高中物理电学实验中.docx

高中物理电学实验中.docx

《高中物理电学实验中.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理电学实验中.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

高中物理电学实验中

高中物理电学实验讲义（中）

五、伏安法测小灯泡电阻，并描绘小灯泡的伏安特性曲线

下图是伏安法测小灯泡电阻的标准实验电路图。

注意：

1.由于小灯泡的灯丝电阻较小，为减少误差，必须采用外接法；

2.本实验要求描绘小灯泡I-U图线，实验数据是必须包括0在内的多组电流、电压值，因此，滑动变阻器必须采用分压式；

3.列表记录多组实验数值，建立平面直角坐标系，描绘小灯泡I-U曲线。

下图是通过描点作图法绘制的小灯泡I-U图线。

由于小灯泡的灯丝通电后，温度升高，且随着电流强度增大，温度越来越高，灯丝电阻也逐渐增大，所以其I-U曲线是一条经过0点逐渐向右趋于平缓的曲线。

注意，该曲线上任意一点和原点的连线的斜率表示该点电阻的倒数，斜率越小，电阻越大。

本节经典例题：

答案如下：

（注：

关于绘制小灯泡伏安特性曲线高考题，如：

2016天津卷9题；

2015浙江卷22题；

2015福建卷19题；

2012安徽卷21题；

2011广东卷34题;

2010浙江卷21题）

六、半偏法测电表内阻（本节内容全国高考Ⅱ卷连续考察了3年！

其实一点也不难哦）

1、半偏法测电流表内阻

方法一：

电阻箱与安培表并联，再利用滑动变阻器限流式接入电路；

（一）实验步骤：

1、闭合开关前，将R、R’的阻值调到最大；

2、先闭合S1，断开S2，调节滑动变阻器R’的滑片，使得电流表指针满偏；

3、保持滑动变阻器R’滑片位置不变，再闭合S2，调节电阻箱R，使得电流表指针半偏；

4、读数：

此时电阻箱R的值即为电流表的内阻。

（二）误差分析：

在以上第3步闭合S2后，由于并联接入R后,使得电路的总电阻变小，干路总电流变大；当电流表的指针半偏时，即此时流过电流表的电流是满偏电流的一半，则流过电阻箱的电流必然大于此时流过电流表的电流（即满偏电流的一半），因此电阻箱的电阻也一定小于电流表的内阻。

所以:

R测

方法二：

电阻箱与安培表串联，再采用滑动变阻器的分压式接入电路

（一）实验步骤：

1、闭合开关前，将电阻箱R的阻值调到最大，滑动变阻器R’的滑片滑至最左端；

2、闭合S，向右调节滑动变阻器R’的滑片至某一位置，调节电阻箱R的阻值为R1，使得电流表指针满偏I0；

3、保持滑动变阻器滑片位置不变，再调节电阻箱R，使得电流表指针半偏I0/2，记录此时电阻箱的阻值为R2；

4、列式计算：

I0（RA+R1）=I0（RA+R2）/2

则有：

RA测=R2-2R1

（二）误差分析：

在以上第3步中，当流过电流表的电流为I0/2时，是通过增大电阻箱R的阻值实现的，所以此时加在R和电流表上的电压和必然大于先前加在R和电流表上的电压和，即：

I0（RA+R1）

解得：

RA真

所以，RA测>RA真

2、半偏法测电压表内阻

方法一：

电阻箱直接与伏特表串联后，接入电路；

（一）实验步骤：

1、闭合开关，调节电阻箱R，使得电压表满偏为U0，记下电阻箱阻值R1；

2、再调节电阻箱R，使得电压表指针半偏为U0/2，记下电阻箱阻值R2；

3、列式计算，假定路端电压不变，则有：

U0+U0R1/RV=U0/2+U0R2/（2RV）

解得：

RV测=R2-2R1

（二）误差分析：

根据闭合电路欧姆定律，实际上，当外电路电阻变化时，路端电压也会发生变化，即有：

U0+U0（R1+r）/RV=U0/2+U0（R2+r）/（2RV）

解得：

RV真=（R2-2R1）-r

可见：

RV测>RV真

方法二：

电阻箱与与伏特表串联后，再采用滑动变阻器的分压式接入电路

（一）实验步骤：

1、闭合开关S之前，将电阻箱R调至0，滑动变阻器滑片移至最左端；

2、再闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，使得电压表满偏为U0；

3、保持滑动变阻器的滑片位置不变，再调节电阻箱，使得电压表半偏为U0/2；

4、读数：

RV测=R

（二）误差分析：

在以上第3步中，由于电阻箱R增大的同时，虽然电压表半偏为U0/2，但是电阻箱两端的电压却大于U0/2，也即电阻箱此时的电阻RV测大于电压表的电阻RV真。

即有：

RV测>RV真

对以上1-4实验进行小结，发现：

无论是测电流表内阻还是电压表内阻，如果：

（1）电表与电阻箱串联，则半偏法测得的内阻偏大；

（2）电表与电阻箱并联，则半偏法测得的内阻偏小。

口诀：

并小串大

（注：

关于半偏法测电表内阻高考题，如：

2018海南卷12题；

2017全国Ⅱ卷23题；

2016全国Ⅱ卷23题；

2015全国Ⅱ卷23题;

▲2014安徽卷21题；）

本节经典例题：

七、测定电池的电动势和内阻

1.实验原理

根据闭合电路的欧姆定律，其方法有：

（1）如图甲所示，改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组U和I的值，由

可得：

，

。

（2）为减小误差，至少测出六组U和I值，且变化范围要大些，然后在U—I图中描点作图，由图线纵截距和斜率找出E，

，如图乙所示。

2.实验步骤

（1）恰当选择实验器材，按照电路图（甲）连好实验仪器，使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入电阻值最大的一端（即上图的最左端）。

（2）闭合开关S，接通电路，记下此时电压表和电流表的示数。

（3）将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置，记下此时电压表和电流表的示数。

（4）继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置，记下各位置对应的电压表和电流表的示数。

（5）断开开关S，拆除电路。

（6）在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴，作出U—I图象，利用图象求出E、r。

3.实验误差分析

（1）偶然误差：

主要来源于电压表和电流表的读数以及作U—I图象时描点不很准确。

（2）系统误差：

系统误差来源于未计电压表分流，近似地将电流表的示数看作干路电流。

实际上电流表的示数比干路电流略小。

如果由实验得到的数据作出图中实线（a）所示的图象，那么考虑到电压表的分流后，得到的U—I图象应是图中的虚线（b）。

由此可见，按图所示的实验电路测出的电源电动势E测

说明：

①外电路短路时，电流表的示数（即干路电流的测量值）I测等于干路电流的真实值，所以图中（a）、（b）两图线交于短路电流处。

②当路端电压（即电压表示数）为U1时，由于电流表示数I1测小于干路电流I1真，所以（a）、（b）两图线出现了图中所示的差异。

4.注意事项

（1）电流表要与变阻器靠近，即电压表直接测量电源的路端电压（即必须运用内接法：

因为滑动变阻器电阻变化范围广，并相对于电池内阻要大得多）。

（2）选用内阻适当大一些的电压表。

（3）两表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差。

（4）尽量多测几组U、I数据（一般不少于6组），且数据变化范围要大些。

（5）作U—I图象时，让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直线两侧。

5.数据处理的方法

（1）本实验中，为了减小实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的U、I值，作U—I图象，所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E，图线斜率的值即为电源的内阻r，即

。

（2）应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图（甲）所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得的点及作出的图线误差较大。

为此，可使纵轴不从零开始，如图（乙）所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些。

此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻r。

6.实验仪器的选择

本实验的系统误差来源于未计电压表的分流。

为减小该误差，需要减小电压表的分流。

减小电压表分流的方法有二方面，一是选取阻值范围小的滑动变阻器，二是在满足量程要求的前提下选取内阻较大的电压表。

由于选用了阻值范围小的滑动变阻器，所以电路中电流较大，因而，还需要滑动变阻器的额定电流较大。

综上所述，本实验中滑动变阻器的选择原则是：

阻值范围较小而额定电流较大；电压表的选择原则是：

在满足量程要求的前提下选取内阻较大的；电流表的选择须根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定。

本节经典例题：

答案如下：

（注：

关于测定电池的电动势和内阻高考题，如：

2018江苏卷10题；

2018海南卷12题；

2017天津卷9题；

2015安徽卷21题；

2015天津卷9题；

2015四川卷8题；

2014全国Ⅰ卷23题;

▲2014北京卷21题;

2014福建卷19题;

2010江苏卷10题;

2010上海卷29题）