高考電學實驗的考查主要從實驗器材(電表、電阻、電源等)的選擇,實驗電路圖的選擇與設計,誤差分析,以及對實驗數據的處理等方面進行。從高考閱卷情況來看,電學實驗的得分率較低,是高考的難點之一。
電學實驗的考查主要包括:電表的讀數、實驗器材和電路選擇、電路實物連線等幾個方面。
一、電流表、電壓表的讀數規則
電流表量程一般有兩種——0.1~0.6A,0~3A;電壓表量程一般有兩種——0~3V,0~15V。如圖1所示:
電表讀數時首先要看清量程,并確定最小分度值(每個小格所代表的電流、電壓值)。
電壓表、電流表若用0~3V、0~3A量程,其最小分度值分別為0.1V、0.1A,可以采用十分估讀法,在最小分度值后加一估讀數即可。圖1中電壓表讀數為1.88V,電流表讀數為0.83A。若指針恰好指針指在第10條刻度線上,則讀數為1.00V(或A)。
電壓表若用0~15V量程,則其最小分度為0.5V,為2分度儀表讀數,電流表若用0~0.6A量程,則其最小分度為0.02A,為5分度儀表讀數,這種量程讀數時讀數結果必須與其最小分度小數點位數相同,結果是最小分度的整數倍。圖1中電壓表讀數為9.5V,電流表讀數為0.16A。左圖中如指針指在第10條刻度線上,讀作5.0V。右圖中指針指在第10條刻度線上,讀作0.20A。
二、實驗器材的選擇和電路的選擇
實驗器材和電路選擇的總的原則有三:一安全、二精確、三方便。實驗器材的選擇與實驗電路密切相關,選擇器材前首先要根據實驗目的和實驗原理設計安全可靠、測量精確、操作方便的實驗電路,再根據實驗電路的需要選擇器材。
1.電表的選擇
應用全電路歐姆定律,通過估算確定電路中通過電流表的最大電流和最小電流,電壓表兩端的最大電壓和最小電壓。所選擇的電表的量程應大于最大電流和最大電壓,以確保電表的安全;選擇的電表的量程應使電表的指針擺動的幅度較大,一般應使指針能達到半偏以上,以減小讀數的偶然誤差,提高精確度。在滿足上述兩個條件以后,若不計電表內阻則應選用內阻較小的電流表和內阻較大的電壓表,以減小系統誤差。
2.變阻器的選擇
變阻器的額定電流應大于電路中通過變阻器的最大電流,以確保變阻器的安全。為滿足實驗中電流變化的需要和調節的方便,在分壓式接法中,應選用電阻較小而額定電流較大的變阻器;在限流式接法中,應選用電阻與待測電阻比較接近的變阻器。
3.電源的選擇
一般可以根據待測電阻的額定電流或額定電壓選擇符合需要的直流電源。
4.電流表內接法、外接法的選擇
而R=■時,電流表內外接法效果是一樣的。此時的被測電阻值R我們稱為臨界電阻。
5.分壓式和限流式電路的選擇
(1)由于限流式電路結構簡單,耗能小,通常情況下應優先考慮限流式接法。
(2)下面三種情況必須選擇分壓接法。
①要求被測電阻的電壓或電流從零連續調節,只有分壓電路才能滿足。
②如果采用限流接法時,無論怎樣調節,電路中電流(電壓)都會超過電表量程或電阻元件允許的最大電流(壓),那么為了保護電表或電阻元件,必須采用分壓接法。
③伏安法測電阻實驗中,若所用的變阻器阻值遠小于待測電阻阻值,采用限流式接法時,即使變阻器觸頭從一端滑至另一端,待測電阻上的電流(壓)變化也很小,這不利于多次測量求平均值或用圖像法處理數據;為了在變阻器阻值遠小于待測電阻阻值的情況下能較大范圍地調節待測電阻上的電流(壓),必須采用分壓式。
三、電路實物連線的注意事項
1.電鍵必須控制全電路;
2.電表的量程要適當,流經電表的電流要正入負出;
3.滑動變阻器的“兩端限流、三端分壓”接法,且要求在閉合電鍵前,必須保證限流接法中滑動變阻器以最大電阻接入電路,分壓接法中滑動變阻器輸出電壓端電壓為零;
4.安培表的內外接法必須正確;
5.按先串后并的原則連接器材;
6.導線不能接在滑動變阻器的支架或滑動頭上,不能穿越用電器,不能交叉。