高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)描繪小燈泡的伏安特性曲線、伏安法測(cè)電阻、測(cè)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(dòng)變阻器的分壓限、流接法：用分壓接法時(shí)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選用阻值小的；用限流 接法時(shí)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選用阻值和被測(cè)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(biāo)卡尺與螺旋測(cè)微器讀數(shù)：游標(biāo)卡尺不估讀，螺旋測(cè)微器估讀;1、實(shí)驗(yàn)原理在純電阻電路中，電阻兩端的電壓與通過(guò)電阻的電流是線性關(guān)系，但在實(shí)際電路中，由于各種因素的影響，UHI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(biāo)紙上以 U為縱軸，以I為橫軸畫出UI曲線。2、實(shí)驗(yàn)步驟(1)、適

2、當(dāng)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(shí)驗(yàn)電路圖。(2)、滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片調(diào)至滑動(dòng)變阻器的A端，電路經(jīng)檢查無(wú)誤后，閉合電鍵 S。(3)、改變滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片的位置，讀出幾組相應(yīng)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(biāo)紙上建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，縱軸表示電流I ,橫軸表示電壓U,用平滑曲線將各點(diǎn)連接起來(lái),便得到伏安特性曲線。(5)、拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。3、注意事項(xiàng)(1)、因本實(shí)驗(yàn)要作出IU圖線，要求測(cè)出一組包括零在內(nèi)的電壓、電流值，因此，變阻器要采用分壓 接法；(2)、本實(shí)驗(yàn)中，因被測(cè)小

3、燈泡電阻較小，因此實(shí)驗(yàn)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(gè)定值(如0.5V)時(shí)，讀取一次電流值；調(diào)節(jié)滑片時(shí)應(yīng)注意使電壓表的示數(shù)不要超過(guò)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(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)所取的分度例應(yīng)該適當(dāng)，盡量使測(cè)量數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標(biāo)紙。連線一定用平滑的曲線，不能畫成折線。4、誤差分析(1)、測(cè)量電路存在 系統(tǒng)誤差，未考慮電壓表的分流，造成測(cè)得的I值比真實(shí)值偏大；(2)、描繪IU線時(shí)作圖不準(zhǔn)確造成的 偶然誤差。5、知識(shí)延伸5.1 電流表的解法：(1)內(nèi)接法：如圖所示

4、，待測(cè)電阻的測(cè)量值Ua Ur Ua Ur1 測(cè) I A I RRARx顯然R測(cè),Rx所以RxR測(cè)Ra當(dāng)Rx>>RA時(shí)，Rx R測(cè)，系統(tǒng)的相對(duì)誤差很小，可以忽略不計(jì)，所以內(nèi)接法適用于測(cè)量高阻值電阻。(2)外接法：如圖所示，待測(cè)電阻的測(cè)量值%UjOuRx劃 IhT IV IR Rv Rx顯然有：Rs< Rx所以Rx"R測(cè)RvR測(cè)當(dāng)Rx<<R/時(shí)，00R；Rx所以外接法適用于測(cè)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(gè)接線柱分別接觸 M N兩點(diǎn)，觀察電壓表和電流表的示數(shù)變化，如果電流表變化明顯，

5、說(shuō)明電壓表內(nèi)阻對(duì)電路影響較大，應(yīng)采用內(nèi)接法；如果電壓表變化明顯， 說(shuō)明電流表內(nèi)阻對(duì)電路影響較大，應(yīng)采用外接法。5.2滑動(dòng)變阻器的限流接法和分壓接法:電路負(fù)載Rl上電壓調(diào)節(jié)范圍負(fù)載Rl上電流調(diào)節(jié)范圍閉合開 美前觸 電所處 ag相同條件 下消耗的 總功率限 流 接 法,_,r2tp 4,Rla R0be r0S-Rl-UlRlRoI L RlR0Rlb端IL分 壓 接 法|a Ro b| I ro S0 U L0 IL R rla端(IL Iap)比較分壓電路調(diào)節(jié)范圍 大分壓電路調(diào)節(jié)范圍 大都為了 保護(hù)負(fù) 載電路限流電路 能耗小滑動(dòng)變阻器的兩種電路連接都能控制調(diào)節(jié)負(fù)載的電流和電壓，但在相同條件下調(diào)

6、節(jié)效果不同，實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況恰當(dāng)?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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此應(yīng)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(shí)驗(yàn)所提供的電表量程或其它元件允許通過(guò)的最大電流很小，若采用限流接法，無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)，電路中實(shí)際電流(或電壓)都會(huì) 超過(guò)電表量程或元件允許的最大電流(或電壓)，為了保護(hù)電表或其它元件,必須采用分壓接法。伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻時(shí)，若采用限流接法，待測(cè)電阻上的電流（或電壓）變化很小，不利于多次測(cè)量求平均值或用圖像處

7、理數(shù)據(jù)，也起不到保護(hù)用電器的作用，應(yīng)選用分壓接法。6、游標(biāo)卡尺與螺旋測(cè)微器讀數(shù)6.1 游標(biāo)卡尺（1）10分度的游標(biāo)卡尺。游標(biāo)上相鄰兩個(gè)刻度間的距離為0.9mm,比主尺上相鄰兩個(gè)刻度間距離小0.1mm。讀數(shù)時(shí)先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù)，然后用游標(biāo)讀出0.1毫米位的數(shù)值：游標(biāo)的第幾條刻線跟主尺上某一條刻線對(duì)齊，0.1毫米位就讀幾（不能讀某）。其讀數(shù)準(zhǔn)確到 0.1mm。20分度的游標(biāo)卡尺。游標(biāo)上相鄰兩個(gè)刻度間的距離為0.95mm,比主尺上相鄰兩個(gè)刻度間距離小0.05mm。讀數(shù)時(shí)先從主尺上讀出厘米數(shù)和毫米數(shù)，然后用游標(biāo)讀出毫米以下的數(shù)值：游標(biāo)的第幾條刻線跟主尺上某一條刻線對(duì)齊，毫米以下的讀數(shù)就是幾乘

8、0.05毫米。其讀數(shù)準(zhǔn)確到 0.05mm o50分度的游標(biāo)卡尺。游標(biāo)上相鄰 兩個(gè)刻度間的距離為0.98mm ,比主尺上相鄰兩個(gè)刻度間距離小0.02mm。這種卡尺的刻度是特殊的，游標(biāo)上的刻度值，就是毫非以工的讀數(shù)葭這種卡尺的逮爹巴以. 暹現(xiàn)到0.Q2mm。如右圖中被測(cè)圓柱體的 直徑為2.250cmq要注意：游標(biāo)卡尺都是根據(jù)刻線對(duì)齊 來(lái)讀數(shù)的，所以都不再往下一位 估讀。6.2 螺旋測(cè)微器固定刻度上的最小刻度為0.5mm （在中線的上側(cè)）；可動(dòng)刻度每旋轉(zhuǎn)一圈前進(jìn)（或后退）0.5mm。在可動(dòng)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 0.01mm o讀數(shù)時(shí)，從固定刻度上讀取整、11 Il

9、 i II II Il i -isnrv-v-nnmnnnnnmnrn-半毫米數(shù)，然后從可動(dòng)刻度上讀取剩余部分（因?yàn)槭?0分度，所以在最小刻度后應(yīng)再估讀一位），再把兩，口 j，tt.uttT.nn . 一，!t r , h-, n .n.,.i部分讀數(shù)相加一一得測(cè)量值屋上圖中的讀數(shù)應(yīng)該是6.702mm。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(chǎng)中受磁力矩作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，且指什偏角e與電流強(qiáng)度I成正比，即e =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 R：即電流表線圈的電阻；滿偏電流I

10、g：即電流表允許通過(guò)的最大電流值，此時(shí)指針達(dá)到滿偏；滿偏電壓U：即指針滿偏時(shí)，加在表頭兩端的電壓，故U=IgR調(diào)整R'Rg = R，。2、半偏法測(cè)電流表內(nèi)阻 Rg方法：合上S1,調(diào)整R的阻值，使電轉(zhuǎn)到滿流表指針刻度，再合上開關(guān)S2,的阻值(不可再改變R),使電流表指針偏轉(zhuǎn)到正好是滿刻度的一半， 可以認(rèn)為 條件：當(dāng)R比R'大很多2.1電流表半偏法測(cè)內(nèi)阻的誤差分析用如圖1所示的電路測(cè)電流表的內(nèi)阻時(shí)，設(shè)電流表的滿偏電流為I g,則開關(guān)S2斷開時(shí)RaR1RRaRaR12Ig Ir I,RRAR1開關(guān)S2閉合時(shí)，有R R1 , c c I g Ra I rR 2得顯然，R Ra,即Ra的

11、測(cè)量值小于真實(shí)值.相對(duì)誤差為Ra RRa100%RaRaR1100%2.1減小誤差為使實(shí)驗(yàn)誤差較小，必須使R1Ra3、電壓表的改裝(1)原理：Ug IgRg很小，不能直接換刻度測(cè)電壓，需要串聯(lián)一個(gè)如圖所示的 分壓電阻。(2)分壓電阻的計(jì)算：由串聯(lián)電路的特點(diǎn)知：U IqRq IqRg g g則：RRgUITR1 Rg1Rg因?yàn)殡妷簲U(kuò)大表頭量程的倍數(shù)： n U所以R n 1 RUg注：相同的表頭改裝成的不量程的電壓表串聯(lián)，指針偏轉(zhuǎn)角度相同。4、電流表的改裝(1)原理：Ig很小，不能直接換刻度測(cè)電流， 需要并聯(lián)一個(gè)如圖所示的分流電阻。(2)分流電阻的計(jì)算：由并聯(lián)電路的特點(diǎn)知IgRg (I Ig)R則

12、:R 旦 6因?yàn)殡娏鲾U(kuò)大表頭量程的倍數(shù)：n -I-所以R g-I Ig .L 1Ig n 1Ig注：相同表頭改裝成量程不同的電流表并聯(lián)，指針偏轉(zhuǎn)角度相同。三、測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)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(cè)量電源的路端電壓;3)滑動(dòng)變阻器、電壓表的選擇;1.實(shí)驗(yàn)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H】14-1必1L 一讀出幾組U和I的值，由U=E-It可得1= -（2）為減小誤差，至少測(cè)出六組 U和I值，且變化范圍要大甲r(r =些，然后在U-1圖中描點(diǎn)作圖，由圖線縱截距和斜率找出 E2.實(shí)驗(yàn)步驟

13、（1）恰當(dāng)選擇實(shí)驗(yàn)器材，照?qǐng)D連好實(shí)驗(yàn)儀器，使開關(guān)處于斷開狀態(tài)且滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭滑到使接入 電阻值最大的一端。(2)(3)(4)(5)(6)閉合開關(guān)S,接通電路，記下此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)。將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭由一端向另一端移動(dòng)至某位置，記下此時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)。繼續(xù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭至其他幾個(gè)不同位置，記下各位置對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)。 斷開開關(guān)S,拆除電路。在坐標(biāo)紙上以 U為縱軸，以I為橫軸，作出U-1圖象，利用圖象求出 E、r。3.實(shí)驗(yàn)誤差分析（1）偶然誤差：主要來(lái)源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作UI圖象時(shí)描點(diǎn)不很準(zhǔn)確。（2）系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差來(lái)源于 未計(jì)電壓表分流，近

14、似地將電流表的示數(shù)看作干路電流。實(shí)際上電流表的示數(shù)比干路電流略小。如果由實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出圖中實(shí)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(yīng)是圖中的虛線（b）,由此可見，按圖所示的實(shí)驗(yàn)電路測(cè)出的電源電動(dòng)勢(shì)七犯二E就，電源內(nèi)電阻,E工E蜀 5通-1K15)說(shuō)明：外電路短路時(shí)，電流表的示數(shù)（即干路電流的測(cè)量值）（b）兩圖線交于短路電流處。當(dāng)路端電壓（即電壓表示數(shù)）為%等于干路電流的真實(shí)值, Ui時(shí)，由于電流表示數(shù)所以圖中（a）、遍小于干路電(1)(2)(3)(4)(5)流”鼠，所以（a）、 （ b）兩圖線出現(xiàn)了圖中所示的差異。4 .注意事項(xiàng)電壓表直接測(cè)量電源的路端電壓電流表要

15、與變阻器靠近，即選用內(nèi)阻適當(dāng)大一些的電壓表 兩表應(yīng)選擇合適的量程，使 測(cè)量時(shí)偏轉(zhuǎn)角大些，以減小讀數(shù)時(shí)的相對(duì)誤差。盡量多測(cè)幾組 J I數(shù)據(jù)（一般不少于 6組），且數(shù)據(jù)變化范圍要大些。作U- I圖象時(shí)，讓盡可能多的點(diǎn)落在直線上，不落在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)。5 .數(shù)據(jù)處理的方法(1)本實(shí)驗(yàn)中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，一般用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即根據(jù)各次測(cè)出的圖象，所得圖線延長(zhǎng)線與 U軸的交點(diǎn)即為電動(dòng)勢(shì) E,圖線斜率的值即為電源的內(nèi)阻U I 值，作 UI-1AU EJL =-=r,即11 一(2)應(yīng)注意當(dāng)電池內(nèi)阻較小時(shí)，U的變化較小，圖象中描出的點(diǎn)呈現(xiàn)如圖(甲)所示狀態(tài)，下面大面積空間得不到利用，所

16、描得的點(diǎn)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(biāo)比例放大，可使結(jié)果誤差小些。此時(shí)，圖線與縱軸的交點(diǎn)仍代表電源的電動(dòng)勢(shì)，但圖線與橫軸的交點(diǎn) 不再代表短路狀態(tài)，計(jì)算內(nèi)阻要在直線上選取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，由它們的坐標(biāo)值計(jì)算出斜率的絕對(duì)值，本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差來(lái)源于未計(jì)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(dòng)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。還需要滑動(dòng)變阻器的額定電流較大。由于選用了阻值范圍小的滑動(dòng)變阻器，所以電路中電流較大，因而, 綜上所述，本實(shí)驗(yàn)中 滑動(dòng)變阻器的選擇原則是：阻值范圍較小

17、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(dòng)勢(shì)和選用的滑動(dòng)變阻器來(lái)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(jī)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(jié)束后將開關(guān)旋轉(zhuǎn)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 , I g Rg R0 rRg Ro r RxRx與I不成正比，I Ig時(shí)，Rx 0。（3）刻度盤的特點(diǎn)：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(dāng)紅、黑表筆不接觸時(shí)（右圖），相當(dāng)于被