【知识点详解】
1. 测量电池电动势和内阻:
在这个创新实验中,目的是测量旧电池的电动势E和内阻r。实验电路采用伏安法,需要选择合适的器材。电压表V2应该选择量程更大的,即B(0~15V,内阻约为15kΩ),因为电池电动势可能接近12V,避免超量程。定值电阻应选择额定电流较大的D(阻值10Ω,额定电流3A),以确保安全。在闭合开关前,滑动变阻器应置于a端,这是因为这样可以使得电路初始电阻最大,保护电路。由欧姆定律,旧电池电动势E和内阻r的关系式为E=U1+U2/R2,其中U1是电压表V1的示数,U2是电压表V2的示数。根据U1-U2图线,可以求得E和r的具体数值。
2. 测量电线电阻率:
实验中,要检测铜电线的电阻率是否合格。通过螺旋测微器测量直径d,图示中的读数是d=0.8mm+0.01mm=0.81mm。测量电路中,P应为电源A,N应为电阻箱R,因为电阻箱可以调节阻值,以便测量。电压表V1与铜电线串联,读出电压,电压表V2与电阻箱并联,读出电流。由于电压表与电阻箱并联,会分去一部分电流,导致测量的电阻值比真实值偏大。通过图象计算得到的电阻值,进而可算出电阻率,如果远大于纯铜的正常电阻率,可能是铜材质量不合格或者横截面积过小。
3. 自制欧姆表:
实验中,目标是测量约200Ω的电阻。为了测量电源电动势,应选择R1=50Ω的定值电阻和R4(阻值范围0~500Ω)的滑动变阻器,因为它们能提供较大的动态范围。通过I1和I2的读数,可以计算出电动势E=1.40V。改造成欧姆表后,M应为红表笔,表笔连接电流计的负极。读数如图(c),欧姆表的内阻为200Ω,电流为0.54mA,所以待测电阻Rx=200Ω/(0.54mA/1mA)=370Ω。
4. 多功能测量电路:
此电路设计用于测量电源电动势和内阻以及定值电阻的阻值。与电流表A2串联的定值电阻应选择R1=1000Ω,因为它的内阻与电流表A2的内阻接近,可以进行精确的电流测量。为了测量电源参数,滑动变阻器置于最右端,电流表A1读出总电流,A2读出通过R1的电流,通过欧姆定律和电路分析,可以得到电源电动势和内阻。对于测量Rx,调节滑动变阻器,通过电流表读数,利用欧姆定律计算Rx的阻值。
这些实验都涉及到电学的基本测量方法,包括伏安法、电阻的测量、电动势和内阻的测定,以及欧姆表的制作与使用。在实验设计中,选择合适的仪器、理解电路原理以及正确解读测量结果是至关重要的。