黑色长款马甲最佳搭配:电学实验

来源:百度文库 编辑:偶看新闻 时间:2024/04/28 05:48:52
主讲:李 超
一周强化
一、一周内容概述
1、掌握电流表、电压表的改装原理,掌握伏安法测电阻的两种解法,并能够分析测量误差。
2、掌握滑动变阻器的两种用法。
3、理解多用电表的原理和读数方法。
二、重点知识讲解
(一)电表的改装
1、电流表:把表头G改装成电流表,即把表头的量程Ig扩大到电流表的量程I,这时应并联一个电阻R,起分流作用。
若电流表的扩大倍数为,由并联电路的特点得:


电流表的内阻:
2、电压表:把表头G改装成电压表,即把表头的量程Ug扩大到量程U,应串联一个电阻起分压作用。

若电压表的扩大倍数为,由串联电路的特点得:

电压表的内阻为:RV=R+Rg=nRg
量程:U=nUg=IgRV
例1、有一块满偏电流Ig=1mA、线圈电阻Rg=1kΩ的小量程电流表;
(1)把它改装成满偏电压U=10V的电压表;
(2)把它改装成满偏电流I=10mA的电流表。要求画出电路图,算出有关数据。
解析:
因电流表的满偏电流Ig
①改装成电压表时,由串联分压

即需串联一个阻值为9kΩ的分压电阻.
②改装成电流表时,由并联分流:

即需并联一个阻值为0.11kΩ的分流电阻.
(二)电阻的测量
1、伏安法测电阻的两种电路形式(如图所示)

2、实验电路(电流表内外接法)的选择
测量未知电阻的原理是R=,由于测量所需的电表实际上是非理想的,所以在测量未知电阻两端电压U和通过的电流I时,必然存在误差,即系统误差,要在实际测量中有效地减少这种由于电表测量所引起的系统误差,必须依照以下原则:
(1)若,一般选电流表的内接法。如图(a)所示。由于该电路中,电压表的读数U表示被测电阻Rx与电流表A串联后的总电压,电流表的读数I表示通过本身和Rx的电流,所以使用该电路所测电阻R测==Rx+RA,比真实值Rx大了RA,相对误差a=
(2)若,一般选电流表外接法。如图(b)所示。由于该电路中电压表的读数U表示Rx两端电压,电流表的读数I表示通过Rx与RV并联电路的总电流,所以使用该电流所测电阻
R测=也比真实值Rx略小些,相对误差a=.
例2、某电流表的内阻在0.1Ω~0.2Ω之间,现要测量其内阻,可选用的器材如下:
A.待测电流表A1(量程0.6A);
B.电压表V1(量程3V,内阻约2kΩ)
C.电压表V2(量程15V,内阻约10kΩ);
D.滑动变阻器R1(最大电阻10Ω)
E.定值电阻R2(阻值5Ω)
F.电源E(电动势4V)
G.电键S及导线若干
(1)电压表应选用_____________;
(2)画出实验电路图;
(3)如测得电压表的读数为V,电流表的读数为I,则电流表A1内阻的表达式为:RA=______________。

解:
本题利用电压表指电压,电流表指电流的功能,根据欧姆定律R=计算电流表的内阻。由于电源电动势为4V,在量程为15V的电压表中有的刻度没有利用,测量误差较大,因而不能选;量程为3V的电压表其量程虽然小于电源电动势,但可在电路中接入滑动变阻器进行保护,故选用电压表V1。由于电流表的内阻在0.1Ω~0.2Ω之间,量程为0.6A ,电流表上允许通过的最大电压为0.12V,因而伏特表不能并联在电流表的两端,必须将一个阻值为5Ω的定值电阻R2与电流表串联再接到伏特表上,才满足要求。滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求,但考虑限流的连接方式节能些,因而滑动变阻器采用限流的连接方式。故本题电压表选用V1;设计电路图如图1所示;电流表A1内阻的表达式为:RA =-R2。
(三)滑动变阻器的使用
1、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点
如图所示的两种电路中,滑动变阻器(最大阻值为R0)对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用,通常把图(a)电路称为限流接法,图(b)电路称为分压接法.

负载RL上电压调节范围(忽略电源内阻)
负载RL上电流调节范围(忽略电源内阻)
相同条件下电路消耗的总功率
限流接法
E≤UL≤E
≤IL≤
EIL
分压接法
0≤UL≤E
0≤IL≤
E(IL+Iap)
比较
分压电路调节范围较大
分压电路调节范围较大
限流电路能耗较小
其中,在限流电路中,通RL的电流IL=,当R0>RL时IL主要取决于R0的变化,当R0<RL时,IL主要取决于RL,特别是当R0<2、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法
滑动变阻器以何种接法接入电路,应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取.
(1)下列三种情况必须选用分压式接法
①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如:测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路),即大范围内测量时,必须采用分压接法.
②当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时,必须采用分压接法.因为按图(b)连接时,因RL>>R0>Rap,所以RL与Rap的并联值R并≈Rap,而整个电路的总阻约为R0,那么RL两端电压UL=IR并=·Rap,显然UL∝Rap,且Rap越小,这种线性关系越好,电表的变化越平稳均匀,越便于观察和操作.
③若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL的额定值时,只能采用分压接法.
(2)下列情况可选用限流式接法
①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且RL与R0接近或RL略小于R0,采用限流式接法.
②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采用限流式接法.
③没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.
例3、用伏安法测量某一电阻Rx阻值,现有实验器材如下:待测电阻Rx(阻值约5 Ω,额定功率为1 W);电流表A1(量程0~0.6 A,内阻0.2 Ω);电流表A2(量程0~3 A,内阻0.05 Ω);电压表V1(量程0~3 V,内阻3 kΩ);电压表V2(量程0~15 V,内阻15 kΩ);滑动变阻器R0(0~50 Ω),蓄电池(电动势为6 V)、开关、导线.
为了较准确测量Rx阻值,电压表、电流表应选________,并画出实验电路图.
错解分析:
没能据安全性、准确性原则选择A1和V1,忽视了节能、方便的原则,采用了变阻器的分压接法.
解题方法与技巧:
由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值,可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为
U=≈2.2 V,I==0.45 A.
则电流表应选A1,电压表应选V1.
又因=24.5 Ω>Rx,则电流表必须外接.
因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx,故首先考虑滑动变阻器的限流接法,若用限流接法,则被测电阻Rx上的最小电流为Imin==0.11 A<I额,故可用限流电路.电路如图所示.

(四)万用电表的使用
1、使用步骤及注意事项:

(1)使用前应看一下指针是否指在刻度盘左端的零刻线处。如果不在,就应该进行机械调零:用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝,使指针指左端零刻线。
(2)根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置。读数时还要注意选用刻度盘上对应的量程刻度。(如测量20mA左右的直流电流,应将选择开关对准左边100mA量程处,在刻度盘上,应该看最下方的刻度,即满偏刻度为10的刻度线,从刻度盘读出数据后还应再乘10,得测量结果。)
(3)使用欧姆挡时,在选好倍率后,还必须进行欧姆调零。方法是:将红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指右端零刻线处。因此用多用电表的欧姆挡测电阻的操作步骤是:
①选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级,如估计值为200Ω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将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。
用欧姆挡测电阻,如果指针偏转角度太小(即指针所指的刻度值太大),应该增大倍率重新调零后再测;如果指针偏转角度太大(即指针所指的刻度值太小),应该减小倍率重新调零后再测。
(4)使用多用电表时,两只手只能握住表笔的绝缘棒部分,不能接触表笔上的金属部分。
2、欧姆表测电阻

(1)原理是闭合电路欧姆定律.
(2)当红、黑表笔之间接入某一电阻Rx时,通过欧姆表的电流为.
若I=0,则Rx=∞;I=Ig时,Rx=0。
欧姆表刻度具有反向性和非线性特点,表盘刻度不均匀.

表盘中值电阻,中值电阻一定,表盘刻度就唯一确定.
欧姆表中的电池用久了,电动势和内阻都要发生变化,只能用来粗略测量电阻.
例4、如图,电流表满偏电流Ig=500μA,线圈电阻Rg=200Ω,电动势E=1.5V,电流表盘刻有欧姆表刻度线,指针指在满刻度时共转过90°.

(1)指针半偏时所对应的阻值是多少?
(2)指针转过30°时所对应的阻值是多少?
(3)若电池使用久了,电动势变为1.4V,这种情况下测电阻时若指针指在中间阻值处,求被测电阻真实值。
解析:
(1)设电源内阻为r,指针满偏时,
指针指在表盘正中央时,

(2)指针转过30°时对应阻值为Rx,则:

(3)电动势E′=1.4V时对应的中值电阻
指针半偏处仍刻着3000Ω,而实际电阻只有2800Ω,可见用欧姆表测电阻时,由于电动势变小,电阻的测量值偏大,电阻的测量将产生系统误差。
(五)测定电池的电动势和内阻
1、实验原理
如图(1)所示电路,改变电阻R,从电压表和电流表可测出几组U、I值,利用闭合电路欧姆定律可以求出E、r.

2、数据处理
①测出两组U、I值,列方程组可解出E、r.

②图象法处理数据,测出多组(不少于6组)、I值,在—I直角坐标系中标出各点,画出—I图象,如图(2)所示,图象的纵截距为E,横截距为短路电流,

图象法比较好地利用各组测量数据,并能排除奇异点,能够减小偶然误差.
3、误差分析:
由于电流表和电压表不是理想电表,就会带来一定的系统误差,下面分别分析电流表内接和外接两种情况下的系统误差.
(1)如图(3)所示,电流表接在了外边,电压表所测为电源的外电压,而电流表读数比流过电源的电流值要小,测量存在系统误差.


电压表的读数越大,越大,电流表的测量误差也越大,如图(4)所示,短路时,=0,测量值与真实值相同.

由图象可知,

定量分析:
此函数式的纵截距为:
斜率的绝对值为:
r时,
(2)如图(5)所示,电流表接在了里边,电流表所测的电流为流过电源的电流,电压表所测电压比路端电压小.


当电路中电流增加时,,电压表读数的误差随着增加,U—I图象如图(6)所示,测量值图线比较陡,=E,>r.

由等效电路可知,.一般安培表的内阻与r接近,所以这种方法测出的内阻误差较大.
(六)简单的逻辑电路
逻辑关系
真值表
符号
与门:仅当输入信号A和B均为1时,输出信号Z才为1。
输入
输出
A
B
Z
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1

或门:输入信号A和B只要有一个为1或者均为1时,输出信号Z为1。
输入
输出
A
B
Z
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1

非门:输入信号A为1,则输出信号为0;输入信号A为0,输出信号为1。
输入
输出
A
Z
0
1
1
0

例5、如图为包含某逻辑电路的一个简单电路图,L为小灯泡.光照射电阻R′时,其阻值将变得远小于R.该逻辑电路是____门电路(填“与”、“或”或“非”).当电阻R′受到光照时,小灯泡L将______(填“发光”或“不发光”).

解析:
逻辑电路分为或门电路、与门电路和非门电路,由图示符号可知,该逻辑电路是非门电路;当光照射电阻R′时,其阻值将变得远小于R,则R′两端电压很小,由非门电路的特点可知,其输出电压较大,小灯泡L将发光。
答案:非,发光