盧山
電學實驗是高中物理的重點和難點,突出能力考查,題型變化多樣,對學生綜合水平有很高的選拔性,想掌握電學實驗要從基礎入手,則必須掌握下面五個問題.
一、電表的改裝
常用的電壓表和電流表都是由小量程的電流表G改裝而成的.G的滿偏電壓和滿偏電流一般都較小,在測量較大電壓時需要串聯(lián)一個大電阻將其改裝為電壓表,測量較大的電流時需要并聯(lián)一個小電阻將其改裝為大量程的電流表.
二、電流表的接法——內接法和外接法
1. 兩種接法的比較
2. 兩種接法的選擇
①計算法.在確定電流表的內外接法時,若已知RA、RV以及RX的估計值時,可以通過計算確定.不過此時需要將RX分別與RA、RV比較,看RX比RA大的倍數(shù)多還是RX比RV小的倍數(shù)多.大的多用內接法,小的多就用外接法,簡記作“大內小外”.
②試觸法.若不知道RX的估計值,可以在內接和外接之間“試觸”,通過兩表示數(shù)變化的情況確定,電流表變化明顯則電壓表內阻分流大即電流表理想則采用內接.電壓表變化明顯則電流表分壓大即電壓表理想則采用外接.
3.系統(tǒng)誤差來源及分析
內接誤差來源電流表分壓,外接誤差來源電壓表分流.
內接測量值偏大,外接測量值偏小.簡記為“內大外小”.
例1某同學測量一只未知阻值(大約為1000Ω)的電阻.
(1)若該同學用“伏安法”測量該電阻,所用器材如圖1所示,其中電壓表內阻約為5kΩ,電流表內阻約為5Ω,變阻器阻值為50Ω.圖中部分連線已經(jīng)連接好,為了盡可能準確地測量電阻,請你完成其余的連線.(2)該同學按照“伏安法”測量電阻的要求連接好圖示電路后,測得的電阻值將(填“大于”、“小于”或“等于”)被測電阻的實際阻值.
答案:(1)圖“略” (2)大于
例2用伏安法測未知電阻RX時,若不知道RX的大概值,為選擇正確的接法以減小誤差,可將電路按圖2連接,只空出電壓表的一個接頭k.然后將k分別與a、b接觸一下,觀察兩電表示數(shù)的變化情況.那么:(1)若電流表示數(shù)有顯著變化,k應接 ;(2)若電壓表示數(shù)有顯著變化,k應接.
答案:(1)b (2)a
三、變阻器的接法——限流式和分壓式
1. 兩種接法的比較
2. 兩種接法中R的選擇
限流接法R滑約為RX的2~5倍;分壓接法R滑約為RX的1/2~1/5倍
四、電路和儀器的選取
1. 3個部分.6個元件、4種電路
伏安法測電阻的完整電路有三部分,供電部分,控制部分,測量部分.供電部分的電源、開關,控制部分的滑動變阻器,測量部分的電壓表和電流表,以及待測電阻等共6個元件.由于調控部分的變阻器有限流分壓兩種接法,測量部分的電流表也和真實值的U-I圖象如圖6可知,所測電源電動勢的測量值等于真實值,電源內阻的測量值大于真實值.
四、演繹法
所謂演繹法,就是從一般性的前提出發(fā),通過推導即“演繹”,得出具體陳述或個別結論的過程.
1.若采用圖1電路圖實驗,設電壓表及電流表的測量值分別為U、I時,由閉合電路的歐姆定律得各項是測量值的方程為U=E測-Ir測(18)
考慮電壓表的分流,各項是真實性的方程有
U=E-(I+URV)r (19)
當I=0時,由(18)(19)可解得E測=RVRr+rE 2.若采用圖2電路圖實驗,考慮電流表的分壓,由閉合電路的歐姆定律得各項真實值的方程 U=E-I(RA+r) (20) 當I=0時,由(18)(20)可解得E測=E,當U=0時,由(18)(20)可解得r測=RA+r>r,電源電動勢的測量值等于真實值,內阻的測量值大于真實值.有內接外接兩種接法,這樣,二者組合會產(chǎn)生4種電路. 2. 選取原則 ①準確.電表指針的偏轉范圍應大,這樣可以減小作圖誤差——要求變阻器選擇適當?shù)倪B接方式和規(guī)格以增大調節(jié)范圍;測量電路的電流表應選擇合適的內外接法,以減小系統(tǒng)誤差. ②方便.是指變阻器的調控是否容易操作.對限流式,考慮到操控的方便,考慮到調節(jié)范圍,其阻值不是越大越好R滑約為RX的2~5倍.對分壓式,調節(jié)范圍不受變阻器的影響,考慮到操控的方便,其阻值不是越小越好,R滑約為RX的1/2~1/5倍. 3. 選取方法 ①估算.對小燈泡等元件,需要計算被測電阻的參數(shù); 對唯一給定的設備,必需選; ②選電表和電源 a.先選電源,再選電壓表,電壓表和電源匹配: b.再選電流表A和V配套:Um=Im·Rx,(順便可確定A的接法);估算電壓值時電源電動勢與電壓表量程應該選擇小的值作為估算電壓值,進哪一個值小用哪一個值. c.選變阻器.綜合實驗要求、減小誤差和便于操控等因素,大致分為兩種情形: (1)先定電路后選器材:若有“從零開始”的明確要求,或有調節(jié)范圍的間接限制,則先定電路——分壓式,后選器材; (2)根據(jù)器材選擇電路:無明確要求或間接限制,則要根據(jù)器材選擇電路確定滑動變阻器的大小 五、實物連線的方法 對變阻器限流式,要先串后并;對變阻器分壓式,先把變阻器(兩下)、電源、開關三者連成供電電路,再從變阻器(一上一下)取電,連接測量電路. 例題有一根細長而均勻的金屬線樣品,長約為 60 cm,電阻大約為6Ω,現(xiàn)有如下器材 A.電流表(量程0.6A,內阻約為0.1 ) B.電流表(量程3A,內阻約為0.03Ω) C.電壓表(量程3V,內阻約為3 KΩ) D.滑動變阻器(1000 ,0.3A)E.滑動變阻器(15 Ω,3A) F.蓄電池(6V,內阻很?。?/p> G.開關,帶夾子的導線若干 實驗采用限流式接法,請將圖甲所示的實際測量電路補充完整.電路中的電流表應選 ,滑動變阻器應選 .(只填代號字母) 答案(2)A;E;連線如圖乙所示
理科考試研究·高中2015年4期