所列的是一些材料在20 ℃时的电阻率。实验中使用的金属丝是方框中列出的某一种材料。某次实验中，测得金属丝的长度为52.80 cm，直径为0.495 mm，阻值为2.9 Ω。则金属丝的材料为________。（选填金属名称）
铜　　　　　　　　　　1.7×10－8 Ω·m
钨 5.3×10－8 Ω·m
康铜 5.0×10－7 Ω·m
锰铜 4.4×10－7 Ω·m
镍铬合金 1.1×10－6 Ω·m
4．（2012·马鞍山高三教学质量检测）在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，备有如下器材：
A．干电池
B．电流表（0～0.6 A、内阻约0.1 Ω）
C．灵敏电流计G（满偏电流Ig＝200 μA、内阻rg＝500 Ω）
D．滑动变阻器（0～20 Ω、2.0 A）
E．电阻箱R
F．开关、导线若干
①由于没有电压表，需要把灵敏电流计G改装成量程为2 V的电压表，需串联一个阻值为________Ω的电阻。
②改装后采用如图a所示电路进行测量。在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑片移动至________（填“a端”、“中央”或“b端”）。
图a
③图b为该实验绘出的I1—I2图线（I1为灵敏电流计G的示数，I2为电流表A的示数），由图线可求得被测电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω。
图b
参考答案
精要例析·聚焦热点
热点例析
【例1】答案：（1）DCA　（2）①60　②7.18　③3.59
解析：（2）①电阻读数要用刻度乘以挡位倍率，即6×10 Ω＝60 Ω。
②用10 mA挡测量电流，每格刻度为0.2 mA，读数为
6 mA＋5.9×0.2 mA＝7.18 mA。
③用5 V挡测电压，每格刻度为0.1 V，读数为3 V＋5.9×0.1 V＝3.59 V。
【例2】答案：（1）如图所示
（2）C
（3）①调节电阻箱，使其阻值较大，记下其值为R1
②调节滑动变阻器，使G中有一适当的示数为I1
③固定滑动变阻器的滑动片的位置，调节电阻箱使阻值为R2，并记录G中这时的示数为I2

解析：本实验是半偏法测电阻，调节电阻箱电阻较大，滑动变阻器电阻越小越好，保证滑片位置不动，可近似认为并联段的电压不变，I1（Rg＋R1）＝I2（Rg＋R2），由此关系可知电流表内阻为Rg＝。
【例3】答案：（1）如图所示
（2）5.0 Ω
解析：（1）在连接实物图中，由于待测电阻为金属丝电阻，属于小电阻，故电流表采用外接法，题中明确要求待测金属丝两端的电压从零开始，故滑动变阻器应采用分压接法。
②由图读得：U＝2.30 V，I＝0.46 A
R＝＝5.0 Ω。
【例4】答案：（1）9.4
（2）①连线如下图
②所作图象如下图
③9.5～11.1
解析：（1）选择开关位于直流电压10 V挡，按电表中央刻度0～10 V刻度读数，最小刻度为0.2 V，电池的电动势为9.4 V。
（2）①连接电路如答案图所示。
②所作图象见答案图。
③根据闭合电路欧姆定律有E＝U＋（R0＋r），化简得＝＋·，可知—图线在纵轴的截距b＝。由图线可知b≈0.10，则E≈10 V。
创新模拟·预测演练
1．答案：（1）5.01　5.315　（2）大　大　（3）1 280
解析：（1）游标尺共有10个格，所以精度为0.1 mm，观察游标尺的零线对应在主尺上的位置，主尺上的读数为5 cm，游标尺上第一个刻度与主尺的刻度线对齐，所以游标尺的读数为0.1×1 mm＝0.1 mm＝0.01 cm，因此测量长度读数为5.01 cm；螺旋测微器精度为0.01 mm，读数也是两部分组成，在固定刻度读数为5 mm，可动刻度上的读数为31.5×0.01 mm＝0.315 mm，两者相加为5.315 mm。（2）滑动变阻器是限流接法，所以开始要将变阻器阻值调到最大，电阻箱阻值一开始也应调到最大，从最大开始逐渐调小。（3）本实验是替代法测电阻，单刀双掷开关拨向1和拨向2效果相同，所以待测电阻与电阻箱的电阻相同，为1 280 Ω。
2．答案：（1）A　（2）变大　（3）88　52　（4）14.4　38.4
（5）低　（6）B
解析：（1）根据相同电压，功率大的，电流大可得，A是灯L1的伏安特性曲线。
（2）升高相同的电压，电流的变化量越来越小，则电阻越来越大。
（3）由题图可得200 V时两灯泡的电流，计算得此时L1灯的实际功率为200×0.44 W＝88 W，L2灯的实际功率为200×0.26 W＝52 W。
（4）若串联电流相同，两灯泡两端的电压之和为220 V，将它们串联后接在220 V电源上，则此时L1灯的实际功率为14.4 W，L2灯的实际功率为38.4 W。
（5）电流表分压，因而电压比实际的偏大，在I—U图中位置来得偏低。
（6）滑动变阻器分压电路，为了便于调节，阻值相应较小，但阻值较小的要满足电流不能超过最大额定电流，B正确。
3．答案：（1）0.516　（2）3　（3）A　C　E　（4）b　　（5）镍铬合金
解析：（1）根据螺旋测微器读数规则，金属丝的直径D＝0.516 mm。
（2）接入电路的金属丝的阻值R＝3 Ω。
（3）电压表应选用量程3 V的A；电流表应选用量程600 mA的C；滑动变阻器应选用总阻值10 Ω的E。
（4）由于待测电阻小，采用电流表外接，电压表的左端应与电路中的b点相连。由R＝U/I，R＝ρl/S，S＝π2D/4联立解得ρ＝。
4．答案：①9 500（或者9.5 kΩ）　②a端　③1.46～1.49均可　　　0.80～0.87均可