2019-2020年高三物理《電學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)設(shè)計.doc

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第十九章 電學(xué)實(shí)驗(yàn) 2019-2020年高三物理《電學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)設(shè)計 1．用描跡法畫出電場中平面上的等勢線 2．描繪小電珠的伏安特性曲線 3．測定金屬的電阻率（同時練習(xí)使用螺旋測量器） 4．把電流表改裝為電壓表 5．用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻 6．用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件 7．練習(xí)使用示波器 8．傳感器的簡單應(yīng)用 說明：1．要求會正確使用的儀器主要有：刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計時器或電磁打點(diǎn)計時器、彈簧秤、溫度表、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱，等等 2．要求認(rèn)識誤差問題在實(shí)驗(yàn)中的重要性，了解誤差的概念，知道系統(tǒng)誤差和偶然誤差；知道用多次測量求平均值的方法減小偶然誤差；能在某些實(shí)驗(yàn)中分析誤差的主要來源；不要求計算誤差 3．要求知道有效數(shù)字的概念，會用有效數(shù)字表達(dá)直接測量的結(jié)果，間接測量的有效數(shù)字運(yùn)算不作要求。 教學(xué)目標(biāo)： 1．理解各實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?，了解材料、用具，掌握?shí)驗(yàn)方法步驟； 2．會控制實(shí)驗(yàn)條件和使用實(shí)驗(yàn)儀器，會處理實(shí)驗(yàn)安全問題，會觀察，分析和解釋實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，并得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論； 3．能根據(jù)要求靈活運(yùn)用已學(xué)過的自然科學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器，設(shè)計簡單的實(shí)驗(yàn)方案并處理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)問題。 教學(xué)重點(diǎn)： 會控制實(shí)驗(yàn)條件和使用實(shí)驗(yàn)儀器，會處理實(shí)驗(yàn)安全問題，會觀察，分析和解釋實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，并得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論；能根據(jù)要求靈活運(yùn)用已學(xué)過的自然科學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器，設(shè)計簡單的實(shí)驗(yàn)方案并處理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)問題。 教學(xué)難點(diǎn)： 會控制實(shí)驗(yàn)條件和使用實(shí)驗(yàn)儀器，會處理實(shí)驗(yàn)安全問題，會觀察，分析和解釋實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，并得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論；能根據(jù)要求靈活運(yùn)用已學(xué)過的自然科學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器，設(shè)計簡單的實(shí)驗(yàn)方案并處理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)問題。 教學(xué)方法：講練結(jié)合，計算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)過程： 一、實(shí)驗(yàn)儀器的讀數(shù) 高考要求會正確使用的電學(xué)儀器有：電流表、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數(shù)據(jù)。讀數(shù)的基本原則是：凡儀器最小刻度是10分度的，要求讀到最小刻度后再往下估讀一位（估讀的這位是不可靠數(shù)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(shù)量級上指針的對應(yīng)數(shù)值讀數(shù)的，指針必須指向某一個確定的數(shù)值，不能在兩個數(shù)值之間，因此電阻箱測量結(jié)果的各位讀數(shù)都是從電阻箱上指針?biāo)肝恢弥苯幼x出的，不再向下估讀。 【例1】下圖是電壓表的刻度盤。若當(dāng)時使用的是該表的0-3V量程，那么電壓表讀數(shù)為多少？若當(dāng)時使用的是該表的0-15V量程，那么電壓表度數(shù)又為多少？ 0 1 2 3 V 0 5 10 15 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（由于最后一位是估讀的，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】下圖是電阻箱示意圖，試讀出當(dāng)時電阻箱的阻值。 0.1 10 1 1K 10K 100 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 解：電阻箱面板上有6個旋鈕，每個旋鈕上方都標(biāo)有倍率。將每個旋鈕的指針?biāo)傅臄?shù)值（都為整數(shù)）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(shí)際阻值。注意圖中最左邊的兩個黑點(diǎn)是表示的是接線柱。若指針位置如圖所示，則阻值為84580.2Ω。 如：（04北京理綜）電阻箱各旋鈕的位置如右圖所示，電阻箱R的阻值是_________。 解析：電阻箱的讀數(shù)方法是：每擋指示數(shù)字乘以相應(yīng)倍率后相加的總和，所以86.3。 二、恒定電流實(shí)驗(yàn)常規(guī) 1．伏安法測電阻 V A V A a b 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(nèi)接法。外接法的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的，測量值總小于真實(shí)值，小電阻應(yīng)采用外接法；內(nèi)接法的系統(tǒng)誤差是由電流表的分壓引起的，測量值總大于真實(shí)值，大電阻應(yīng)采用內(nèi)接法。 V A a b c 如果被測電阻阻值為Rx，伏特表和安培表的內(nèi)阻分別為RV、RA，若，則采用外接法。若，則采用內(nèi)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(diǎn)，而將右端第一次接b點(diǎn)，第二次接c點(diǎn)，觀察電流表和電壓表示數(shù)的變化。若電流表示數(shù)變化大，說明被測電阻是大電阻，應(yīng)該用內(nèi)接法測量；若電壓表讀數(shù)變化大，說明被測電阻是小電阻，應(yīng)該用外接法測量。（這里所說的變化大，是指相對變化，即ΔI/I和ΔU/U）。 2．滑動變阻器的兩種接法 a b R R RX RX 滑動變阻器在實(shí)驗(yàn)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。采用分壓接法時，被測電阻RX上的電壓調(diào)節(jié)范圍較大。當(dāng)實(shí)驗(yàn)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(diào)節(jié)范圍盡量大時，應(yīng)該用分壓接法。采用分壓接法時，應(yīng)該選用總阻值較小的滑動變阻器；采用限流接法時，應(yīng)該選用總阻值和被測電阻接近的滑動變阻器。 3．實(shí)物圖連線方法 A A V V ⑴無論是分壓接法還是限流接法，都應(yīng)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(dāng)作導(dǎo)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(lián)起來即可（注意電表的正負(fù)接線柱并選擇正確的量程，滑動變阻器的滑動觸頭應(yīng)調(diào)到阻值最大處）。⑶對分壓電路，應(yīng)該先把電源、電鍵和滑動變阻器的全部電阻絲三部分用導(dǎo)線連接起來，然后在滑動變阻器電阻絲兩端之中任選一個接頭，比較該接頭和滑動觸頭兩點(diǎn)的電勢高低，根據(jù)伏安法部分電表正負(fù)接線柱的分布，將伏安法部分接入該兩點(diǎn)間。 G A B 探針 —— +— G G a a R r a b 三、考試大綱規(guī)定的學(xué)生實(shí)驗(yàn) 1．用描跡法畫出電場中平面上的等勢線 實(shí)驗(yàn)所用的電流表是零刻度在中央的靈敏電流表，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先查明電流方向與指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系。方法是：將電流表、電池、電阻、導(dǎo)線按圖a或圖b 連接，若R是阻值很大的電阻，就按圖a連接；若r是阻值很小的電阻，就按圖b連接。然后用導(dǎo)線的a端試觸電流表的另一端，觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向，就可判定電流方向和指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系。 本實(shí)驗(yàn)是用恒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(dāng)于正點(diǎn)電荷，與電池負(fù)極相連的B相當(dāng)于負(fù)點(diǎn)電荷。白紙應(yīng)放在最下面，導(dǎo)電紙應(yīng)放在最上面（涂有導(dǎo)電物質(zhì)的一面必須向上），復(fù)寫紙則放在中間。 只要電流表示數(shù)是零，就表示兩根探針針尖對應(yīng)的點(diǎn)電勢相等。把所有與同一個基準(zhǔn)點(diǎn)電勢相等的點(diǎn)連起來，就是等勢線。 【例3】 用恒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(shí)驗(yàn)的設(shè)計是合理的 M N M N M N M ⑴　　　　　　　⑵　　　　　　?、恰　　　　　　、? 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(diǎn)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(huán)形電極N接電源負(fù)極，模擬正點(diǎn)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(fù)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(fù)極，模擬負(fù)點(diǎn)電荷周圍的靜電場 解：用電流場模擬靜電場，在導(dǎo)電紙上必須形成電流。由于⑴、⑷兩個方案在導(dǎo)電紙上不會形成電流，因此設(shè)計不合理。⑵、⑶兩個設(shè)計是合理的。選BC。 2．描繪小電珠的伏安特性曲線 因?yàn)樾‰娭椋葱襞荩┑碾娮栎^?。?0Ω左右）所以應(yīng)該選用安培表外接法。 U/V I/A O 小燈泡的電阻會隨著電壓的升高，燈絲溫度的升高而增大，所以U-I曲線不是直線。為了反映這一變化過程，燈泡兩端的電壓應(yīng)該由零逐漸增大到額定電壓。所以滑動變阻器必須選用分壓接法。在上面實(shí)物圖中應(yīng)該選用右面的那個圖，開始時滑動觸頭應(yīng)該位于左端（使小燈泡兩端的電壓為零）。 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的I-U曲線如右，說明燈絲的電阻隨溫度升高而增大，也就說明金屬電阻率隨溫度升高而增大。（若用U-I曲線，則曲線的彎曲方向相反。） 若選用的是標(biāo)有“3.8V 0.3A”的小燈泡，電流表應(yīng)選用0-0.6A量程；電壓表開始時應(yīng)選用0-3V量程，當(dāng)電壓調(diào)到接近3V時，再改用0-15V量程。 3．測定金屬的電阻率 由于該實(shí)驗(yàn)中選用的被測電阻絲的電阻較小，所以測量電路應(yīng)該選用伏安法中的電流表外接法。本實(shí)驗(yàn)對電壓的調(diào)節(jié)范圍沒有特殊要求，被測電阻又較小，因此供電電路可以選用限流電路。 本實(shí)驗(yàn)通過的由于金屬的電阻率隨溫度的升高而變大，因此實(shí)驗(yàn)中通電時間不能太長，電流也不宜太大，以免電阻絲發(fā)熱后電阻率發(fā)生較明顯的變化。由于選用限流電路，為保護(hù)電表和電源，閉合電鍵開始實(shí)驗(yàn)前應(yīng)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(shí)驗(yàn)中，待測金屬導(dǎo)線的長約0.8m，直徑小于1mm，電阻在5Ω左右。實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：⑴用______測量金屬導(dǎo)線的長度l，測3次，求出平均值；⑵在金屬導(dǎo)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(dǎo)線的電阻R。在左邊方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并把右圖中所給的器材連接成測量電路。安培計要求用0-0.6A量程，內(nèi)阻約1Ω；伏特計要求用0-3V量程，內(nèi)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(diǎn)應(yīng)處于正確位置。 根據(jù)以上測量值，得到該種金屬電阻率的表達(dá)式為ρ=__________。 解：⑴米尺；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 。 (b) （a） 4.把電流表改裝為電壓表 ⑴用圖（a）測定電流表內(nèi)阻rg，方法是：先斷開S2，閉合S1，調(diào)節(jié)R，使電流表滿偏；然后閉合S2，調(diào)節(jié)R/，使電流表達(dá)到半滿偏。當(dāng)R比R/大很多時，可以認(rèn)為rg=R/。（當(dāng)R比R/大很多時，調(diào)節(jié)R/基本上不改變電路的總電阻，可認(rèn)為總電流不變，因此當(dāng)電流表半滿偏時，通過R/的電流也是滿偏電流的一半，兩個分路的電阻相等）。實(shí)際上，S2閉合后，總電阻略有減小，總電流略有增大，當(dāng)電流表半滿偏時，通過R/的電流比通過電流表的電流稍大，即R/比rg稍小，因此此步測量的系統(tǒng)誤差，總是使rg的測量值偏小。其中R不必讀數(shù)，可以用電位器，R/需要讀數(shù)，所以必須用電阻箱。 根據(jù)rg、Ig和擴(kuò)大后的量程，計算出需要給電流表串聯(lián)的電阻R1的值。 ⑵用（b）圖把改裝的電壓表和標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行校對。校對要每0.5V校對一次，所以電壓要從零開始逐漸增大，因此必須選用分壓電路。 百分誤差的計算：如果當(dāng)改裝電壓表示數(shù)為U時，標(biāo)準(zhǔn)電壓表示數(shù)為U / ，則這時的百分誤差為|U-U / | / U /。 如果校對時發(fā)現(xiàn)改裝電壓表的示數(shù)總是偏大，則應(yīng)該適當(dāng)增大R1的阻值（使表頭的分壓減小一些），然后再次重新進(jìn)行校對。 【例5】（04年科研）一個電壓表VA的內(nèi)阻RA＝1000Ω，量程為1.0V，現(xiàn)要利用電阻箱擴(kuò)大它的量程，改裝成量程為3.0V的電壓表。改裝后，再用一量程為3.0V的精確的電壓表VB對其所有刻度進(jìn)行校準(zhǔn)。除了這兩個電壓表VA、VB外，還有下列一些器材 電源 E（電動勢約為6V，內(nèi)阻較?。? 變阻器 R（總電阻約10Ω） 電阻箱 R0（1－9999Ω） 電鍵 K 導(dǎo)線若干 （1）圖是以上器材和兩個電壓表VA、VB的實(shí)物示意圖，試在圖中畫出連線，連成進(jìn)行校準(zhǔn)時的實(shí)驗(yàn)電路。 （2）圖中電阻箱的取值等于 Ω （3）用上述電壓表VB和改裝后并已校準(zhǔn)過的電壓表（以下稱為VC）以及一個電鍵和一些導(dǎo)線，去測量一個電動勢大約為2V的電源的內(nèi)阻r。 寫出簡要測量步驟，并用測得的量寫出r的公式。 解：答案：① 如圖所示 ② 2000 ③將電壓表Vc通過電鍵、導(dǎo)線與電源連接，讀出VC上的示數(shù)UC；再將電壓表Vc和VB串聯(lián)，通過電鍵、導(dǎo)線與電源連接，讀出VC上的示數(shù)UC′和VB上的示數(shù)UB。 r =（Ω） V A R S 5．用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻 I/A U/V o 0.2 0.4 0.6 3.0 2.0 1.0 實(shí)驗(yàn)電路如右。根據(jù)閉合電路歐姆定律：E=U+Ir，本實(shí)驗(yàn)電路中電壓表的示數(shù)是準(zhǔn)確的，而電流表的示數(shù)比通過電源的實(shí)際電流小，所以本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的。為了減小這個系統(tǒng)誤差， 滑動變阻器R的阻值應(yīng)該小一些，所選用的電壓表的內(nèi)阻應(yīng)該大一些。 為了減小偶然誤差，要多做幾次實(shí)驗(yàn)，多取幾組數(shù)據(jù)，然后利用U-I圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。將點(diǎn)描好后，用直尺畫一條直線，使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上，而且在直線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相等。這條直線代表的U-I關(guān)系的偶然誤差比每一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yīng)的I=0），斜率的絕對值就是被測電源的內(nèi)阻r。（特別要注意：有時縱坐標(biāo)的起始點(diǎn)不是0，求內(nèi)阻的一般式應(yīng)該是r=|ΔU/ΔI |）。 變阻器 安培表 伏特表 電 池 電 鍵 【例6】在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，所用的電流表和電壓表的內(nèi)阻分別約為0.1Ω和1kΩ。右邊為實(shí)驗(yàn)原理圖，下邊為所需器材的實(shí)物圖。試按原理圖在實(shí)物圖中畫線連接成實(shí)驗(yàn)電路。 V A U/V I/A 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 I（A） 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U（V） 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 一位同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中記錄的6組數(shù)據(jù)如上表所示，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在右圖中畫出U-I圖線。根據(jù)圖線可讀出被測電池的電動勢E=____V，內(nèi)電阻r=___Ω。 解：1.46，0.719 6．用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件。（二冊265-266頁） 設(shè)定黑箱上有三個接點(diǎn)，兩個接點(diǎn)間最多只能接一個元件；黑箱內(nèi)所接的元件不超過兩個。 測量步驟和判定：⑴用直流電壓擋測量，A、B、C三點(diǎn)間均無電壓；說明箱內(nèi)無電源。⑵用歐姆擋測量，A、C間正、反接阻值不變，說明A、C間有一個電阻。⑶用歐姆擋測量，黑表筆接A紅表筆接B時測得的阻值較小，反接時測得的阻值較大，說明箱內(nèi)有一個二極管，可能在AB間，也可能在BC間，如右圖中兩種可能。⑷用歐姆擋測量，黑表筆接C紅表筆接B測得阻值比黑表筆A紅表筆接B時測得的阻值大，說明二極管在AB間。所以黑箱內(nèi)的兩個元件的接法肯定是右圖中的上圖。 練習(xí)用多用電表測電阻 ⑴使用前應(yīng)看一下指針是否指在刻度盤左端的零刻線處。如果不在，就應(yīng)該進(jìn)行機(jī)械調(diào)零：用小螺絲刀輕旋表頭正下方中央處的調(diào)零螺絲，使指針指左端零刻線。 ⑵根據(jù)被測物理量及其數(shù)量級將選擇開關(guān)旋到相應(yīng)的位置。讀數(shù)時還要注意選用刻度盤上對應(yīng)的量程刻度。（如測量20mA左右的直流電流，應(yīng)將選擇開關(guān)對準(zhǔn)左邊100mA量程處，在刻度盤上，應(yīng)該看最下方的刻度，即滿偏刻度為10的刻度線，從刻度盤讀出數(shù)據(jù)后還應(yīng)再乘10，得測量結(jié)果。） ~ Ω Ω 1k 100 10 1 Ω OFF 2.5 10 50 250 500 2.5 50 mA 100 10 1 500 10 250 V ~ + V ⑶使用歐姆擋時，在選好倍率后，還必須進(jìn)行歐姆調(diào)零。方法是：將紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指右端零刻線處。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一個數(shù)量級，如估計值為200Ω就應(yīng)該選10的倍率。⑵進(jìn)行歐姆調(diào)零。⑶將紅黑表筆接被測電阻兩端進(jìn)行測量。⑷將指針示數(shù)乘以倍率，得測量值。⑸將選擇開關(guān)扳到OFF或交流電壓最高擋。 用歐姆擋測電阻，如果指針偏轉(zhuǎn)角度太?。粗羔?biāo)傅目潭戎堤螅?，?yīng)該增大倍率重新調(diào)零后再測；如果指針偏轉(zhuǎn)角度太大（即指針?biāo)傅目潭戎堤。瑧?yīng)該減小倍率重新調(diào)零后再測。 ⑷使用多用電表時，兩只手只能握住表筆的絕緣棒部分，不能接觸表筆上的金屬部分。 ~ Ω Ω 1k 100 10 1 Ω OFF 2.5 10 50 250 500 2.5 50 mA 100 10 1 500 10 250 V ~ + V 【例7】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(guān)的位置如灰箭頭所示，則測量的物理量是______，測量結(jié)果為___________。 ⑵若選擇開關(guān)的位置如白箭頭所示，則測量的物理量是______，測量結(jié)果為___________。 ⑶若選擇開關(guān)的位置如黑箭頭所示，則測量的物理量是______，測量結(jié)果為___________。 ⑷若選擇開關(guān)的位置如黑箭頭所示，正確操作后發(fā)現(xiàn)指針的偏轉(zhuǎn)角很小，那么接下來的正確操作步驟應(yīng)該依次為：___________，____________，____________。 ⑸全部測量結(jié)束后，應(yīng)將選擇開關(guān)撥到__________或者_(dá)__________。 ⑹無論用多用電表進(jìn)行何種測量（限于直流），電流都應(yīng)該從色_____表筆經(jīng)_____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(diào)零，將紅黑表筆分別接觸被測電阻的兩根引線，讀出指針?biāo)缚潭?，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(shí)驗(yàn) 1．平行板電容器的電容 靜電計是測量電勢差的儀器。指針偏轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)中，靜電計指針和A板等電勢，靜電計金屬殼和B板等電勢，因此指針偏轉(zhuǎn)角越大表示A、B兩極板間的電壓越高。 本實(shí)驗(yàn)中，極板帶電量保持不變。三個圖依次表示：正對面積減小時電壓增大；板間距離增大時電壓增大；插入電介質(zhì)時電壓減小。由知，這三種情況下電容分別減小、減小、增大。因此可以確定C和S、d、ε的關(guān)系是。 2．磁電式電表原理 圓柱形鐵芯的作用是在磁鐵兩極和鐵芯間 生成均勻地輻向分布的磁場。不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，線圈平面都跟磁感線平行，線圈受到的安培力矩的大小只跟電流大小成正比。線圈繞在鋁框上，線圈的兩端分別和兩個螺旋彈簧相接，被測電流由這兩個彈簧流入線圈。鋁框可以起到電磁阻尼的作用。指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向有關(guān)。因此根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流方向。 3．研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象 首先要查明電流表指針偏轉(zhuǎn)方向和電流方向的關(guān)系（方法與畫電場中平面上等勢線實(shí)驗(yàn)相同）。 電鍵閉合和斷開時、電鍵閉合后滑動變阻器的滑動觸頭移動過程中、電鍵閉合后線圈A在B中插入、拔出時，都會發(fā)現(xiàn)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明有感應(yīng)電流產(chǎn)生。而電鍵保持閉合、滑動觸頭不動、線圈A 在B中不動時，電流表指針都不動，說明無感應(yīng)電流產(chǎn)生。 結(jié)論：閉合電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生的充分必要條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。 五、設(shè)計實(shí)驗(yàn)舉例 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 100 10 10000 100000 1000 【例8】 利用如圖所示的一只電壓表、一個電阻箱和一個電鍵，測量一個電池組的電動勢和內(nèi)電阻。請畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并用筆畫線作導(dǎo)線將所給器材連接成實(shí)驗(yàn)電路。用記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寫出電動勢和內(nèi)電阻的表達(dá)式。 解：與學(xué)生實(shí)驗(yàn)相比，用電阻箱代替了電流表。由于電壓可測，由電壓、電阻就可以算出電流（這個電流是通過電阻箱的電流，比通過電池的電流偏小，系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流造成的）。電路圖如下。實(shí)驗(yàn)步驟是： ⑴按電路圖接好實(shí)驗(yàn)電路 ⑵改變電阻箱阻值，分別讀出兩組電阻箱阻值和對應(yīng)的路端電壓值R1、U1、R2、U2。 V 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 7 6 5 4 3 2 8 9 0 1 100 10 10000 100000 1000 ⑶根據(jù)閉合電路歐姆定律列出與這兩組數(shù)據(jù)相對應(yīng)的方程： 。 ⑷解方程組可得E和r： 如果只給出電阻箱和電流表，用類似的方法同樣可以測量電源的電動勢和內(nèi)電阻。 【例9】 電橋法測電阻。利用給出的電路圖和器材（G為靈敏電流表，R0為阻值均勻的電阻絲，R為已知阻值的定值電阻，Rx為被測電阻）。要求利用這些器材測未知電阻Rx。⑴實(shí)驗(yàn)中還需要什么測量儀器？⑵將實(shí)物連成電路圖。⑶寫出測量Rx的實(shí)驗(yàn)步驟，并寫出利用測量數(shù)據(jù)表示Rx的表達(dá)式。 G Rx R R0 L1 L2 RX R R0 P 解：⑴還需要米尺（測量左右兩部分電阻絲的長度L1、L2）。 ⑵實(shí)物連接圖略。⑶按圖接好電路后，移動滑動觸頭P，使電流表指針指在中央零刻度處。用刻度尺測量P點(diǎn)兩邊電阻絲的長度L1、L2；由RX∶R=L1∶L2得。 【例10】下右圖中的P是一根表面均勻地鍍有一層很薄的電阻膜的長陶瓷管（碳膜布滿圓柱體的外側(cè)面）。陶瓷管的長度約為50cm，外徑約為6cm，所用電阻膜材料的電阻率已知為ρ，管的兩端有導(dǎo)電箍M、N。該電阻的長度就是陶瓷管的長度，其截面積可看作等于膜的厚度與圓周長的乘積?，F(xiàn)有器材為：A.米尺、B.游標(biāo)卡尺、C.螺旋測微器、D.電壓表、E.電流表、F.電池組、G.滑動變阻器、H.電阻箱、I.電鍵和導(dǎo)線。請你設(shè)計一個測量該電阻膜厚度d的實(shí)驗(yàn)方案。 ⑴所須選用的器材有：__________________（填器材前的字母即可）。 ⑵所須測量的物理量有：_____ 、_____、 _____、 _____。 ⑶根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的以上數(shù)據(jù)計算電阻膜厚度d的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：d=________________。 ⑷在左下圖的方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖（MN間的電阻膜的電阻約幾個ｋΩ，滑動變阻器的總阻值為50Ω）。并將右下圖中的實(shí)物按電路圖連接起來（有３根導(dǎo)線已經(jīng)連好，不得改動）。 M N P mA V E A R1 R2 K2 K1 解：⑴A（用來測量MN間的長度）、B（用來測量陶瓷管的外徑）、D、E、F、G、I（以上用來測量電阻膜的阻值） ⑵MN間距離L、管的外徑D、電流I、電壓U ⑶ ⑷測量大電阻所以要采用電流表內(nèi)接法；由于被測電阻阻值遠(yuǎn)大于滑動變阻器的總阻值，所以只有采用分壓電路才能做到多取幾組數(shù)據(jù)測電阻值，減小偶然誤差。 【例11】在實(shí)驗(yàn)室中，往往利用半偏法測量電流表或電壓表的內(nèi)阻。測量電路圖如下。E為電源，其電動勢為E。R1為總阻值較大的滑動變阻器。R2為電阻箱。A為被測電流表。用此電路，經(jīng)以下步驟可近似測得電流表的內(nèi)阻RA：①閉合K1，斷開K2，調(diào)節(jié)R1，使電流表讀數(shù)等于其量程I0；②保持R1不變，閉合K2，調(diào)節(jié)R2，使電流表讀數(shù)等于I0/2；③讀出R2的值，則RA=R2。⑴按照電路圖在右邊實(shí)物圖所給出的實(shí)物圖中畫出連接導(dǎo)線。⑵若電源的內(nèi)阻忽略不計，試分析該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差總是使電表內(nèi)阻的測量值比其真實(shí)值偏大還是偏??？ μA K2 K2 解：⑴圖略。⑵閉合K2后，回路的總電阻減小，總電流將增大。因此當(dāng)電流表讀數(shù)等于I0/2時，通過電阻箱的電流將略大于I0/2，實(shí)際上電阻箱的電阻比表頭電阻小一些，也就是說測量值比真實(shí)值偏小。 【例12】用伏安法測電阻時，由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，測量結(jié)果總存在系統(tǒng)誤差。按下圖所示的電路進(jìn)行測量，可以消除這種系統(tǒng)誤差。 ⑴該實(shí)驗(yàn)的第一步是：閉合電鍵S1，將電鍵S2接2，調(diào)節(jié)滑動變阻器RP和r，使電壓表讀數(shù)盡量接近滿量程，讀出這時電壓表和電流表的示數(shù)U1、I1；請你接著寫出第二步，并說明需要記錄的數(shù)據(jù)：_________________________。 RP V A S2 1 RX r S1 2 V A S2 S1 RP RX ⑵由以上記錄數(shù)據(jù)計算被測電阻RX的表達(dá)式是RX=___________。 ⑶將右圖中給出的儀器按照電路圖的要求連接起來。 解：⑴將電鍵S2接1，讀出這時電壓表和電流表的示數(shù)U2、I2。⑵ ⑶圖略。 U/V I/A o 【例13】 某同學(xué)選用一只標(biāo)有“3.8V 0.3A”的小燈泡，用電流表和電壓表測量它在不同電壓下的電流，從而計算出它在不同電壓下的實(shí)際電阻值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的I-U圖象如圖。⑴從圖象看出，電壓越高對應(yīng)的實(shí)際電阻值越_____，這說明燈絲材料的電阻率隨溫度的升高而________。⑵若實(shí)驗(yàn)室提供的器材是：電動勢為6V，內(nèi)阻很小的鉛蓄電池；量程0-0.6-3A的直流電流表；量程0-3-15V的直流電壓表；最大阻值10Ω的滑動變阻器；一只電鍵和若干導(dǎo)線。請畫出正確的實(shí)驗(yàn)電路圖。并標(biāo)出開始實(shí)驗(yàn)時所用的電表量程和滑動變阻器滑動觸頭的位置。 解：⑴曲線上每一點(diǎn)和原點(diǎn)的連線的斜率的倒數(shù)表示該時刻對應(yīng)的燈絲電阻。由圖象可知隨著電壓的升高燈絲的電阻增大。這說明燈絲材料的電阻率隨溫度的升高而增大。⑵正常工作時燈絲的電阻才十幾個歐姆，電壓低時電阻更小，所以應(yīng)作為小電阻處理，測量部分應(yīng)該用外接法。燈絲兩端的電壓要求從零開始逐漸增大，所以供電部分必須采用分壓電路。開始時電流表量程應(yīng)選用0.6A，電壓表量程應(yīng)選用3V（快要超過3V時再改用15V量程），滑動變阻器滑動觸頭的位置應(yīng)使燈絲兩端分到的電壓為零。 【例14】隨著居民生活水平的提高，純凈水已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶。某市對市場上出售的純凈水質(zhì)量進(jìn)行了抽測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)競有九成樣品的細(xì)菌超標(biāo)或電導(dǎo)率不合格（電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)，是檢驗(yàn)純凈水是否合格的一項(xiàng)重要指標(biāo)）。⑴不合格的純凈水的電導(dǎo)率一定是偏_____（填大或?。＂茖儍羲畼悠愤M(jìn)行檢驗(yàn)所用的設(shè)備原理如圖所示，將采集的水樣裝入絕緣性能良好的塑料圓柱形容器內(nèi)，容器兩端用金屬圓片電極密封。請把檢測電路連接好（要求測量盡可能準(zhǔn)確，已知水的電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于金屬的電導(dǎo)率，所用滑動變阻器的阻值較?。? 解：⑴純水的電阻率是很大的，因此電導(dǎo)率是很小的。不合格的純凈水一定是含有雜質(zhì)，因此電導(dǎo)率偏大。⑵測量部分用內(nèi)接法，供電部分用分壓電路。 A B C 6.如圖所示，一只黑箱有A、B、C三個接線柱，規(guī)定每兩個接線柱間最多只能接一個電器元件。并且已知黑箱內(nèi)的電器元件是一只電阻和一只二極管。某同學(xué)利用多用電表的歐姆擋，用正確的操作方法依次進(jìn)行了6次測量，將每次紅、黑表筆的位置和測得的阻值都填入了下表。 紅表筆接 A A B B C C 黑表筆接 B C A C A B 測得阻值(Ω) 100 10k 100 10.1k 90 190 由表中的數(shù)據(jù)可以判定：⑴電阻接在_______兩點(diǎn)間，阻值為________Ω。⑵二極管接在_______兩點(diǎn)間，其中正極接在_____點(diǎn)。二極管的正向阻值為______Ω，反向阻值為______Ω。 解：⑴電阻與電流方向無關(guān)，所以AB間為電阻，阻值為100Ω。⑵阻值最大的是電流從B到C的時候，這個電阻值一定是二極管的反向電阻而且二極管一定在AC間，又因?yàn)橛脷W姆表時，電流從黑表筆流出，紅表筆流入，所以AC間電阻小的時侯黑表筆接的是正極，即A為正極。⑶二極管正向電阻90Ω，反向電阻10kΩ。 7.如圖所示，是用高電阻放電法測電容的實(shí)驗(yàn)電路圖。其原理是測出電容器在充電電壓為U時所帶的電荷量Q，從而求出其電容C。該實(shí)驗(yàn)的操作步驟如下：⑴按電路圖接好實(shí)驗(yàn)電路；⑵接通電鍵S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使微安表的指針接近滿刻度．記下這時的電壓表讀數(shù)U0=6.2V和微安表讀數(shù)I0=490μA；⑶斷開電鍵S并同時開始計時，每隔5s或10s讀一次微安表的讀數(shù)i，將讀數(shù)記錄在預(yù)先設(shè)計的表格中；⑷根據(jù)表格中的12組數(shù)據(jù)，以t為橫坐標(biāo)，i為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)（右圖中用“”表示）。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖象，可以估算出當(dāng)電容器兩端電壓為U0時該電容器所帶的電荷量Q0約為_________C，從而算出該電容器的電容約為________F。 解：按照圖中的點(diǎn)，用光滑曲線把它們依次連接起來，得到i-t圖線，圖線和橫軸所圍的面積就是放電量，即原來電容器的帶電量。每小格相當(dāng)于2.510-4C，用四舍五入法數(shù)得小方格有32個，所以Q0=810-3C。再由C= Q0/ U0，得C=1.310-3F。 i/ A μA 0 20 40 60 80 t/s 600 500 400 300 200 100 V S C R A μ