高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題13 電學(xué)實驗課件.ppt

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專題13電學(xué)實驗 電學(xué)實驗常用儀器介紹 實驗七測定金屬的電阻率 實驗八描述小電珠的伏安特性曲線 實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻 實驗十練習(xí)使用多用電表 實驗十一傳感器的簡單使用 實驗十二電表內(nèi)阻的測量 1 2 1 螺旋測微器的構(gòu)造 原理及讀數(shù) 1 螺旋測微器的構(gòu)造如圖所示是常用的螺旋測微器 它的測砧A和固定刻度B固定在尺架C上 旋鈕D 微調(diào)旋鈕D 和可動刻度E 測微螺桿F連在一起 通過精密螺紋套在B上 2 螺旋測微器的原理測微螺桿F與固定刻度B之間的精密螺紋的螺距為0 5mm 即旋鈕D每旋轉(zhuǎn)一周 F前進或后退0 5mm 而可動刻度E上的刻度為50等份 每轉(zhuǎn) 電學(xué)實驗常用儀器介紹 3 一小格 F前進或后退0 01mm 即螺旋測微器的精確度為0 01mm 讀數(shù)時估讀到毫米的千分位上 因此 螺旋測微器又叫千分尺 3 讀數(shù) 測量時被測物體長度的整毫米數(shù)由固定刻度讀出 小數(shù)部分由可動刻度讀出 測量值 mm 固定刻度數(shù) mm 注意半毫米刻線是否露出 可動刻度數(shù) 估讀一位 0 01 mm 2 游標(biāo)卡尺的構(gòu)造 原理及讀數(shù) 1 構(gòu)造 主尺 游標(biāo)尺 主尺和游標(biāo)尺上各有一個內(nèi)外測量爪 游標(biāo)尺上還有一個深度尺 尺身上還有一個緊固螺釘 如圖所示 電學(xué)實驗常用儀器介紹 4 2 用途 測量厚度 長度 深度 內(nèi)徑 外徑 3 原理 利用主尺的最小分度與游標(biāo)尺的最小分度的差值制成 不管游標(biāo)尺上有多少個小等分刻度 它的刻度部分的總長度比主尺上的同樣多的小等分刻度少1mm 常見的游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺上小等分刻度有10個的 20個的 50個的 見下表 電學(xué)實驗常用儀器介紹 5 4 讀數(shù) 若用x表示由主尺上讀出的整毫米數(shù) k表示從游標(biāo)尺上讀出與主尺上某一刻線對齊的游標(biāo)尺的格數(shù) 則記錄結(jié)果表達(dá)為 x k 精確度 mm 3 多用電表的構(gòu)造及讀數(shù) 1 表頭 多用電表可以用來測量電流 電壓 電阻等 并且每一種測量都有幾個量程 外形如圖所示 上半部為表頭 表頭上有電流 電壓 電阻等多種量程的刻度 下半部為選擇開關(guān) 它的四周刻有各種測量項目和量程 另外 還有歐姆表的調(diào)零旋鈕 指針定位螺絲和測試筆的插孔 電學(xué)實驗常用儀器介紹 6 由于多用電表的測量項目和量程比較多 而表頭的空間有限 所以并不是每個項目的量程都有專門的標(biāo)度 有些標(biāo)度就屬于共用標(biāo)度 如圖中的第二行就是交 直流電流和電壓共用的標(biāo)度 2 多用電表的內(nèi)部構(gòu)造多用電表是由一個小量程的電流表與若干元件組成的 每進行一種測量時 只使用其中一部分電路 其他部分不起作用 將多用電表的選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到電流擋 多用電表內(nèi)的電流表電路就被接通 選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到電壓擋或電阻擋 表內(nèi)的電壓表電路或歐姆表電路就被接通 如圖所示 其中1 2為電流測量端 3 4為電壓測量端 5為電阻測量端 測量時 黑表筆插入 插孔 紅表筆插入 插孔 并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接入與待測量相對應(yīng)的測量端 返回專題首頁 電學(xué)實驗常用儀器介紹 7 實驗七測定金屬的電阻率 1 實驗原理根據(jù)電阻定律R 只要測出金屬導(dǎo)線的長度L和它的直徑d 計算出導(dǎo)線的橫截面積S 用伏安法測量出金屬導(dǎo)線的電阻R 即可計算出金屬導(dǎo)線的電阻率 2 實驗器材的使用螺旋測微器 游標(biāo)卡尺的使用 詳見P232 3 實驗步驟 1 用螺旋測微器在被測金屬導(dǎo)線的三個不同位置各測一次直徑 求出其平均值d 計算出導(dǎo)線的橫截面積S 8 2 按如圖所示電路圖用導(dǎo)線把器材連好 并把滑動變阻器阻值調(diào)到最大 3 用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導(dǎo)線的有效長度 反復(fù)測量三次 求出其平均值L 4 電路經(jīng)檢查無誤后 閉合開關(guān)S 改變滑動變阻器滑片的位置 讀出幾組相應(yīng)的電流表 電壓表的示數(shù)I和U的值 記入記錄表格內(nèi) 斷開開關(guān)S 求出電阻R的平均值 5 將得到的R L d的值代入電阻率計算公式 中 計算出金屬導(dǎo)線的電阻率 6 拆去實驗線路 整理好實驗器材 實驗七測定金屬的電阻率 9 4 伏安法測電阻 1 電流表的內(nèi)接法和外接法的比較 實驗七測定金屬的電阻率 10 2 兩種電路的選擇 阻值比較法 先將待測電阻的估計值與電壓表 電流表內(nèi)阻進行比較 若Rx較小 宜采用電流表外接法 若Rx較大 宜采用電流表內(nèi)接法 簡單概括為 大內(nèi)偏大 小外偏小 比值比較法若 則用電流表外接法 若 則用內(nèi)接法 試觸法 如圖所示 將電壓表分別接在a c和b c兩點間時 若電流表示數(shù)變化較明顯 說明電壓表分流較大 應(yīng)選用內(nèi)接法 若電壓表示數(shù)變化較明顯 則選用外接法 實驗七測定金屬的電阻率 11 5 控制電路的比較與選擇 1 滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法比較 實驗七測定金屬的電阻率 12 2 兩種接法的適用條件滑動變阻器以何種方式接入電路中 應(yīng)遵循安全性 精確性 方便性 節(jié)能性的原則 綜合考慮 靈活選用 在下列三種情況下必須采用分壓式接法 要求通過被控制部分的電流或電壓實現(xiàn)從零開始調(diào)節(jié) 例如測定導(dǎo)體的伏安特性 從零刻度開始校對改裝后的電表等 即大范圍測量時 必須采用分壓式接法 當(dāng)用電器的電阻R遠(yuǎn)大于滑動變阻器的電阻R0 且實驗要求電壓變化范圍較大 或要求測量多組數(shù)據(jù) 時 必須采用分壓式接法 若采用限流式接法 電路中的實際電壓 或電流 的最小值仍超過R的額定電壓 或電流 時 只能采用分壓式接法 實驗七測定金屬的電阻率 13 在下列三種情況下可采用限流式接法 測量時電路中的電流 電壓沒有從零開始調(diào)節(jié)的要求 只是小范圍的測量 且R與R0接近 或R略小于R0時 采用限流式接法 電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小 不能滿足分壓式接法的要求時 采用限流式接法 沒有很高的要求 僅從安全性和精確性角度分析 兩者均可采用時 可考慮安裝簡便和節(jié)能因素 采用限流式接法 6 注意事項 1 因為一般金屬導(dǎo)線電阻較小 所以用外接法 而不是內(nèi)接法 2 測長度L時應(yīng)測接入電路的金屬導(dǎo)線的有效長度 在金屬導(dǎo)線的3個不同位置上用螺旋測微器測量直徑d 實驗七測定金屬的電阻率 14 3 閉合開關(guān)前 應(yīng)把滑動變阻器的滑動觸頭置于正確位置 4 多次測量U I 先計算R 再求R的平均值 5 電流不宜過大 通電時間不宜過長 否則電阻率要變化 電流表一般選0 0 6A量程 7 誤差分析 1 金屬導(dǎo)線的橫截面積是利用直徑計算而得 直徑的測量是產(chǎn)生誤差的主要來源之一 2 采用伏安法測量金屬導(dǎo)線的電阻時 由于采用的是電流表外接法 電阻的測量值小于真實值 使電阻率的測量值偏小 3 金屬導(dǎo)線的長度測量 電流表和電壓表的讀數(shù)等會帶來偶然誤差 4 由于金屬導(dǎo)線通電后發(fā)熱升溫 會使金屬導(dǎo)線的電阻率變大 造成測量誤差 返回專題首頁 實驗七測定金屬的電阻率 15 實驗八描繪小電珠的伏安特性曲線 1 實驗原理金屬物質(zhì)的電阻率隨溫度升高而增大 從而使得一段金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度變化發(fā)生相應(yīng)變化 對一只燈泡來說 不正常發(fā)光和正常發(fā)光時燈絲的電阻值可以相差幾倍到十幾倍 它的伏安特性曲線 I U圖線 并不是一條直線 即燈絲的電阻是非線性的 本實驗通過描繪伏安特性曲線的方法來研究燈泡在某一電壓變化范圍內(nèi)其阻值變化 從而了解它的導(dǎo)電特性 2 實驗步驟 1 按右圖連接好電路 把滑動變阻器的滑片P調(diào)節(jié)到靠近A端處 16 2 閉合開關(guān)S 把滑片P調(diào)節(jié)到某個合適的位置 然后讀出此時電壓表的示數(shù)U1和電流表的示數(shù)I1 并把它們記錄到下面表格中 3 把滑片P從A端逐漸往B端調(diào)節(jié) 重復(fù)步驟 2 讀出并記錄下12組左右不同的電壓值和電流值 4 斷開開關(guān)S 拆除電路 5 以I為縱軸 U為橫軸畫出直角坐標(biāo)系 選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)度 在坐標(biāo)系內(nèi)依次描出12組數(shù)據(jù)所表示的點 然后用平滑曲線連接這些點 此曲線就是小燈泡的伏安特性曲線 實驗八描繪小電珠的伏安特性曲線 17 3 注意事項 1 因本實驗要作出I U圖線 要求測出包括零在內(nèi)的電壓 電流值 因此滑動變阻器要采用分壓式接法 2 本實驗中 因被測小燈泡電阻較小 所以實驗電路必須采用電流表的外接法 3 開關(guān)閉合后 調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置 使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 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 兩坐標(biāo)軸選取的標(biāo)度要合理 使得根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出的圖線盡量占滿坐標(biāo)紙 要用平滑曲線將各數(shù)據(jù)點連接起來 實驗八描繪小電珠的伏安特性曲線 18 4 誤差分析 1 由于電壓表不是理想電表 內(nèi)阻并非無窮大 電流表外接 由于電壓表的分流 使電流的測量值大于真實值 2 測量時讀數(shù)帶來誤差 3 在坐標(biāo)紙上描點 作圖帶來誤差 實驗八描繪小電珠的伏安特性曲線 19 實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻 1 實驗原理如圖所示通過改變滑動變阻器的阻值 用電壓表和電流表測出每種狀態(tài) 最少兩種 下的U I值 根據(jù)閉合電路歐姆定律E U Ir 列方程求電動勢E和內(nèi)阻r 多測幾組U I數(shù)據(jù) 分別求出每組測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的E r值 最后求出平均值 20 還可用圖像確定電源的電動勢和內(nèi)阻 由U E Ir知 對于確定的電源 E r為定值 U是I的一次函數(shù) U與I的關(guān)系圖像是一條直線 2 實驗步驟 1 確定電流表 電壓表的量程 按下圖所示電路把器材連接好 實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻 21 2 把變阻器的滑片移到一端使其接入電路的阻值最大 3 閉合開關(guān) 調(diào)節(jié)變阻器 使電流表有明顯示數(shù) 記錄一組電流表和電壓表的示數(shù) 用同樣的方法測量并記錄幾組I和U的值 4 斷開開關(guān) 整理好器材 5 數(shù)據(jù)處理 用原理中的方法計算或從U I圖像中找出E和r 3 實驗數(shù)據(jù)的處理 1 公式法 把測量的幾組數(shù)據(jù)分別代入E U Ir中 然后兩個方程為一組 解方程組 求解出幾組E r的值 最后對E r分別求平均值作為測量結(jié)果 實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻 22 2 圖像法 以I為橫坐標(biāo) U為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系 根據(jù)幾組I U的測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點 用直尺畫一條直線 使盡量多的點落在這條直線上 不在直線上的點 能大致均勻地分布在直線兩側(cè) 直線與縱軸的交點表示I 0 屬于斷路的情況 這時的電壓U等于電源的電動勢E 直線與橫軸的交點表示U 0 屬于短路的情況 此時的電流為短路電流I短 則電源內(nèi)阻 4 注意事項 1 實驗電路圖 電流表和滑動變阻器串聯(lián)后與電壓表并聯(lián) 2 為了使電池的路端電壓變化明顯 電池內(nèi)阻應(yīng)大些 3 測出不少于6組I U數(shù)據(jù) 且變化范圍要大 4 電流表一般選0 0 6A量程 電壓表一般選0 3V量程 5 電流不能過大 一般小于0 5A 實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻 23 5 誤差分析 1 偶然誤差 主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)及作U I圖像時描點不準(zhǔn)確 2 測量電路存在系統(tǒng)誤差 未考慮電壓表的分流 使得測量值小于通過電源的真實電流值 3 由于電壓表的分流使電動勢的測量值小于真實值 內(nèi)阻的測量值小于真實值 實驗九測定電源的電動勢和內(nèi)阻 24 實驗十練習(xí)使用多用電表 1 實驗原理 1 多用電表的上半部分為表盤 下半部分是選擇開關(guān) 周圍標(biāo)有測量功能的區(qū)域及量程 將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到電流擋 多用電表內(nèi)的電流表電路就被接通 將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到電壓擋或電阻擋 表內(nèi)的電壓表電路或歐姆表電路就被接通 2 測電阻依據(jù)的是閉合電路歐姆定律 測電流和電壓依據(jù)的是串聯(lián)和并聯(lián)的特點及部分電路歐姆定律 3 二極管的特性是單向?qū)щ娦?當(dāng)二極管加上一定的反向電壓時 它的電阻值變得很大 就像斷開的開關(guān)一樣 25 2 實驗步驟 1 使用多用電表測電阻的步驟 機械調(diào)零 使用前若表針沒有停在左端 0 位置 要用螺絲刀轉(zhuǎn)動指針定位螺絲 使指針指零 選擋 估計待測電阻的大小 旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān) 使其尖端對準(zhǔn)歐姆擋的合適擋位 歐姆調(diào)零 將紅 黑表筆短接 調(diào)整歐姆調(diào)零旋鈕 使指針指在表盤右端 0 刻度處 測量讀數(shù) 將兩表筆分別與待測電阻的兩端接觸 表針示數(shù)乘倍率即為待測電阻阻值 測另一電阻時重復(fù) 實驗完畢 應(yīng)將選擇開關(guān)置于 OFF 擋或交流電壓最高擋 實驗十練習(xí)使用多用電表 26 2 測二極管的正 反向電阻 測正向電阻 將選擇開關(guān)置于歐姆擋的 10 擋 短接紅 黑表筆 轉(zhuǎn)動歐姆調(diào)零旋鈕 使指針指向表盤右端 0 刻度處 黑表筆接二極管正極 紅表筆接二極管負(fù)極 讀出歐姆表指針指示的數(shù)值 乘倍率 記下正向阻值 測反向電阻 將選擇開關(guān)置于歐姆擋的 1k 擋 短接紅 黑表筆 轉(zhuǎn)動歐姆調(diào)零旋鈕 使指針指向表盤右端 0 刻度處 黑表筆接二極管負(fù)極 紅表筆接二極管正極 讀出歐姆表指針指示的數(shù)值 乘倍率 記下反向阻值 實驗完畢 將表筆從插孔中拔出 并將選擇開關(guān)置于 OFF 擋或交流電壓最高擋 實驗十練習(xí)使用多用電表 27 3 注意事項 1 使用多用電表時 若不知被測量電阻阻值的大小 要先從最大倍率開始測量 然后根據(jù)測量的情況 選擇合適的倍率 原則是 測量電壓和電流時 應(yīng)盡量使指針超過1 2量程 測電阻時 盡可能讓指針指向刻度盤的中央位置 2 測量時 注意不要用手碰表筆的金屬觸針 這樣一方面可防止測高電壓時發(fā)生觸電事故 另一方面在測電阻時 可能會把人體電阻并聯(lián)進去 使測得的電阻值變小 3 測量電流時 應(yīng)把多用電表串聯(lián)在被測電路中 對于直流電 必須使電流從紅表筆流進 從黑表筆流出 測量交流電時 應(yīng)注意交流電的頻率 當(dāng)交流電的頻率超出電表的額定頻率范圍時 將會引起很大的測量誤差 實驗十練習(xí)使用多用電表 28 4 測電阻時 待測電阻上不應(yīng)有外電路的電流通過 不允許在電路未斷開的情況下 用多用電表去測電阻 更不能用多用電表直接測電源的內(nèi)阻 5 多用電表不用時 選擇開關(guān)應(yīng)置于交流電壓的最高擋 決不能置于歐姆擋 以防兩表筆觸針不慎相碰 使電池放電 若長期不用 則應(yīng)把電池取出 4 誤差分析 1 電池用久后 電動勢會減小 內(nèi)阻會變大 致使電阻測量值偏大 要及時更換新電池 2 歐姆表的表盤刻度不均勻 估讀時易帶來誤差 要注意其左密右疏特點 3 由于歐姆表刻度的非線性 指針偏轉(zhuǎn)過大或過小都會使誤差增大 實驗十練習(xí)使用多用電表 29 因此要選用恰當(dāng)擋位 使指針指在表盤中央位置附近 4 測電流 電壓時 由于電表內(nèi)阻的影響 測得的電流 電壓值均小于真實值 5 讀數(shù)時易形成偶然誤差 要使視線垂直表盤正對指針讀數(shù) 實驗十練習(xí)使用多用電表 30 實驗十一傳感器的簡單應(yīng)用 1 實驗原理傳感器是將它感受到的物理量 如力 熱 光 聲等 轉(zhuǎn)換成便于測量的量 一般是電學(xué)量 其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號 例如 光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號 熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號 轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過電子電路的處理就可以達(dá)到方便檢測 自動控制 遙控等各種目的了 31 2 實驗步驟 1 熱敏特性實驗按如圖所示將一熱敏電阻連入電路中 將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋 再將電表的兩支表筆分別與熱敏電阻兩端相連 將熱敏電阻放入有少量冷水并插有溫度計的燒杯中 在歐姆擋上選擇適當(dāng)?shù)谋堵?觀察表盤所示熱敏電阻的阻值 再分幾次向燒杯中倒入開水 觀察不同溫度下熱敏電阻的阻值 看看這個熱敏電阻的阻值是如何隨溫度變化的 實驗十一傳感器的簡單應(yīng)用 32 2 光敏特性實驗按如圖所示將一光敏電阻連入電路中 將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋 再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻兩端相連 在歐姆擋上選擇適當(dāng)?shù)谋堵?觀察表盤所示光敏電阻的阻值 將手張開放在光敏電阻上方 擋住部分光線 觀察表盤所示光敏電阻的阻值 上下移動手掌 觀察表盤所示光敏電阻的阻值 總結(jié)一下光敏電阻的阻值隨光照發(fā)生怎樣的變化 實驗十一傳感器的簡單應(yīng)用 33 3 光電計數(shù)的基本原理如圖所示是利用光敏電阻自動計數(shù)的示意圖 其中A是發(fā)光儀器 B是接收光信號的儀器 B中的主要元件是光電傳感器 光敏電阻 當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由A射向B的光信號時 光敏電阻的阻值變小 供給信號處理系統(tǒng)的電壓變高 這種高低交替變化的信號經(jīng)過信號處理系統(tǒng)的處理 就會自動將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字 實現(xiàn)自動計數(shù)的功能 實驗十一傳感器的簡單應(yīng)用 34 3 注意事項 1 在做熱敏特性實驗時 加開水后要等一會兒再測量其阻值 使電阻溫度與水的溫度相同 并同時讀出水溫 2 光電計數(shù)器是比較精密的儀器 使用過程中要輕拿輕放 嚴(yán)格按操作要求進行 3 熱敏電阻 燒杯 溫度計易破損 實驗時務(wù)必小心 4 溫度自動報警器 光電計數(shù)器 小燈泡所需電壓都很小 小于6V 切勿超電壓使用 4 誤差分析本實驗誤差主要來源于溫度計和歐姆表的讀數(shù) 返回專題首頁 實驗十一傳感器的簡單應(yīng)用 35 實驗十二電表內(nèi)阻的測量 1 實驗原理測量電阻的理論是歐姆定律的變形公式R U I 只要知道電壓U和電流I即可求得電阻 在實際操作中 要用電壓表 電流表測量電壓 電流 根據(jù)被測電阻的大小 我們分別選擇電流表內(nèi)接 外接 以減小測量誤差 在此不做討論 測電表的內(nèi)阻與測純電阻的阻值原理相同 對于電表的 身份 我們做一下轉(zhuǎn)換 認(rèn)為它是一個 會說話的電阻 會說自己的電壓值 電壓表 電流值 電流表 即測量自身分得的電壓和通過自身電流 我們需要做的工作就是想辦法測量另一未知的物理量 36 2 實驗方案和步驟 實驗十二電表內(nèi)阻的測量 37 實驗十二電表內(nèi)阻的測量 38 3 注意事項如果只有一塊電表 我們一般都是采用半偏法的原理去測電表的內(nèi)阻 但這種方法存在系統(tǒng)誤差 精確度不高 對于兩塊相同的電表總是將兩電表串聯(lián)或并聯(lián) 或者一表與電阻箱并聯(lián)或串聯(lián) 另一電表放在干路上 找出串 并聯(lián)電路電壓關(guān)系或電流關(guān)系 通過歐姆定律來求解 如果是一塊電流表和一塊電壓表測電流表的內(nèi)阻 將電壓表并聯(lián)在電流表兩端 如果是測電壓表的內(nèi)阻則將電流表與電壓表串聯(lián) 采用 伏安法 來求解 4 誤差分析 1 半偏法測電流表內(nèi)阻 當(dāng)閉合S2 調(diào)節(jié)R2的時候 電路中的總電阻變小 因此干路中的總電流要比I0略大 由于滑動變阻器的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻 所以這個變化很微小 實驗十二電表內(nèi)阻的測量 39 實驗十二電表內(nèi)阻的測量