高中電學實驗（精編版）

1、高中物理電學實驗一、 描繪小燈泡的伏安特性曲線、伏安法測電阻、測量電阻的電阻率考慮：1） 電壓表、電流表的量程的選擇；2） 電流表的內(nèi)外接；3） 滑動變阻器的分壓限、流接法：用分壓接法時，滑動變阻器應該選用阻值小的；用限流接法時，滑動變阻器應該選用阻值和被測電阻接近的；4） 電流表的內(nèi)外接產(chǎn)生誤差的原因；5） 游標卡尺與螺旋測微器讀數(shù)：游標卡尺不估讀，螺旋測微器估讀；1、實驗原理在純電阻電路中，電阻兩端的電壓與通過電阻的電流是線性關系，但在實際電路中，由于各種因素的影響， u i 圖像不再是一條直線。讀出若干組小燈泡的電壓u和電流 i ，然后在坐標紙上以u為縱軸，以i 為橫軸畫出 ui 曲線。

2、2、實驗步驟（ 1）、適當選擇電流表，電壓表的量程，采用電流表的外接法，按圖中所示的原理電路圖連接好實驗電路圖。（ 2）、滑動變阻器采用分壓接法，把滑動變阻器的滑動片調(diào)至滑動變阻器的a 端，電路經(jīng)檢查無誤后，閉合電鍵s。（ 3）、改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數(shù)i 和 u，記入記錄表格內(nèi)，斷開電鍵s；（ 4）、在坐標紙上建立一個直角坐標系，縱軸表示電流i ，橫軸表示電壓u，用平滑曲線將各點連接起來， 便得到伏安特性曲線。（ 5）、拆去實驗線路，整理好實驗器材。3、注意事項（ 1）、因本實驗要作出i u 圖線，要求測出一組包括零在內(nèi)的電壓、電流值，因此，變阻器要采用

3、分壓接法；（ 2）、本實驗中，因被測小燈泡電阻較小，因此實驗電路必須采用電流表外接法；（ 3）、電鍵閉合后，調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置，使小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）時，讀取一次電流值；調(diào)節(jié)滑片時應注意使電壓表的示數(shù)不要超過小燈泡的額定電壓；（ 4）、電鍵閉合前變阻器滑片移到圖中的a 端；（ 5）、坐標紙上建立坐標系，橫坐標所取的分度例應該適當，盡量使測量數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標紙。連線一定用平滑的曲線，不能畫成折線。4、誤差分析（ 1）、測量電路存在系統(tǒng)誤差 ，未考慮電壓表的分流，造成測得的i 值比真實值偏大；（ 2）、描繪 i u 線時作圖不準確造成的偶然誤差 。5、知

4、識延伸電流表的解法：v（ 1）內(nèi)接法：如圖所示，待測電阻的測量值r測 ： x 測a a測ru測u auru aurrr 顯 然 r>r 所以rrri測i測測xi ai rx測aax當 rx >> ra 時， rxr測 ，系統(tǒng)的相對誤差很小，可以忽略不計，所以內(nèi)接iv v法適用于測量高阻值電阻。（ 2）外接法：如圖所示，待測電阻的測量值r 測 ：v 測ir xa測ru測u測rv rxiiirr 測測vrvx測x顯然有： r<r 所 以 rrv r測r測當 r << r 時， rx0 ， rr，系統(tǒng)的相對誤差忽略，xrrrxvrx測v測1測vrv所以外接法適用于

5、測量低阻值電阻。（ 3）試觸法選擇內(nèi)、外接法：具體方法是，在如圖所示的電路中，改變電表的連接方式，拿電壓表的一個接線柱分別接觸m、n 兩點，觀察電壓表和電流表的示數(shù)變化，如果電流表變化明顯，說明電壓表內(nèi)阻對電路影響較大，應采用內(nèi)接法； 如果電壓表變化明顯，說明電流表內(nèi)阻對電路影響較大，應采用外接法?；瑒幼冏杵鞯南蘖鹘臃ê头謮航臃ǎ洪]合開負載 rl 上電壓調(diào)節(jié)電路負載 rl 上電流調(diào)關前觸電所處相同條件下消耗的范圍節(jié)范圍限p總功率位置流rl接a r0 brlulrrrri lrb 端i lr0sl0法分rlpl0l壓接法 r0a r0 b s0u l0i la 端rl(i li ap )比分壓電

6、路調(diào)節(jié)范圍較大分壓電路調(diào)節(jié)范圍大都為了保護負載電路限流電路能耗小滑動變阻器的兩種電路連接都能控制調(diào)節(jié)負載的電流和電壓，但在相同條件下調(diào)節(jié)效果不同，實際應用中要根據(jù)具體情況恰當?shù)倪x擇限流接法和分壓接法。（ 1）通常情況下（滿足安全條件）， 由于限流電路能耗較小，電路結構簡單，因此應優(yōu)先考慮。（ 2）在下列情況下必須采用分壓接法。要使某部分電路的電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只有分壓接法才能滿足。如果實驗所提供的電表量程或其它元件允許通過的最大電流很小，若采用限流接法，無論怎樣調(diào)節(jié)，電路中實際電流（或電壓）都會超過電表量程或元件允許的最大電流（或電壓），為了保護電表或其它元件， 必須采用分壓接法。伏

7、安法測電阻實驗中，當滑動變阻器的阻值遠小于待測電阻時，若采用限流接法， 待測電阻上的電流 （或電壓） 變化很小 ，不利于多次測量求平均值或用圖像處理數(shù)據(jù)，也起不到保護用電器的作用，應選用分壓接法。6、游標卡尺與螺旋測微器讀數(shù)游標卡尺 10 分度的游標卡尺。游標上相鄰兩個刻度間的距離為，比主尺上相鄰兩個刻度間距離小。讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù)，然后用游標讀出毫米位的數(shù)值：游標的第幾條刻線跟主尺上某一條刻線對齊，毫米位就讀幾（不能讀某）。其讀數(shù)準確到。 20 分度的游標卡尺。游標上相鄰兩個刻度間的距離為，比主尺上相鄰兩個刻度間距離小。讀數(shù)時先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù)，然后用游標讀出毫米以

8、下的數(shù)值：游標的第幾條刻線跟主尺上某一條刻線對齊，毫米以下的讀數(shù)就是幾乘毫米。其讀數(shù)準確到。0123456789101 2345 67 890 50 分度的游標卡尺。游標上相鄰兩個刻度間的距離為，比主尺上相鄰兩個刻度間距離小。這種卡尺的刻度是特殊的， 游標上的刻度值，就是毫米以下的讀數(shù)。這種卡尺的讀數(shù)可以準確到。如右圖中被測圓柱體的直徑為。要注意：游標卡尺都是根據(jù)刻線對齊 來讀數(shù)的，所以都 不再往下一位 估讀 。螺旋測微器固定刻度上的最小刻度為（在中線的上側）；可動刻度每旋轉一圈前進（或后退）。在可動刻度的一周上平均刻有50 條刻線，所以 相鄰兩條刻線間代表。讀數(shù)時，從固定刻度上讀取整、半毫米

9、數(shù)，然后從可動刻度上讀取剩余部分（因為是10 分度，所以在最小刻度后應再估讀一位 ），再把兩部分讀數(shù)相加，得測量值。上圖中的讀數(shù)應該是。25200515二、 電壓表和電流表改裝考慮：1） 電流表改裝并聯(lián)小電阻；2） 電壓表改裝串聯(lián)大電阻；1、電流表原理和主要參數(shù)電流表 g是根據(jù)通電線圈在磁場中受磁力矩作用發(fā)生偏轉的原理制成的，且指什偏角與電流強度i 成正比，即 ki ，故表的刻度是均勻的。電流表的主要參數(shù)有，表頭內(nèi)阻rg：即電流表線圈的電阻；滿偏電 流 i g：即電流表允許通過的最大電流值，此時指針達到滿偏；滿偏電壓u：即指針滿偏時，加在表頭兩端的電壓，故ug i grg2、半偏法測電流表內(nèi)阻

10、rg方法：合上s1，調(diào)整 r的阻值，使電轉到滿流表指針刻度，再合上開關s2， 調(diào) 整 r 的阻值（不可再改變r），使電流表指針偏轉到正好是滿刻度的一半，可以認為 rg = r。條件 :當 r 比 r大很多電流表半偏法測內(nèi)阻的誤差分析用如圖 1 所示的電路測電流表的內(nèi)阻時，設電流表的滿偏電流為，則開關i gs2 斷開時rar1gr1 iir21rra開關 s2 閉合時，有得rr1ra1 irga2rrai rrrar1顯然， rra ，即ra 的測量值小于真實值相對誤差為rar ra100%rarar1100%減小誤差為使實驗誤差較小，必須使r1ra3、電壓表的改裝（ 1）原理： u gi g

11、rg 很小，不能直接換刻度測電壓，需要串聯(lián)一個如圖所示的分壓電阻。（ 2）分壓電阻的計算：由串聯(lián)電路的特點知：ui g rgi g r則： ruru1ru1rgggi gi g rgu g因為電壓擴大表頭量程的倍數(shù)：nu所以 rn u g1 rg注：相同的表頭改裝成的不量程的電壓表串聯(lián)，指針偏轉角度相同。4、電流表的改裝（ 1）原理：i g 很小， 不能直接換刻度測電流，需要并聯(lián)一個如圖所示的分流電阻。（ 2）分流電阻的計算：由并聯(lián)電路的特點知i g rg( ii g ) r 則：ri g rg ii grg因為電流擴大表頭量程的倍數(shù)：i1i gni所以 rrgi gn1注：相同表頭改裝成量程

12、不同的電流表并聯(lián)，指針偏轉角度相同。三、 測量電源電動勢和電阻?考慮：1） 電壓表、電流表的量程的選擇；2） 電流表的內(nèi)接，即電壓表直接測量電源的路端電壓；3） 滑動變阻器、電壓表的選擇；1. 實驗原理根據(jù)閉合電路的歐姆定律，其方法有：（ 1）如圖甲所示，改變變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組u和 i 的值，由可得，。（ 2）為減小誤差，至少測出六組u和 i 值，且變化范圍要大些，然后在u i 圖中描點作圖，由圖線縱截距和斜率找出e，如圖乙所示。2. 實驗步驟（ 1）恰當選擇實驗器材，照圖連好實驗儀器，使開關處于斷開狀態(tài)且滑動變阻器的滑動觸頭滑到使接入電阻值最大的一端。（ 2）閉合開關s

13、，接通電路，記下此時電壓表和電流表的示數(shù)。（ 3）將滑動變阻器的滑動觸頭由一端向另一端移動至某位置，記下此時電壓表和電流表的示數(shù)。（ 4）繼續(xù)移動滑動變阻器的滑動觸頭至其他幾個不同位置，記下各位置對應的電壓表和電流表的示數(shù)。（ 5）斷開開關s，拆除電路。（ 6）在坐標紙上以u 為縱軸，以i 為橫軸，作出u i 圖象，利用圖象求出e、 r 。3. 實驗誤差分析（ 1）偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù) 以及作 u i 圖象時 描點 不很準確。（ 2）系統(tǒng)誤差： 系統(tǒng)誤差來源于未計電壓表分流，近似地將電流表的示數(shù)看作干路電流。實際上電流表的示數(shù)比干路電流略小。如果由實驗得到的數(shù)據(jù)作出圖中 實

14、線（ a）所示的圖象，那么考慮到電壓表的分流后，得到的u i 圖象應是圖中的虛線（ b），由此可見，按圖所示的實驗電路測出的電源電動勢，電源內(nèi)電阻。說明： 外電路 短路時 ，電流表的示數(shù) （即干路電流的測量值）等于干路電流的真實值，所以圖中 （a）、（ b）兩圖線交于短路電流處。當路端電壓（即電壓表示數(shù)）為時，由于電流表示數(shù)小于干路電流，所以（ a）、（ b）兩圖線出現(xiàn)了圖中所示的差異。4. 注意事項（ 1）電流表要與變阻器靠近，即電壓表直接測量電源的路端電壓。（ 2）選用 內(nèi)阻適當大一些的電壓表。（ 3）兩表應選擇合適的量程，使測量時偏轉角大些，以減小讀數(shù)時的相對誤差。（ 4）盡量多測幾組u

15、、i 數(shù)據(jù)（一般不少于6 組），且數(shù)據(jù)變化范圍要大些。（ 5）作 u i 圖象時，讓盡可能多的點落在直線上，不落在直線上的點均勻分布在直線兩側。5. 數(shù)據(jù)處理的方法（ 1）本實驗中，為了減小實驗誤差，一般用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，即根據(jù)各次測出的u、i 值，作 ui圖象，所得圖線延長線與u軸的交點即為電動勢e，圖線斜率的值即為電源的內(nèi)阻r ，即（ 2）應注意當電池內(nèi)阻較小時， u 的變化較小，圖象中描出的點呈現(xiàn)如圖（甲）所示狀態(tài)，下面大面積空間得不到利用，所描得的點及作出的圖線誤差較大。為此，可使縱軸不從零開始，如圖（乙）所示，把縱坐標比例放大，可使結果誤差小些。此時，圖線與縱軸的交點仍代表電源的

16、電動勢，但圖線與橫軸的交點不再代表短路狀態(tài)，計算內(nèi)阻要在直線上選取兩個相距較遠的點，由它們的坐標值計算出斜率的絕對值，即為內(nèi)阻 r 。6. 實驗儀器的選擇本實驗的系統(tǒng)誤差來源于未計電壓表的分流。為減小該誤差，需要減小電壓表的分流。減小電壓表分流的方法有二方面， 一是選取阻值范圍小的滑動變阻器，二是在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較大的電壓表。由于選用了阻值范圍小的滑動變阻器，所以電路中電流較大，因而，還需要滑動變阻器的額定電流較大。綜上所述，本實驗中滑動變阻器的選擇原則是：阻值范圍較小而額定電流較大；電壓表的選擇原則是：在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較大的；電流表的選擇需根據(jù)電源電動勢和選用的滑動變阻器來確定。四、 多用表的使用： 考慮：1） 電路電流紅表筆流入、黑表筆流出；2） 機械調(diào)零、歐姆調(diào)零操作；3） 刻度盤讀數(shù)；4） 每換一次檔位，需重新調(diào)零;5） 使用結束后將開關旋轉至off或交流高壓擋；歐姆表的改裝：（ 1）主要部件：表頭、可調(diào)電阻、電源、紅黑表筆等。電路如圖。（ 2）原理：由閉合電路歐姆定律得：i grgr0，i xrrgr0，rrxrx 與 i 不成正比，ii g 時， rx0 。（ 3）刻度盤的特點：零刻度線在最右端，從右向左讀數(shù)；刻度不均勻，前疏后密。中值電阻附近誤差小。當紅、黑表筆不接觸時（右圖），相當于