1电学实验要点

戴氏教育都江堰校区高一物理讲义高中电学实验小结高中电学实验部分考察大概分为两大类：测电源和测电阻。

其中以测电阻的题目最多。

测电阻的题目又因题目所给条件不同，用到的方法也是非常繁琐。

本节课按测电阻的方法为主线对这部分知识作一个小节。

一、基本知识点<一>测电源的电动势和内电阻实验的基本方法一、实验原理与方法在闭合电路中，根据全电路欧姆定律，有①其中E表示电源的电动势，U表示电源的路端电压，I表示闭合电路中的电流，r表示电源的内阻。

根据课程标准教科书，实验：测电源的电动势和内电阻可用三种方法：方法1．伏安法①式可变为，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和U值，作出U-I图象。

图象在U轴上的截距即为电源的电动势，直线的斜率即为内阻的负值。

此方法叫伏安法，用伏特表和安培表。

方法2．安阻法①式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和R值，作出R-1/I图象。

图象在R轴上的截距即为电源的内阻，直线的斜率即电源的电动势E。

此方法叫安阻法，用安培表和电阻箱。

方法3．伏阻法①式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的U值，作出图象。

图象在轴上的截距的倒数即为电源电动势，直线的斜率与截距的倒数乘积即为电源的内阻。

此方法叫伏阻法，用伏特表和电阻箱。

基础实验是伏安法。

安阻法和伏阻法是在伏安法实验的基础上的提高。

二、电路、图象及数据图象的截距为电动势，斜率为内阻。

三、误差分析1．伏安法（1）电流表内接（对电池而言），电路图如图所示。

不考虑电流表内阻，所得结果为测量值：，，解得：，考虑电流表内阻，所得结果为真实值，，解得：，，所以，，，即测内电阻，测量值等于真实值与电流表内阻之和，测量值大于真实值，测电动势，测量值等于真实值。

（2）电流表外接，电路图如图所示。

图4设实验过程中，滑动变阻器滑动端向右滑，即，则，。

不考虑电流表内阻，所得结果为测量值，，，解得：，，整理得，考虑电流表和电压表内阻，所得结果为真实值，，解得：，因为所以为负值，所以。

整理得：，整理得：，所以，，，即电动势和内电阻，测量值都小于真实值，但因为电压表的内阻比电池的内阻大得多，所以，误差较小，因此，常用此法。

2．安阻法图5用与伏安法中的外接法类似的方法，可以得到：，即；。

3．伏阻法，电路图如图6。

图6用与伏安法中的内接法类似的方法，可以得到：，，即电动势和内电阻，测量值都小于真实值，但因为电压表的内阻比电池的内阻大得多，所以，误差较小，因此，常用此法。

<二>测电阻的方法一、基本方法-----伏安法（V-A法）伏安法测量电阻主要涉及测量电路的选择，控制电路的选择和实验器材的选择。

1、原理：根据部分电路欧姆定律。

2、控制电路的选择控制电路有两种：一种是限流电路（如图1）；另一种是分压电路。

（如图2）（1）限流电路是将电源和可变电阻串联，通过改变电阻的阻值，以达到改变电路的电流，但电流的改变是有一定范围的。

其优点是节省能量；一般在两种控制电路都可以选择的时候，优先考虑限流电路。

（2）分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来，再从可变电阻的两个接线柱引出导线。

如图2，其输出电压由ap 之间的电阻决定，这样其输出电压的范围可以从零开始变化到接近于电源的电动势。

在下列三种情况下，一定要使用分压电路： ① 要求测量数值从零开始变化或在坐标图中画出图线。

② 滑动变阻器的总值比待测电阻的阻值小得多。

③ 电流表和电压表的量程比电路中的电压和电流小。

3、测量电路由于伏特表、安培表存在电阻，所以测量电路有两种：即电流表内接和电流表外接。

（1）电流表内接和电流表外接的电路图分别见图3、图4（2）电流表内、外接法的选择，①、已知R V 、 R A 及待测电阻R X 的大致阻值时可以利用相对误差判断 若AX R R ＞X V R R ，选用内接法，A X R R ＜X V R R ，选用外接法 ②不知R V 、 R A 及待测电阻R X ，采用尝试法，见图5，当电压表的一端分别接在a 、b 两点时，如电流表示数有明显变化，用内接法；电压表示数有明显变化，用外接法。

（3）误差分析：内接时误差是由于电流表分压引起的，其测量值偏大，即R 测 ＞R 真(R 测=R A +R X );外接时误差是由于电压表分流引起的，其测量值偏小，即R 测＜R 真(VX V X R R R R R +=测) 二、由伏安法演变而来的其他测量定值电阻的方法归纳（一）电压表和定值电阻替代法（V-R 法）图5 图 1 图2图3 图4【例1】有一个阻值已看不清楚的电阻器R ，我们要测出它的阻值，但手边只有一个电池组，一个电压表，一个已知阻值的电阻器R 0和几根导线，你有办法测出R 的阻值吗？说出你的办法和理由。

解析：1、如图所示，将被测电阻R 与已知电阻R 0串联接入电路，先把电压表并联接在R 两端，测出电阻R 两端的电压U 1。

2、将电压表拆下，与R 0并联接入电路测出电阻R 0两端的电压U 2。

3、求解：由021R U R U =，得021R U U R =。

说明：这种方法的缺点为：需要进行两次电压表连接，实验时间加长。

优点为：测量较为准确，元件使用较少。

（二）电压表和滑动变阻器替代法（V-R P 法）【例2】给你以下器材：一个电源（其电压未知），一个标有“20Ω，1A”的滑动变阻器，导线若干，一个开关，一只电压表，一个待测电阻R x 。

请你设计一个能测出R x 电阻值的电路。

要求：1、画出你所设计的电路图（电压表连入电路后位置不可变动）。

2、简要写出实验操作步骤。

3、根据你所测出的物理量写出表达式R x ＝_________。

解析：1、电路如图3所示。

2、①如图3所示连接电路，将滑片移到阻值为零的位置，记下电压表示数U 1。

②将滑片移到阻值最大位置，记下电压表示数U 2。

3、求解：)(20212Ω⨯-=U U U R x 说明：该方法的优点为：使用电器元件少，连接简单。

缺点是：因为电压表的分流作用，测量结果偏小，且不能进行多次测量求平均值以减小误差。

（三）电压表和开关替代法（V-K 法）R R 0【例3】给你一个电池组、一个电压表、一个已知阻值的定值电阻R 0、两个开关及几根导线，请你设法只连接一次电路就能测出未知电阻的阻值，画出电路图，写出实验步骤及未知电阻的表达式。

解析：1、如图4所示连接好电路，闭合“替代开关”S ，记下电压表示数U 1；2、断开“替代开关”，记下电压表示数U 2；3、求解：因为R U R U U 2021=-，所以0212R U U U R ⨯-=。

说明：该方法的优点为：使用电器元件少，连接简单。

缺点是：由于没有使用滑动变阻器，电路中的电压表应该接在较大的量程上，所以测量结果误差较大。

（四）电流表和定值电阻替代法（A-R 法）【例4】现有电池组、电流表、开关、导线和一个已知阻值的定值电阻R 0，没有电压表，你如何测出被测电阻的阻值？解析：1、如图5所示，将被测电阻R 与定值电阻R 0并联接入电路，用电流表测通过被测电阻R 的电流I 1；2、将电流表拆下，与定值电阻串联接入电路，测出通过定值电阻R 0的电流I 2；3、求解：由021R I R I =得012R I I R =。

说明：这种方法的缺点为：需要进行两次电流表连接，实验时间加长。

优点为：测量较为准确，元件使用较少。

（五）电流表和滑动变阻器替代法（A-R P 法）【例5】 现有电池组、电流表、已知最大阻值的滑动变阻器、导线及开关，你如何测出被测电阻的阻值？解析：方法一：1、如图6所示，将被测电阻与变阻器并联接入电路，滑片位于阻值最大位置，先用电流表测出通过变阻器电路I 1；2、将电流表拆下，与定值电阻串联接入电路中，测出通过被测电阻的电流I 2；3、求解：因为'12R I R I ⨯=⨯， 所以'21R I I R ⨯= 说明：该方法的定值电阻等效于一个定值电阻，其缺点为：需要进行两次电流表连接，实验时间加长。

优点为：测量较为准确，元件使用较少。

方法二：1、如图7所示连接电路，滑片位于阻值最小的位置，记下电流表示数I 1；2、滑片位于阻值最大的位置，记下电流表示数I 2；3、求解：因为)'(21R R I R I +⨯=⨯ 所以'212R I I I R ⨯-=。

说明：这种方法优点为：使用元件少，操作简单；缺点是：不能进行多次测量以减小误差。

（六）电流表和开关替代法（A-K 法）【例6】有一个阻值看不清的电阻x R ，我们要测它的阻值，但手边只有一只电流表，一个已知阻值0R 的定值电阻，二个开关和几根导线：1、画出实验电路图。

2、写出实验步骤。

3、用测出量和已知量写出未知电阻x R 的表达式。

解析：因题中只有电流表可测出电流，而无法测知电压，故可根据并联电路电流分配规律求解（并联电路中电流的分配跟电阻成反比）。

（1）实验原理图如图8。

（2）实验步骤：①按图8连接好电路②将电路瞬时接通，进行试触，若电流表指针偏转，不至过大，再接通电路。

③先闭合1S 断开2S ，测出通过0R 的电流0I ；再断开1S ，闭合2S ，测出通过xR 的电流x I 。

④根据并联电路的分流规律进行计算：即：x x R R I I //00=所以00)/(R I I R x x ⨯=说明：该方法的优点为：使用电器元件少，实验操作简单。

缺点是：由于没有使用滑动变阻器，电路中的电流表应先进行试触选择量程或接在较大量程上，所以测量结果误差较大。

三、电表内阻的测量方法归纳分析灵敏电流表是用来测定电路中电流强度且灵敏度很高的仪表。

它有三个参数：满偏电流g I 、满偏时电流表两端的电压g U 和内阻g r 。

一般灵敏电流表的g I 为几十微安到几毫安，g r 为几十到几百欧姆，g g g r I U =也很小。

将电流表改装为其他电表时要测定它的内阻，根据提供的器材不同，可以设计出不同的测量方案。

练习用多种方法测定电流表的内阻，可以培养学生思维的发散性、创造性、实验设计能力和综合实验技能。

（一）电流表内阻测量方法归纳1、半偏法这种方法教材中已做介绍。

中学物理实验中常测定J0415型电流表的内阻。

此型号电流表的量程为A μ2000-，内阻约为Ω500，实验电路如图1所示。

操作要点：按图连好电路，2S 断开，1S 闭合，调节变阻器R ，使待测电流表G 的指针满偏。

再将2S 也闭合，保持变阻器R 接在电路中的电阻不变，调节电阻箱R '使电流表G 的指针半偏。

读出电阻箱的示值R '，则可认为R r g '≈。

实验原理与误差分析：认为2S 闭合后电路中的总电流近似不变，则通过电阻箱的电流近似为2G I 。

所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。