電學實驗專題一

1、電學實驗專題一 定值電阻的測量(包括金屬電阻率的測量) 電阻的測量 非線性電阻測量（小燈泡伏安特性曲線的描繪） 電表(電流表和電壓表)內(nèi)阻的測量 電源內(nèi)阻的測量其中，電阻的測量（包括變形如電表內(nèi)阻的測量）、測電源的電動勢與內(nèi)電阻是考查頻率較高的實驗。它們所用到的原理公式為：。由此可見，對于電路中電壓U及電流I的測量是實驗的關鍵所在，但這兩個量的直接測量和間接測量的方法卻多種多樣，在此往往也是高考試題的著力點之處。因此復習中應熟練掌握基本實驗知識及方法，做到以不變應萬變?；A回顧（一）電學實驗中所用到的基本知識1電路設計原則：正確地選擇儀器和設計電路的問題，有一定的靈活性，解決時應掌握和遵循一些

2、基本的原則，即“安全性”、“方便性”、“精確性”原則，兼顧“誤差小”、“儀器少”、“耗電少”等各方面因素綜合考慮，靈活運用。正確性：實驗原理所依據(jù)的原理應當符合物理學的基本原理。安全性：實驗方案的實施要安全可靠，實施過程中不應對儀器及人身造成危害。要注意到各種電表均有量程、電阻均有最大允許電流和最大功率，電源也有最大允許電流，不能燒壞儀器。方便性：實驗應當便于操作，便于讀數(shù)，便于進行數(shù)據(jù)處理。精確性：在實驗方案、儀器、儀器量程的選擇上，應使實驗誤差盡可能的小。2電學實驗儀器的選擇：根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程，然后合

3、理選擇量程，務必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般要大于滿偏度的1/3），以減少測讀誤差。根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍選擇滑動變阻器，注意流過滑動變阻器的電流不超過它的額定值，對大阻值的變阻器，如果是滑動頭稍有移動，使電流、電壓有很大變化的，不宜采用。應根據(jù)實驗的基本要求來選擇儀器，對于這種情況，只有熟悉實驗原理，才能作出恰當?shù)倪x擇?？傊?，最優(yōu)選擇的原則是：方法誤差盡可能??；間接測定值盡可能有較多的有效數(shù)字位數(shù)，直接測定值的測量使誤差盡可能小，且不超過儀表的量程；實現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié)；在大功率裝置（電路）中盡可能節(jié)省能量；在小功率電路里，在不超過用電器額定值的前提下，適當提高電流、電壓值，以提高測

4、試的準確度。3測量電路的選擇電流表的內(nèi)、外接問題：（甲）所示電路為電流表外接電路（簡稱外接法）；（乙）所示電路為電流表內(nèi)接電路（簡稱內(nèi)接法）。兩種接法的選擇可按下列方法進行：方法一：設電流表、電壓表內(nèi)阻分別為、，被測電阻為，則當<時，電壓表分流作用小，應選用外接法當>時，電流表分壓作用小，應選用內(nèi)接法當=時，電流表分壓作用和電壓表分流作用相差不大，兩種方法均可。方法二：在、均不知的情況下，可采用試觸法。如圖所示，分別將a端與b、c接觸，如果前后兩次電流表示數(shù)比電壓表示數(shù)變化明顯，說明電壓表分流作用大，應采用內(nèi)接法；如果前后兩次電壓表示數(shù)比電流表示數(shù)變化明顯，說明電流表分壓作用大，應

5、采用外接法?；瑒幼冏杵鞯姆謮骸⑾蘖鹘臃ǎ簽榱烁淖儨y量電路（待測電阻）兩端的電壓（或通過測量電路的電流），常使滑動變阻器與電源連接作為控制電路，滑動變阻器在電路中主要有兩種連接方式：如圖（甲）為滑動變阻器的限流式接法，為待測電阻。它的接線方式是電源、滑動變阻器與待測電阻三者串聯(lián)。對待測電阻供電電壓的最大調(diào)節(jié)范圍是：(是待測電阻，R是滑動變阻器的總電阻，不計電源內(nèi)阻)。如圖（乙）是滑動變阻器的分壓式接法。接線方式是電源與滑動變阻器組成閉合電路，而被測電路與滑動變阻器的一部分電阻并聯(lián)，該接法對待測電阻供電電壓的調(diào)節(jié)范圍是：（不計電源內(nèi)阻時）。選取接法的原則：要求負載上電壓或電流變化范圍大，且從零開始

6、連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法。負載電阻Rx遠大于滑動變阻器總電阻R時，須用分壓式接法，此時若采用限流式接法對電路基本起不到調(diào)節(jié)作用。 采用限流電路時，電路中的最小電流（電壓）仍超過電流表的量程或超過用電器的額定電流（電壓）時，應采用變阻器的分壓式接法。負載電阻的阻值Rx小于滑動變阻器的總電阻R或相差不大，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零開始起調(diào)，可用限流式接法。兩種電路均可使用時應優(yōu)先用限流式接法，因為限流電路結(jié)構簡單，總功率較小?；瑒幼冏杵鞯拇终{(diào)和微調(diào)作用：在限流電路中，全電阻較大的變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較小的變阻器起微調(diào)作用。在分壓電路中，全電阻較小的變阻器起粗調(diào)作用，全電阻較大的變阻器

7、起微調(diào)作用。4實物圖的連接：實物圖連線應掌握基本方法和注意事項。注意事項：連接電表應注意量程選用正確，正、負接線柱不要接錯。各導線都應接在接線柱上，不應在導線中間出現(xiàn)分叉。對于滑動變阻器的連接，要搞清楚接入電路的是哪一部分電阻，在接線時要特別注意不能將線接到滑動觸頭上?；痉椒ǎ寒嫵鰧嶒炿娐穲D。分析各元件連接方式，明確電流表與電壓表的量程。畫線連接各元件。(用鉛筆畫線，以便改錯)連線方式應是單線連接，連線順序應先畫串聯(lián)電路，再畫并聯(lián)電路。一般先從電源正極開始，到電鍵，再到滑動變阻器等。按順序以單線連接方式將干路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來；然后連接支路將要并聯(lián)的元件再并聯(lián)到電路中去。連接完畢，應

8、進行檢查，檢查電路也應按照連線的方法和順序。重、難點剖析（二）定值電阻的測量方法1. 利用所學知識,尋找所測物理量與其他量的關系,每種關系即為一種實驗原理 如: 方法1 歐姆定律 方法2 串聯(lián)電路分壓原理 方法3 并聯(lián)電路分流原理方法4 電路替換等效規(guī)律2. 伏安法基本原理：伏安法測電阻的基本原理是歐姆定律，只要測出元件兩端電壓和通過的電流，即可由歐姆定律計算出該元件的阻值。測量電路的系統(tǒng)誤差控制： （1）當遠大于時，電流表內(nèi)接；當臨界阻值時，采用電流表的內(nèi)接；當采用電流表內(nèi)接時，電阻測量值大于真實值，即（如圖1所示）。（2）當遠小于時，電流表外接；當臨界阻值時，采用電流表的外接；當采用電流表

9、外接時，電阻的測量值小于真實值，即（如圖2所示）。二. 伏安法測電阻基本情景變式 1. 無電流表。根據(jù)伏安法測電阻的基本原理可知，無電流表時只要找到能夠等效替代電流表的其他器材即可，比如：（1）已知電阻與理想電表并聯(lián)替代電流表（如圖5所示）；（2）用已知內(nèi)阻的電壓表替代電流表（如圖6所示）；（3）無電流表時的半偏法（測量電壓表內(nèi)阻）（如圖8所示）。 2. 無電壓表。根據(jù)伏安法測電阻的基本原理可知，無電壓表時只要找到能夠等效替代電壓表的其他器材即可，比如：（1）已知電阻與理想電流表串聯(lián)替代電壓表（如圖9所示）； （2）無電壓表時的等效替代法（如圖10所示）；（3）無電壓表時的半偏法（測表頭內(nèi)阻）

10、（如圖11所示）。3電流表 電壓表的量程不合適，則如有電阻箱或定值電阻可以擴大量程4. 電流表或電壓表的內(nèi)阻已知5.把實驗題當作計算題處理。 （1）根據(jù)閉合電路歐姆定律列方程求解待測量；（2）根據(jù)歐姆定律的變式求解電阻。在利用伏安法測電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，只要測出外電路的電壓變化量和電流的變化量（外電壓的變化量始終等于內(nèi)電壓的變化量），就可以求出電源的內(nèi)阻。6.電表內(nèi)阻的測量方法1電流表、電壓表各一只，可以測量它們的內(nèi)阻2兩只同種電表，若知道一只的內(nèi)阻，就可以測另一只的內(nèi)阻3兩只同種電表內(nèi)阻都未知，則需要一只電阻箱才能測定電表的內(nèi)阻重、難點突破、根據(jù)原理設計合理的電路【例題1】在某校開展

11、的科技活動中，為了要測出一個未知電阻的阻值Rx，現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)不準的電流表A、定值電阻R0、電阻箱R1、滑動變阻器R2、單刀單擲開關S1、單刀雙擲開關S2、電源和導線。畫出實驗電路圖，并在圖上標出你所選用器材的代碼。寫出主要的實驗操作步驟?！窘馕觥繉嶒炿娐啡缬覉D所示。將S2與Rx相接，記下電流表指針所指位置。將S2與R1相接，保持R2不變，調(diào)節(jié)R1的阻值，使電流表的指針指在原位置上，記下R1的值，則RxR1?！纠}2】用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值（9001000）：電源E，具有一定內(nèi)阻，電動勢約為9.0V；電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1750；電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r22

12、500；滑動變阻器R，最大阻值約為100；單刀單擲開關K，導線若干。測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1/3，試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖?！窘馕觥咳鐖D所示【例題3】（2000年全國）從下表中選出適當?shù)膶嶒炂鞑?，設計一電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。在虛線方框中畫出電路圖，標明所用器材的代號。器材（代號）規(guī) 格電流表（A1）量程10mA，內(nèi)阻r1待測（約40）電流表（A2）量程500A，內(nèi)阻r2=750電壓表（V）量程10V，內(nèi)阻r3=10電阻（R1）阻值約100，作保護電阻用滑動變阻器（R）總阻值約50電池（E）電動勢1.5V

13、，內(nèi)阻很小導線若干，電鍵K若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算r1，則所用的表達式為r1=_，式中各符號的意義是_?！窘馕觥咳鐖D所示。，I1表示通過電流表A1的電流，I2表示通過電流表A2的電流，r2表示電流表A2的內(nèi)阻?！緜淇继崾尽吭诤芏嗲闆r下，電壓表和電流表（已知內(nèi)阻）的功用可以互換。有時利用一塊電表配合定值電阻也可以完成功能的互換。實際上就是部分電路歐姆定律的變形運用。在處理時，一定要明確原理，靈活運用?！纠}4】有一電阻Rx，其阻值在100200之間，額定功率為0.25W。要用伏安法較準確地測量它的阻值，實驗器材有：安培表A1，量程為50mA，RA1=100安培表A2，量程為1A，RA2=20電

14、壓表V1，量程為5V，RV1=10k電壓表V2，量程為15V， RV2=30k 變阻器R1，變阻范圍020 ，2A變阻器R2，變阻范圍01000，1A9V電源，電鍵，導線。實驗中應選用的電流表、電壓表、變阻器分別是： 。 畫出所用實驗電路圖。【解析】允許通過電阻中電流可能的最大值由：得，。因為電阻可能為200，所以通過被測電阻的電流的最大值可能是35mA，應用電流表的示數(shù)來控制通過電阻的電流，因此，電流表應選A1。又因為,所以 。因為電阻可能為100，所以允許加在電阻兩端的電壓的最大值可能是5V，應用電壓表的示數(shù)來控制加在電阻兩端的電壓，因此電壓表應選V1。因為R1 R2,且2A35mA, 所

15、以應選變阻器R1。因為R1Rx 所以滑動變阻器連接方式應選用分壓電路。因為<, 所以應選用外接電路。實驗所用電路如圖所示【例題5】有一電阻Rx，其阻值在100200之間，額定功率為1W。要較準確地測量它的阻值，實驗器材有：安培表A1，量程為100mA，RA1=100安培表A2，量程為1A，RA2=20電壓表V1，量程為5V，RV1=10k變阻器R1，變阻范圍020 ，2A變阻器R2，變阻范圍01000，1A定值電阻R3=20K定值電阻R4=1015V電源，電鍵，導線。實驗中應選用的電流表、變阻器分別是： 。 畫出所用實驗電路圖?！纠}6】用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值(約100)：

16、電源E，電動勢約為6.0v，內(nèi)阻可忽略不計； 電流表A1，量程為050mA，內(nèi)阻r1=20； 電流表A2，量程為0300mA，內(nèi)阻r2約為4; 定值電阻R0阻值為20； 滑動變阻器R，最大阻值為10； 單刀單擲開關s，導線若干。 (1)要求測量中盡量減小誤差，并測多組數(shù)據(jù)，試在虛線框中畫出測量電阻 Rx的一種實驗電路原理圖(原理圖中的元件要用相應的英文字母標注) (2)若某次測量中電流表A1的示數(shù)為I1,電流表A2的示數(shù)為I2,則由已知量和測量量計算Rx的表達式為Rx= 。二、實驗數(shù)據(jù)分析（包括誤差分析和規(guī)律分析）與應用【例題7】某同學設計了一個如圖甲所示的實驗電路，用以測定電源電動勢和內(nèi)阻，

17、使用的實驗器材為：待測干電池組（電動勢約3 V）、電流表（量程0.6 A，內(nèi)阻小于1 ）、電阻箱（099.99 ）、滑動變阻器（010 ）、單刀雙擲開關、單刀單擲開關各一個及導線若干?？紤]到干電池的內(nèi)阻較小，電流表的內(nèi)阻不能忽略。該同學按圖甲連線，通過控制開關狀態(tài)，測得電流表內(nèi)阻約為0.20 。試分析該測量產(chǎn)生誤差的原因是_。簡要寫出利用圖甲所示電路測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗步驟：_ ；_ ；圖乙是由實驗數(shù)據(jù)繪出的圖象，由此求出待測干電池組的電動勢E_V、內(nèi)阻r_ 。（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）【解析】由測定電源電動勢和內(nèi)阻實驗的原理知，此種接法出現(xiàn)誤差的原因是電流表的分壓作用。而，圖線的斜率

18、表示電源電動勢的倒數(shù)，據(jù)此得出電動勢E2.81V, 內(nèi) 阻 r2.33。若不能正確理解圖象的物理意義，則無法得出正確的答案。因此對于實驗中處理數(shù)據(jù)的圖像的意義，一定要分析清楚?！敬鸢浮坎⒙?lián)電阻箱后線路總阻值減小，從而造成總電流增大 調(diào)節(jié)電阻箱R，斷開開關K，將開關 S接D，記錄電阻箱的阻值和電流表示數(shù)；斷開開關D，再次調(diào)節(jié)電阻箱R，將開關S接D，記錄電阻箱的阻值和電流表示數(shù) 2.81、2.33 【例題8】某同學用如圖所示電路，測繪標有“3.8 V,0.3 A”的小燈泡的燈絲電阻R隨電壓U變化的圖象。除了導線和開關外，有以下一些器材可供選擇：電流表：A 1(量程100 mA,內(nèi)阻約2) A2 (

19、量程0.6 A,內(nèi)阻約0.3)電壓表：V1(量程5 V,內(nèi)阻約5) V2(量程15 V,內(nèi)阻約15) 電源：E1(電動勢為1.5 V，內(nèi)阻為0.2) E2(電動勢為4 V，內(nèi)阻約為0.04)為了調(diào)節(jié)方便，測量準確，實驗中應選用電流表_，電壓表_，滑動變阻器_，電源_。(填器材的符號)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算并描繪出R-U的圖象如圖所示。由圖象可知，此燈泡在不工作時，燈絲電阻為_；當所加電壓為3.00 V時，燈絲電阻為_，燈泡實際消耗的電功率為_W。根據(jù)R-U圖象，可確定小燈泡耗電功率P與外加電壓U的關系，符合該關系的示意圖是下列圖中的_。【解析】對器材的選用應以安全、實用為原則。小燈泡的額定電壓和額

20、定電流分別為3.8V和0.3A，故電壓表應選V1，電流表A2；由于是分壓接法，故滑動變阻器應選R1，便于調(diào)節(jié)，電源應選E2。由圖象可看出：U0時，小燈泡不工作，對應電阻為1.5，當U3.0V時，對應的電阻為11.5。此時，燈泡實際消耗的功率P0.78W。由RU圖線可看出，隨U的增大，電阻的變化越來越小，而P，隨U的變化，功率P的變化將更加明顯，故選A?！纠}9】小燈泡燈絲的電阻會隨溫度的升高而變大。某同學為研究這一現(xiàn)象，用實驗得到如下數(shù)據(jù)（I和U分別表示小燈泡上的電流和電壓）：I ( A )0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50U (V )0.200.

21、400.600.801.001.201.401.601.802.00在左下框中畫出實驗電路圖。 可用的器材有：電壓表、電流表、滑線變阻器（變化范圍0 10 ）、電源、小燈泡、電鍵、導線若干。在右圖中畫出小燈泡的U I 曲線。如果將本題中的小燈泡接在電動勢是1.5V，內(nèi)阻是2.0 的電池兩端，小燈泡的實際功率是多少？（簡要寫出求解過程；若需作圖，可直接畫在第小題的方格圖中）針對練習1.用下列器材組裝成描繪電阻R伏安特性曲線的電路，請將實物圖連線成為實驗電路。 微安表A(量程200A，內(nèi)阻約200)； 電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約10K)； 電阻R (阻值約20k)； 滑動變阻器R (最大阻值50，