高三物理电学实验

高三物理电学实验

一、电流表内、外接法的选择：

内接法中，由于电流表内阻的影响，电阻的测量值大于真实值；外接法中，由于电压表内阻的影响，电阻的测量值小于真实值。为了尽可能地减小误差，必须判断被测电阻是大电阻还是小电阻，从而确定内、外接法。判断方法如下：

1、若RxRV＜ARRx，Rx为大电阻，内接法误差小；若RxRV＞ARRx，Rx为小电阻，外接法误差小；

2、若被测电阻Rx的大小无法直接判定时，先求临界电阻0R：VARRR0，若0RRx，为大电阻，内接法误差小。0RRx，为小电阻，外接法误差小；0RRx，内外接法均可。

3、若不知道被测电阻的大约值，无法比较xARR及VxRR大小时，可采用电压表试触法看电流表、电压表变化大小来确定。具体方法：

接电路时把电压表的一端接入电路中，另一端连接导线预留，如图1所示，闭合电路，移动电压表的这个预留端，先后与A、B两点接触，使电流表进行内、外接改变，同时观察两表示数变化情况，若电流表示数变化明显，说明外接时（即接在A点）电压表分流作用大，应采用内接法测量；若电压表示数变化明显，说明内接时（即接在B点）电流表的分压作用大，应采用外接法测量。

【例1】有一个未知电阻，为了较准确地测出其电阻值，采用上述的方法，当电压表的预留端接在A点时，两电表的读数分别为4.8V，5.0mA，接在B点时，两电表的读数分别为5.0V，4.0mA，则被测电阻的测量值较准确的数值等于多少？

【解析】由题意可知，电流表示数变化明显，说明外接时电压表分流作用大，即被测电阻的阻值可以与电压表相比较，说明被测电阻为大电阻，内接法误差小，则被测电阻的测量值较准确的数值应用第二组数据来计算，即R测=1250。

二、控制电路的选择：（滑动变阻器分压与限流接法的选择）

1、限流接法：如图2甲所示，

注意：在接通电源之前应把接入中路中的电阻最大，电路中的电流最小，以保证安全。即图中滑片P移到b端。

2、分压接法：如图2乙所示。

注意：在接通电源之前，滑片P应移到图中的a端，使负载的电压和电流均为最小，以保证安全。

3、选择方法：

在没有特殊指明的情况下，从减小电能损耗和接线方便的角度考虑，变阻器通常选用限流接法，但在出现下述情况时，则必须选择分压接法。

（1）若采用限流电路时，如果电路中的最小电流大于等于被测电阻Rx的额定电流或所给电表的量程时，必须选用分压电路；

【例2】用伏安法测量某电阻Rx阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值约为100欧）；直流电流表A（0～10mA，50Ω）；电压表V（0～3V，k5）；滑动变阻器R（0～15，1A）；直流电源（电动势为3V，内阻不计）；电键、导线若干。 图2甲

图2乙 图1 根据规格要求，画出测量电路图。

【解析】若采用限流接法，当变阻器的全值电阻接入电路中时，回路中的最小电流：mAARRRxEIA18018.050151003min＞gI，即最小电流大于电流表的量程。故只能采用分压接法。

∵ 临界电阻5005000500VARRR＞100，为小电阻，故采用电流表外接法。电路图如图3所示，分压式的外接法。

（2）滑动变阻器全阻值R远小于或者远大于被测电阻Rx或电路中串联的其他电阻的阻值，而实验要求电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压电路；

【例3】有一个小灯泡上标有“6V，0.6W”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的I—U图线。现有实验器材如下：电压表（0～10V，内阻20k）；电流表（0～0.3A，内阻1）；滑动变阻器（A25，）；学生电源（直流9V），还有开关、导线。

为使实验误差尽量减小，画出实验电路图。

【解析】小灯泡的标示可知其额定电压VU6额，额定电流AUPI1.066.0额额额，在额定电压下的电阻R60。而变阻器的阻值只有5，若采用限流电路，回路中电流变化很小，测量数据相应就少，实验误差，故必须采用分压电路。

被测灯泡为小电阻，因此选择电流表外接法。实验电路如图4所示。

（3）实验中要求电压从零开始并连续变化时须采用分压电路；

三、实验仪器的选择：

1、首先考虑安全因素：

如各电表的实际读数不能超过其量程，电阻类元件中的实际电流不能超过其最大允许电流或电压。实际处理过程中，需要估算回路中的最小电流（一般应用假设变阻器采用限流接法时进行估算）。如：用伏安法测量标有“6V，0.6W” 字样的小灯泡的I—U图线，则实际加在灯泡的电压的最大值不能超过6V。

2、读数误差因素：

一般要求各电表的实际读数不小于其量程的31（应在量程的32~31最好），以减小读数误差。实际处理过程中，需要估算回路中的最大电流或电压（方法同上）。

如上例中，若提供6V和15V两种电压表供选择，显而易见，选择前者，读数误差更小。

3、对滑动变阻器：

除了考虑安全因素外，分压接法中，一般选择电阻值小而额定电流较大的变阻器；限流接法中，变阻器的阻值应与电路中其他电阻的阻值比较接近（两者的比值一般在2倍或1/2倍左右）。

1.测定金属的电阻率

[实验步骤]

1．用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算图3

图4 出导线的横截面积S。

2．按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。

3．用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。

4．把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S。改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。

5．将测得的R、l、d值，代入电阻率计算公式lIUdlRS42中，计算出金属导线的电阻率。

6．拆去实验线路，整理好实验器材。

2.描绘小灯泡的伏安特性曲线

实验步骤：

1．按图连接好电路。

2．检查无误后，将滑片调节至最左边附近、闭合电键，读出一组U、I值，记录于表格。

3．再调节滑线变阻器的滑片到不同位置，读出十二组不同的U、I值，记录于表格。

4．断开电键，整理好器材。

5．在坐标纸上以I为横轴，以U为纵轴、并选取适当的单位。

3.测定电源的电动势和内阻

实验步骤

1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按电路图连接好电路。

2．把变阻器的滑动片移到一端使阻值最大。

3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I1、U1），用同样方法测量几组I、U的值。

4．打开电键，整理好器材。

5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。

4.半偏法测电阻

（1）半偏法测电流表内阻

实验原理：

在右图电路中，先断开S2，闭合S1，让电流通过电流表并使其满偏，然后接上电阻箱，并调节它使电流表半偏，由于总电流几乎不变，电流表和R2上各有一半电流通过，意味着它们电阻相等，此时读出电阻箱的电阻，即为电流表的内阻Rg=R2

实验器材：待测电流表、蓄电池组、电阻箱、滑动变阻器、 V

A ×

图1 图2

G R1

R2 S2

S1 电键2个及导线若干。

[P 4.]实验步骤：

1、按图接线，图中R1 为滑动变阻器、 R2为电阻箱，电源为蓄电池，内阻可以不计。

2、先合下S1 ，调节R1使电流表指针满偏.

3、再合下S2，保持电阻R1不变，调节R2使电流表指针半偏，记下R2的值.

4、若R1＞100 R2，则Rg=R2 一般情况 R测量＜R真实

（2）半偏法测量电压表电阻

1.按右图接线，图中R0 为电阻箱.

2.先合下S1 ，调节R0 =0，再调节R使电压表指针满偏.

3.保持变阻器电阻R不变，调节R0使电压表指针半偏，

记下R0的值.

4.若R0＞＞R， 有 RV = R0

一般情况 R测量＞ R真实

电学实验练习

1.有一电流表○A，量程为1mA，内阻rg约为100Ω。要求测量其内阻。可选用的器材有：电阻箱R0，最大阻值为99999.9Ω；滑动变阻器甲，最大阻值为10kΩ；滑动变阻器乙，最大阻值为2kΩ；电源E1，电动势约为2V，内阻不计；电源E2，电动势约为6V，内阻不计；开关2个，导线若干。

采用的测量电路图如图所示，实验步骤如下：

a.断开S1和S2，将R调到最大；b.合上S1，调节R使○A满偏；c.合上S2，调节R1使○A半偏，此时可认为的○A的内阻rg＝R1。试问：

（ⅰ）在上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选 ；为了使测量尽量精确，可变电阻R应该选择 ；电源E应该选择 。

（ⅱ）认为内阻rg＝R1，此结果与的rg真实值相比

。（填“偏大”、“偏小”、“相等”）

2.在“测定电源电动势和内阻”的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确的U－I图象，如图所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是 （ ）

A．短路电流 B．电源内阻

C．电源电动势 D．全电路电阻

3.在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中：

（1）画出实验电路图(误差要小)

（2）现备有以下器材： A．干电池1个 B．滑动变阻器（0~50Ω） C．滑动变阻器（0~1750Ω） D．电压表（0~3V） E．电压表（0~15V） F．电流表（0~0.6A）G．电流表（0~3A）其中滑动变阻器应选__ ____，电流表应选___ ___，电压表应选__ ___。（填写字母即可）

（3）右上图是根据实验数据画出的U-I图像。由此可知这个干电池的电动势E=__ _ _V，S R0 V

a b

R

A

S1 S2

R1 R

E

0.2 0.0 0.4 0.66 1 2 3 U/V

I/A 内电阻r=_______Ω。

4.某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内电阻。已知干电池的电动势约为1．5 V，内阻约为1Ω；电压表(0一3V，约3kΩ)、电流表(0～0．6A，约1.0Ω)、滑动变阻器有R1(10Ω，2A)和R2(100Ω，0．1 A)各一只．

（1)实验中滑动变阻器应选用

(填“R1”或“R2”)。

(2)在图乙中用笔画线代替导线连接实验电路。

(3)在实验中测得多组电压和电流值，得到如图丙所示的U－I图线，由图可较准确地求出该电源电动势E＝ V；内阻，r Ω。

5.某灯泡两端的电压为1V时,其电流为0.2A,当电压为2V时,其电流为0.3A,那么电压为1.5V时,则( )

A.其电流一定为0.25A

B.其电流一定大于0.25A而小于0.3A

C.其电流一定大于0.2A而小于0.25A

D.以上说法均不对

6.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,使用的小灯泡为“6V 3W”,其他可供选择的器材有:

电压表V1(量程6V,内阻20KΩ)

电压表V2(量程20V,内阻60KΩ)

电流表A1(量程3A,内阻0.2Ω)

电流表A2(量程0.6A,内阻1Ω)

变阻器R1(0~1000Ω,0.5A)

变阻器R2(0~20Ω,2A)