高中物理电学实验

高中物理电学实验

高中物理电学实验是物理实验高考的重点，是高考的必考内容。电学实验共有6个，可归纳为四二三，即知道四种测量电路（描绘小灯泡的伏安特性曲线及分压电路、伏安法测电阻电路、半偏法测电表内阻和电表的校对电路、测定电源电动势和内阻电路），会画二种曲线（电阻或小灯泡的伏安特性曲线、 电源的伏安特性曲线），掌握三类仪器（多用电表、螺旋测微器和游标卡尺、电压表电流表电阻箱等）的读数

2.在半偏法测电流表内阻实验中，串联在电路中的可变电阻R应选择最大阻值远大于电流表内阻的滑动变阻器，在能够满足电流表满偏的条件下，电源电动势尽可能选择大的测量误差小。选择电源电动势的方法是：滑动变阻器的最大阻值与电流表满偏电流的乘积等于或稍大于电源电动势。半偏法测电流表内阻实验中，当闭合与电流表并联支路中的电键时，电路中总电阻减小，电流增大，调节电阻箱的电阻值使电流表半偏，与电流表并联的电阻箱R1中电流将大于电流表中的半偏电流，R1小于电流表内阻rg，所以测量值R1与rg的真实值相比偏小。电表的校对电路由于需要从零刻度开始校对，所以采用分压电路。

3. 测定电源电动势和内阻实验采用电流表和电压表测出外电路的几组电流和电压值，为了消除偶然误差，一般采用图像法处理实验数据。由闭合电路欧姆定律可知电源路端电压U=E—Ir，电源的伏安特性曲线应该是一直线，所以将图像中数据点连线时一定要画成直线，直线与纵轴（U轴）的交点纵坐标值等于电源电动势，图线斜率的绝对值等于电源内阻。

4. 多用电表是一种可以用来测量电流、电压、电阻等的磁电式测量仪表，直流电流档、电压档刻度是均匀的。多用电表欧姆档（欧姆表）是根据闭合电路欧姆定律制成的，由于电流I与待测电阻R是非线性关系，且电流为零时电阻值为无限大，所以多用电表欧姆档（欧姆表）的刻度不均匀，且电流零刻度处对应电阻值为无限大，电流满偏处对应电阻值为零。用多用电表欧姆档（欧姆表）测量电阻时首先要选档、调零，将电阻从电路中断开然后测量。测量时，应使指针尽可能指在中间刻度附近。若指针偏角太小，说明电阻值大，应改换高倍率档；若指针偏角太大，说明电阻值小，应改换低倍率档。注意每次换挡后均重新调

一、螺旋测微器、游标卡尺的使用

1．螺旋测微器的构造原理及读数

(1)螺旋测微器的构造

如图7－3－1所示是常用的螺旋测微器．它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上，旋钮D、微调旋钮D′和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上．

图7－3－1

(2)螺旋测微器的原理

测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转动一小格，F前进或后退0.01

mm.即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺．

(3)读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．

测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)．

温馨提示

螺旋测微器需要估读

图7－3－2

最后一位数字为估计数字，读数和记数时估计位为有效数字的最后一位．

例如 如图7－3－2所示，固定刻度示数为2.0 mm，不足半毫米而从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm.

2．游标卡尺(如图7－3－3所示)

(1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉．

图7－3－3

(2)用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径．

(3)原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．

不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，其读数见下表：

刻度格数

(分度) 刻度总长度 每小格与1

mm的差值 精确度

(可准确到)

10 9 mm 0.1 mm 0.1 mm

20 19 mm 0.05 mm

0.05 mm

50 49 mm 0.02 mm

0.02 mm

(4)读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为(x＋K×精确度)mm.

温馨提示

游标卡尺的读数应注意以下几点：

(1)看清精确度

例如图7－3－4所示．

图7－3－4

易错读成11＋4×0.1 mm＝11.40 mm

正确的应为11.4 mm，游标卡尺不需估读，后面不能随意加零．

例如图7－3－5所示

图7－3－5

易错读成10＋12×0.05 mm＝10.6 mm，正确的应为10.60 mm

(2)主尺上的单位应为厘米

主尺上标识的1、2、3等数字通常是指厘米，读数时应将毫米和厘米分清，游标卡尺主尺上的最小刻度是1 mm.

例如图7－3－6所示

图7－3－6

易错读成(5＋4×0.05)mm＝5.20 mm

正确的应为(50＋4×0.05)mm＝50.20 mm

(3)区分零刻度与标尺最前端

例如图7－3－7所示 图7－3－7

易错读成13＋10×0.05 mm＝13.50 mm

正确读数为14＋10×0.05 mm＝14.50 mm.

二、常用电表的读数

对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可．

(1)0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度是0.1 V或0.1

A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位．

(2)对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V.

(3) 对于0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A.

三、伏安法测电阻

(1)电流表、电压表的应用

电流表内接法 电流表外接法

电路图

误差原因 电流表分压U测＝Ux＋UA 电压表分流I测＝Ix＋IV

电阻测量值 R测＝U测I测＝Rx＋RA＞Rx测量值大于真实值 R测＝U测I测＝RxRVRx＋RV＜Rx测量值小于真实值

适用条件 RA≪Rx RV≫Rx

口诀 大内偏大(大电阻用内接法测量，测量值偏大) 小外偏小(小电阻用外接法测量，测量值偏小)

(2)伏安法测电阻的电路选择

临界值计算法：

Rx＜RVRA时，用电流表外接法．

Rx＞RVRA时，用电流表内接法．

四、测定金属的电阻率 注意事项

(1)先测直径，再连电路：为了方便，测量直径时应在金属丝连入电路之前测量；

(2)电流表外接法：本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法；

(3)电流控制：电流不宜过大，通电时间不宜过长，以免金属丝温度过高，导致电阻率在实验过程中变大．

五、 滑动变阻器的限流接法和分压接法

1．两种接法比较

方式

内容 限流接法 分压接法 对比说明

两种接法电路图

串、并联关系不同

负载R上电压调节范围 RER＋R0≤U≤E 0≤U≤E 分压电路调节范围大

负载R上电流调节范围 ER＋R0≤I≤ER 0≤I≤ER 分压电路调节范围大

闭合S前触头位置 b端 a端 都是为了保护电路元件

由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围很大，限流式接法较节能．

2．两种接法的适用条件

(1)限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．

(2)分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)． ．以下三种情况必须采取分压式

①滑动变阻器的最大阻值远小于待测电阻的阻值；②电压要求从零变化；③实验仪器最大允许电流、电压不够，即连成限流式接法时，电压或电流超过电表量程．

注意事项

六、描绘小灯泡的伏安特性曲线

提示

1．电流表外接法：本实验中被测小灯泡灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．

2．滑动变阻器应采用分压式连接

本实验要作出U-I图线，要求测出一组包括零在内的电流、电压值，故控制电路必须采用分压接法．

3．保护元件安全：为保护元件不被烧毁，开关闭合前变阻器滑片应位于图中的a端．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．

七、电阻的测量方法：

八、电源的电动势和内阻的测量方法

等效电源法定性分析：

由于实验时将电流表测得的电流作为通过电源的电流，电压表测得的电压作为电源的路端电压，效果上相当于将电压表作为内电路的一部分，所以测出的是电池和电压表这一整体的电动势和等效内电阻。因为电压表和电池并联，所以等效内电阻r测应等于电池真是内电阻r和电压表内电阻rV的并联值,即=VVRrrrRr测。此时如果断开外电路，则电压表两端电压'U等于电动势的测量值即UE测，而此时电池与电压表构成回路，所以有VVVRURERr,即EE测.

九、多用电表

(1)表盘：多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程．外形如图7－6－1所示：上半部为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．另外，还有欧姆表的调零旋钮、指针定位螺丝和测试笔的插孔．

图7－6－1

由于多用电表的测量项目和量程比较多，而表盘的空间有限，所以并不是每个项目的量程都有专门的标度，有些标度就属于共用标度，如图中的第二行就是交、直流电流和直流电压共用的标度．

(2)挡位

如图7－6－2所示，其中1、2为电流测量端，3、4为电压测量端，5为电阻测量端，测量时，黑表笔插入“－”插孔，红表笔插入“＋”插孔，并通过转换开关接入与待测量相对应的测量端．

图7－6－2

(3)多用电表的电阻挡

电阻挡是根据闭合电路欧姆定律制成的，它的原理如图7－6－3甲、乙、丙所示．电阻R是可变电阻，也叫调零电阻．

图7－6－3

实验器材

多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小电珠、二极管、定值电阻(大、中、小)三个．

实验步骤

1．机械调零：检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置．若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零．

2．将红、黑表笔分别插入“＋”、“－”插孔．

3．测量小灯泡的电压和电流