電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

1、高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)一、電表、電表的改裝1.靈敏電流表G（1）三個(gè)主要參數(shù)內(nèi)阻Rg:電流表線圈的電阻，大約幾歐到幾十歐。滿偏電流Ig:指針偏轉(zhuǎn)到最大刻度時(shí)的電流，大約幾十微安到幾毫安。滿偏電壓Ug:電流表通過(guò)Ig時(shí)兩端的電壓，大約零點(diǎn)幾伏。（2）三個(gè)參數(shù)間的關(guān)系：由歐姆定律可知Ug=IgRg注意：電表就是電阻。2.電壓表（1）電壓表的改裝電流表G 的電壓量程Ug=IgRg，當(dāng)改裝成量程為U的電壓表時(shí)，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)電阻R分去多余的電壓U-Ug，電阻R叫分壓電阻。據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)得：解得：（2）電壓表的內(nèi)阻：Rv=Rg+R3.電流表的改裝電流表G 的電壓量程Ug=IgRg，當(dāng)改裝成量程為I的電流表時(shí)

2、，應(yīng)并聯(lián)一個(gè)電阻R分去多余的電流I-Ig，電阻R叫分流電阻。據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)得：解得：（2）電流表的內(nèi)阻：RA=Rg×R/(R+Rg)4.電流表改裝成歐姆表原理：閉合電路的歐姆定律如圖所示，當(dāng)紅、黑表筆短接時(shí)，調(diào)節(jié)R，使電流表的指針達(dá)到滿偏電流，此時(shí)指針?biāo)副肀P上滿刻度處對(duì)應(yīng)兩表筆間電阻為零。這時(shí)有：當(dāng)兩表筆間接入電阻Rx時(shí)，電流表的電流為：當(dāng)Rx改變時(shí)，Ix隨著改變，將電流表表盤上Ix處標(biāo)上對(duì)應(yīng)的Rx值，就構(gòu)成了歐姆表。中值電阻：歐姆表的內(nèi)阻即為中值電阻R中R內(nèi)R+Rg+r因Ix與Rx 不是線性關(guān)系，歐姆表表盤刻度不均勻。二、滑動(dòng)變阻器的兩種接法1.限流接法如圖所示。用電器Rx的電

3、壓調(diào)節(jié)范圍：開(kāi)關(guān)閉合前，變阻器連入的電阻應(yīng)調(diào)至最大，圖中P應(yīng)在a端。電路消耗的總功率為：EI限流接法的選用原則：測(cè)量時(shí)電路中的電流或電壓沒(méi)有要求從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié)，只在小范圍內(nèi)變化，且待測(cè)電阻Rx與R接近時(shí)。電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓接法的要求時(shí)。兩種方法都滿足時(shí)優(yōu)先選用限流接法。2.分壓接法如圖所示Rx電壓調(diào)節(jié)范圍0UxE。開(kāi)關(guān)閉合前，P應(yīng)在a端。電路消耗的總功率為：EI （I為Rx中的電流）分壓接法的選用原則：測(cè)量時(shí)要求電流或電壓從零開(kāi)始連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)。待測(cè)電阻Rx遠(yuǎn)大于R，且要求電壓變化范圍較大時(shí)。采用限流接法時(shí)，電路中實(shí)際電壓或電流的最小值仍超過(guò)Rx的額定值或電表

4、量程時(shí)。三、電阻的測(cè)量1.伏安法測(cè)電阻（1）原理：部分電路的歐姆定律。（2）電流表外接法，如圖所示。誤差分析：產(chǎn)生誤差的原因：電壓表V分流。適用于測(cè)小阻值電阻，即Rx遠(yuǎn)小于Rv時(shí)。（3）電流表內(nèi)接法，如圖所示。誤差分析：產(chǎn)生誤差的原因：電流表A分壓。適用于測(cè)大阻值電阻，即Rx遠(yuǎn)大于RA時(shí)。（4）內(nèi)、外接法的選用原則計(jì)算臨界電阻：若Rx>R0，待測(cè)電阻為大電阻，用內(nèi)接法，測(cè)量值大于真實(shí)值；若Rx<R0，待測(cè)電阻為小電阻，用外接法，測(cè)量值小于真實(shí)值；即大電阻，內(nèi)接法，測(cè)量值偏大；小電阻，外接法，測(cè)量值偏小?？捎洖椋骸按髢?nèi)大、小外小”。試觸法確定內(nèi)外接法：在不知道RV、RA、RX的大致值

5、時(shí)，可用試觸法，如圖所示：觸頭分別接觸a、b兩點(diǎn)，并利用比較與大小來(lái)判斷哪個(gè)電表示數(shù)變化明顯。若電壓表V示數(shù)變化大，說(shuō)明A分壓大，應(yīng)用外接法；若電流表A示數(shù)變化大，說(shuō)明V分流大，應(yīng)用內(nèi)接法。直接扣除電表內(nèi)阻分壓或分流造成的系統(tǒng)誤差。若電壓表內(nèi)阻RV已知，則選用外接法，；若電流表內(nèi)阻RA已知，則選用外接法，；若電壓表內(nèi)阻RV和電流表內(nèi)阻RA均已知，為了減小讀數(shù)誤差，則應(yīng)考慮哪種接法能使兩表的示數(shù)同時(shí)調(diào)至較大或接近滿偏，就選用那種接法。例1：某同學(xué)欲測(cè)一電阻Rx的阻值（約為300）可供選擇的儀器有：電流表A1，量程10mA;電流表A2，量程0.6A;電壓表V1，量程3V;電壓表V2，量程15V；電

6、源電動(dòng)勢(shì)為4.5V。請(qǐng)同學(xué)們按圖接好電路，閉合S1后，把開(kāi)關(guān)S2撥至a時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩電表的指針偏轉(zhuǎn)的角度都在滿偏的4/5處；再把開(kāi)關(guān)S2撥至b時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)電表的指針偏轉(zhuǎn)幾乎不變，另一個(gè)電表的指針偏轉(zhuǎn)的角度在滿偏的3/4處；該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中所選電壓表的量程為（3V）所選電流表的量程為（10mA ）Rx的測(cè)量值為（320）2.安安法測(cè)電阻若電流表內(nèi)阻已知，則可當(dāng)作電流表、電壓表及定值電阻來(lái)使用.（1）如右圖所示，當(dāng)兩電表所能測(cè)得的最大電壓接近時(shí)，如果已知A1的內(nèi)阻R1，則可測(cè)得A2的內(nèi)阻R2=I1R1/I2.（2）如右圖所示，當(dāng)兩電表的滿偏UA2UA1時(shí)，A1串聯(lián)一電阻R0，同樣則可測(cè)得R2的內(nèi)阻R

7、2=I1（R1+R0)/I2.例2.用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻的阻值，器材如下：電流表A1（量程250mA，內(nèi)阻r1=5);標(biāo)準(zhǔn)電流表A2（量程300mA，內(nèi)阻r2約為5);待測(cè)電阻R1（阻值約為100）；滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值為10）；電源E（電動(dòng)勢(shì)約為10V，內(nèi)阻r約為1）；開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干。（1）要求方法簡(jiǎn)捷，并能測(cè)多組數(shù)據(jù)，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路原理圖，并表明代號(hào)。（2）實(shí)驗(yàn)中，需要直接測(cè)量的物理量是（ ）用測(cè)的量表示待測(cè)電阻R1的阻值的計(jì)算公式是（ ）答案：（1）原理圖如圖所示. （2）設(shè)兩電流表A1和A2的讀數(shù)為I1、I2，待測(cè)電阻R1阻值的計(jì)算公式為：3.伏伏法測(cè)電阻若電壓表內(nèi)阻已知，則可

8、當(dāng)作電流表、電壓表及定值電阻來(lái)使用。（1）如圖所示，當(dāng)兩電表的滿偏電流接近時(shí)，如果已知V1的內(nèi)阻R1，則可測(cè)得V2的內(nèi)阻R2=U2R1/U1.（2）如右圖所示，當(dāng)兩電表的滿偏電流IV2IV1時(shí)，V1并聯(lián)一電阻R0，同樣則可測(cè)得V2的內(nèi)阻例3.用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻Rx的阻值（9001000）：電源E（電動(dòng)勢(shì)約為9V，有一定內(nèi)阻）；電壓表V1（量程1.5V，內(nèi)阻r1=750);電壓表V2（量程5V，內(nèi)阻r2約為2500);滑動(dòng)變阻器R（最大阻值為100）；開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干。（1）測(cè)量中要求電壓表的讀數(shù)不小于量程的1/3，試畫(huà)出實(shí)驗(yàn)中測(cè)量電阻Rx的電路原理圖。（2）若電壓表V1的讀數(shù)為U1，V2

9、的讀數(shù)為U2，則用已知量和測(cè)的量表示待測(cè)電阻Rx的阻值的計(jì)算公式是 （2004年全國(guó)） 答案：（1）原理圖如圖所示.（2）待測(cè)電阻RX阻值的計(jì)算公式為：變式訓(xùn)練：（2010福建）如圖所示是一些準(zhǔn)備用來(lái)測(cè)量待測(cè)電阻阻值的實(shí)驗(yàn)器材，器材及其規(guī)格列表如下 為了能正常進(jìn)行測(cè)量并盡可能減少測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半，而且調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器能使電表讀數(shù)有較明顯的變化。請(qǐng)用實(shí)線代表導(dǎo)線，在所給的實(shí)驗(yàn)器材圖中選擇若干合適的器材，連成滿足要求的測(cè)量阻值的電路。本小題屬于難題，要準(zhǔn)確答題就需要對(duì)實(shí)驗(yàn)原理（伏安法、變阻器接法）、誤差分析有深刻理解。由于待測(cè)電阻約1000，要使電表讀數(shù)發(fā)生明顯變化

10、，滑動(dòng)變阻器必須使用分壓式接法。當(dāng)電源電動(dòng)勢(shì)全部加在待測(cè)電阻上時(shí)，流過(guò)的電流約為，顯然不能用電流表來(lái)測(cè)電流，而應(yīng)該把其中一個(gè)電壓表當(dāng)電流表來(lái)使用。由于兩電壓表的滿偏電流均為2mA，考慮到實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半，若使用外接法，則無(wú)論電壓表V1或V2當(dāng)電流表來(lái)使用，均不能滿足題設(shè)要求；若使用內(nèi)接法，則只有電壓表V1當(dāng)電流表來(lái)使用，才能滿足題設(shè)要求，如圖所示。4.電阻箱或定值電阻當(dāng)電表用（1）電阻箱作電壓表用，如圖所示：可測(cè)得電流表A2的內(nèi)阻R2（I1-I2)R/I2圖中電阻箱R可測(cè)得電壓為（I1-I2)R（2）電阻箱作電流表用如圖所示，若已知R及RV,則測(cè)得干路電流為：5.比較法

11、測(cè)電阻如圖所示，測(cè)得電阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示數(shù)I1、I2，可得Rx=I2R1/I1.若考慮電表內(nèi)阻的影響，則I1(Rx+RA1)=I2(R1+RA2)6.替代法測(cè)電阻如圖所示，S接1，調(diào)節(jié)R2，讀出電流表示數(shù)為I；S接2，保持R2不變，調(diào)節(jié)電阻箱R1，使電流表示數(shù)也為I。由上可得：RX=R1該方法的優(yōu)點(diǎn)是消除了電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響缺點(diǎn)是電阻箱內(nèi)阻不可以連續(xù)調(diào)節(jié)。 7.半偏法測(cè)電阻（1）半偏法測(cè)電流表內(nèi)阻方法一：如圖所示，測(cè)電流表G的內(nèi)阻：將電阻箱R的電阻調(diào)到0；閉合S調(diào)節(jié)R0，使電流表G達(dá)到滿偏電流I0；保持R0不變，調(diào)節(jié)R使電流表G示數(shù)為I0/2；由上可得RG=R注意：當(dāng)RG

12、R0時(shí)，測(cè)量誤差小，此方法適合測(cè)大阻值電流表內(nèi)阻，且測(cè)量值偏大方法二：如圖所示測(cè)量電流表A的內(nèi)阻斷開(kāi)S2，閉合S1，調(diào)節(jié)R0，使A表滿偏為I0;保持R0不變，閉合S2，調(diào)節(jié)R，使電流表讀數(shù)為I0/2；由上得RA=R注意：當(dāng)R0RA時(shí)，測(cè)量誤差小，此方法適合測(cè)小阻值電流表內(nèi)阻，且測(cè)量值偏小。電源電動(dòng)勢(shì)宜大一些。（2）半偏法測(cè)電壓表內(nèi)阻方法一：如圖所示，測(cè)電壓表V的內(nèi)阻：閉合S,將電阻箱R的電阻調(diào)到R1時(shí)，測(cè)得電壓表V示數(shù)為U1；調(diào)節(jié)電阻箱阻值為R2，使電壓表V的示數(shù)為U1/2；由上可得RV=R2-2R1方法二：如圖所示，測(cè)電壓表V的內(nèi)阻：將滑動(dòng)變阻器的畫(huà)片P滑到最右端，電阻箱R的阻值調(diào)到最大；閉

13、合S1、S2，調(diào)節(jié)R0，使電壓表示數(shù)指到滿刻度；打開(kāi)S2，保持R0不變，調(diào)節(jié)R，使電壓表示數(shù)指到滿刻度的一半；由上可得RV=R8.歐姆表測(cè)電阻機(jī)械調(diào)零 選檔 歐姆調(diào)零測(cè)電阻Rx. 改換檔位 重新歐姆調(diào)零 測(cè)電阻注意：待測(cè)電阻的讀數(shù)應(yīng)為表盤讀數(shù)乘以倍數(shù)，指針應(yīng)指在表盤刻度的1/32/3的部分，否則需換擋，換擋后需重新歐姆調(diào)零。9.消除電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響例4.伏安法測(cè)電阻電路由于電表內(nèi)阻的影響，不論電表內(nèi)接還是外接都存在系統(tǒng)誤差，為消除系統(tǒng)誤差而設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電路如圖所示，完成下列實(shí)驗(yàn)步驟并寫(xiě)出待測(cè)電阻Rx的表達(dá)式。先將S1閉合。 將S2與1閉合，調(diào)節(jié)R，讀出電壓表讀數(shù)U1，安培表讀數(shù)I1根據(jù)上

14、述測(cè)量結(jié)果，算出Rx 答案：將S2與2閉合，調(diào)節(jié)R，讀出電壓表讀數(shù)U2，電流表讀數(shù)I2變式訓(xùn)練：伏安法測(cè)電阻電路由于電表內(nèi)阻的影響，不論電表內(nèi)接還是外接都存在系統(tǒng)誤差，為消除系統(tǒng)誤差而設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電路如圖所示，完成下列實(shí)驗(yàn)步驟并寫(xiě)出待測(cè)電阻Rx的表達(dá)式。先將S2斷開(kāi)、S1閉合。 調(diào)節(jié)R、R0，使兩表均有較大示數(shù)，讀出電壓表讀數(shù)U1，安培表讀數(shù)I1根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果，算出Rx 答案：將S2閉合，調(diào)節(jié)R，讀出電壓表讀數(shù)U2，電流表讀數(shù)I2四、實(shí)物圖連線要求：導(dǎo)線不能有交叉、分支，導(dǎo)線必須接在接線柱上；電表的正負(fù)極與電源的正負(fù)極不能接錯(cuò)。例5.為了測(cè)量一個(gè)“12V、5W”的小燈泡的不同電壓下的功率，給定

15、了以下器材： 電源：12V，內(nèi)阻不計(jì)；電流表：00.6A，03A，內(nèi)阻可忽略； 電壓表：03V，015V，內(nèi)阻很大； 滑動(dòng)變阻器；阻值范圍020，允許最大電流1A； 開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。 實(shí)驗(yàn)時(shí)要求加在燈泡兩端的電壓可從0V調(diào)到12V.請(qǐng)?jiān)谟铱蛑挟?huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖.按畫(huà)出的電路圖，在下面圖3的實(shí)物圖上連接.某位同學(xué)測(cè)得小燈泡的伏安特性曲線如圖4所示。某次測(cè)量時(shí)，電流表指針位置如圖5所示，電流表讀數(shù)為 A，此時(shí)小燈泡的實(shí)際功率為 W。答案：電路圖如右圖所示 電流表選0.6A量程，電壓表選15V量程 。實(shí)物圖連接如下圖所示：0.40 2.4 練習(xí)：1.現(xiàn)有器材：電壓表（量程3V，內(nèi)阻約幾千歐），電壓表

16、（量程15V，內(nèi)阻約幾十千歐），定值電阻（3.0k ），滑動(dòng)變阻器R（01750 ），直流電源（約6V，內(nèi)阻不計(jì)），開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干，要求利用這些器材測(cè)量電壓表的電阻值（1）在方框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖（2）用已知量和直接測(cè)得量表示的電壓表內(nèi)阻的表達(dá)式為r _式中各直接測(cè)得量的意義是：_【答案】 U1為電壓表V1的示數(shù)，U2為電壓表V2的示數(shù) 2.用伏安法測(cè)定一個(gè)阻值約1k的電阻，要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確（1）下列器材中應(yīng)選用的是（用字母代號(hào)表示）A電池組（6V，內(nèi)阻很?。〣電流表（010mA，內(nèi)阻約10） C電流表（01mA，內(nèi)阻約100）D電壓表（03V，內(nèi)阻約5k）E電壓表（06V，內(nèi)阻約10k）F

17、滑動(dòng)變阻器（020，1A）G滑動(dòng)變阻器（0200，0.3A）H開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線（2）在方框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。（3）將實(shí)物連接成實(shí)驗(yàn)電路?！敬鸢浮浚?）ABEFH（2）電路圖注意：分壓式和外接法（3）如圖所示3.在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)中，采用的儀器有：電源E（電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)）；額定電壓4.0V的小燈泡L；電流表A（量程0.6A，內(nèi)阻約2）；電壓表表V（量程5V，內(nèi)阻約15k）；滑動(dòng)變阻器R（最大阻值15）；開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)中要求加在小燈泡上的電壓從零到小燈泡的額定電壓連續(xù)可調(diào)。I在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，連成的實(shí)物電路圖如下：請(qǐng)你指出上述實(shí)驗(yàn)電路圖中的錯(cuò)誤之處： 請(qǐng)你在虛線方框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)

18、所用的正確電路原理圖。 如圖所示為某同學(xué)根據(jù)正確的實(shí)驗(yàn)電路圖所測(cè)的幾組數(shù)據(jù)畫(huà)出的IU圖象。圖象是一條曲線而不是直線的原因是 ；從圖象中可求得小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻是 ?！敬鸢浮縄電流表沒(méi)有接成外接電路 滑動(dòng)變阻器沒(méi)有接成分壓電路。 見(jiàn)下圖 燈絲電阻隨溫度而改變（燈絲電阻隨I或隨U改變亦可）10（9.5到10.5之間都給分）4使用萬(wàn)用電表歐姆擋測(cè)電阻時(shí)：測(cè)量前應(yīng)檢查指針是否停在“W”刻度線的“”處；每一次換檔位，都要重新進(jìn)行一次“歐姆調(diào)零”；在外電路，電流是從黑表筆流經(jīng)被測(cè)電阻到紅表筆的。測(cè)量時(shí)，若指針偏轉(zhuǎn)很小(靠近附近)，應(yīng)換倍率較大的檔位再測(cè)。以上做法正確的是（ C ）ABCD 5.測(cè)量電流表內(nèi)阻的電路圖如圖所示，實(shí)驗(yàn)的操作步驟如下： 將電阻箱R的電阻調(diào)到零；閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1的滑片，使得電流表達(dá)到滿偏電流I0； 保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱的電阻，使得電流表的示數(shù)為I0/2； 讀出電阻箱的電阻值Rx，可以認(rèn)為電流表的內(nèi)阻rRx。關(guān)于此實(shí)驗(yàn)的操作方面：（1）請(qǐng)用鉛筆線代表導(dǎo)線，將示意圖中的實(shí)物連成測(cè)量電路。（2）已知電流表的量程是2mA，內(nèi)阻約