物理恒定电流实验总结 全.docx
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物理恒定电流实验总结全
物理恒定电流实验
实验1.描绘小灯泡的伏安特性曲线
【实验目的】通过实验来，描绘小灯泡的伏安特性曲线并分析曲线的变化规律．
【实验原理】
在纯电阻电路中，电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，也就是U-I曲线是条过原点的直线。
但是实际电路中由于各种因素的影响，U-I曲线就可能不是直线。
如图3-1所示，根据分压电路的分压作用，当滑片C由A端向B端逐渐移动时，流过小电珠（“3.8V、0.3A”或“4V、0.7A”）的电流和小电珠两端的电压，由零开始逐渐变化，分别由电流表、电压表示出其值大小，将各组I、U值描绘到U--I坐标上，用平滑的曲线连接各点，即得到小灯泡的伏安特性曲线。
金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而测得一段金属导体的电阻随温度发生相应变化。
本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内阻值的变化，从而了解它的导电特性。
【步骤规范】
实验步骤
操作规范
一.连接实验电路
1．对电流表、电压表进行机械调零
2．布列实验器材，接图3-1连接实验电路，电流表量程0.6A，电压表量程3V
1．若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对。
2．电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器的电阻置于阻值最大；电线连接无“丁”字形接线。
二．读取I、U数据
1．将滑动变阻器的滑片C向另一端滑动，
读取一组电流表和电压表的读数
2．逐渐移动滑动变阻器的阻值，在“0~3.8V”或“0~4V”范围内记录12组电压值U和相应的电流值I
1．使电路中灯泡两端电压从0开始逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据记录在表中。
调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压
2．电流表和电压表读数要有估读
三．描绘图线
将12组U、I值，描绘到I—U坐标上，画出I—U曲线
在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来。
【注意事项】
1．本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．
2．因本实验要作I－U图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法．
3．电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据（要求两位有效数字）记录在表中．调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压．
4．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来。
【典型例题】
例一某同学用如图1所示电路，测绘标有“3.8V，0.3A”的小灯泡的灯丝电阻R 随电压U变化的图象．
①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：
电流表：
A1（量程100mA，内阻约2Ω）、A2（量程0.6A，内阻0.3Ω）；电压表：
V1（量程5V，内阻约5kΩ）、V2（量程15V，内阻约15kΩ）；滑动变阻器：
R1（阻值范围0-100Ω）、R2（阻值范围0-2kΩ）；电源：
E1（电动势为1.5V，内阻为0.2Ω）、E2（电动势为4V，内阻约为0.04Ω）．
为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表______，电压表______，滑动变阻器______，电源______（填器材的符号）．
②根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图2所示．由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为______；当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为______，灯泡实际消耗的电功率为______W．
③根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系．符合该关系的示意图是下列图中的______．
例2“220V100W”的白炽灯泡A和“220V60W”的白炽灯泡B的伏安特性曲线如图所示．若将两灯泡并联接在110V的电源上时，两灯泡实际消耗的功率为多大？
例3．（04上海）小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：
I（A）
0.12
0.21
0.29
0.34
0.38
0.42
0.45
0.47
0.49
0.50
U（V）
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
（1）在左下框中画出实验电路图.可用的器材有：
电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0—10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干.
（2）在右图中画出小灯泡的U—I曲线.（3）如果实验中已知电池的电动势是1.5V，内阻是2.0Ω.问：
将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？
（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第
（2）小题的方格图中）
实验2:
测定金属的电阻率
【实验目的】1．练习使用螺旋测微器；2．学会用伏安法测电阻；3．测定金属的电阻率
【实验原理】1.根据电阻定律有，金属的电阻率
因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积S和导线的电阻R，就可以求出金属丝的电阻率ρ
①根据部分电路的欧姆定律可知R=U/I只要测出金属丝两端的电压U和金属丝中的电流I，就可以测出金属丝的电阻．即用伏安法测出金属丝的电阻R②金属丝的长度l可以用米尺测量．
③金属丝的横截面积S由金属丝的直径d算出，即S=πd2/4．由于金属丝的直径较小，因此需要用比较精密的测量长度的仪器——螺旋测微器来测量．这就是本实验的实验原理．若用实验中直接测出的物理量来表示电阻率，则金属丝的电阻率的表达式为
2．在测定金属线的电阻时，为了防止金属线过热造成金属线的长度及电阻率的变化，因此，流过金属线的电流不宜太大．
【步骤规范】
实验步骤
操作规范
一．测量金属导线的直径
1．观察螺旋测微器两小砧合拢时，可动刻度上的零刻度线和固定刻度上的零刻度线是否重合，观察螺旋测微器的最小分度值
2．将金属导线放在螺旋测微器的小砧和测微螺杆之间，正确操作螺旋测微器，测出金属导线的直径
3．在金属导线的不同位置、不同方向上，再测两次，求出平均值
1．螺旋测微器的最小分度是0.01mm，应估读到0.001mm
2．⑴螺旋测微器的正确握法是：
用左手食指侧面和大拇指握住框架塑料防热片的左侧，用右手大拇指和食指旋动旋钮
⑵调节旋钮时，应先用粗调旋钮，使小砧与金属导线接近，然后改用微调旋钮推进活动小砧，当听到棘轮打滑空转并发出“咯咯”声时，才可读数
⑶读数时，先读出固定刻度上的毫米整数部分（注意半毫米刻度线是否露出），再读出可动刻度的值（如半毫米刻度线已露出，应加上0.500mm），作后读出估读值
二．用伏安法测金属导线的电阻
1．对电流表、电压表进行机械调零
2．将金属导线拉直，固定在木条上
3．按图连接电路
4．闭合电键，调节滑动变阻器，读取三组I、U值
5．计算三组I、U值对应的电阻值，取其平均值
1.若表针不在零位，用螺旋刀旋动机械调零螺钉，使其对正
2．⑴连接电路前，先布列仪器，使其位置合适，然后先电阻、后电表依次连接电路，电源最后接
⑵电键接入电路时，应处于断开位置
⑶闭合电键前，变阻器阻值应最大
⑷导线的连接处必须在接线柱上（无“丁”字形接线）
3．⑴电流表、电压表量程合适
⑵每次实验通电时间不宜过长，电流不宜过大，并应及时切断电源
⑶I、U值读数准确，有估读。
三．测量金属导线的长度
1．用毫米刻度尺测量固定在木条上连入电路中的金属导线的长度
2．以毫米刻度尺的不同起点再测两次
3．算出金属导线长度平均值
测量时，刻度尺的刻度应贴近金属导线；视线要跟尺垂直；有估读（即读出0.1mm）
【螺旋测微器的读数】
读数时，被测物体长度大于o．5mm的部分在固定刻度上读出，不足o．5mm的部分在可动刻度上读出，读可动刻度示数时，还要注意估读一位数字．螺旋测微器的读数可用下面公式表示：
螺旋测微器的读数＝固定刻度上的读数+可动刻度上的格数×精确度o.01mm
【典型例题】
例1、
在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测量金属丝的长度L=0.810m。
金属丝的电阻大约为4Ω。
先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。
（1）从图中读出金属丝的直径D为___________mm。
（2）在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测的电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：
直流电源：
电动势约4.5V，内阻很小； 电流表A1：
量程0～0.6A，内阻0.125Ω； 电流表A2：
量程0～3.0A，内阻0.025Ω； 电压表V：
量程0～3V，内阻3kΩ； 滑动变阻器R1：
最大阻值10Ω； 滑动变阻器R2：
最大阻值50Ω； 开关、导线等。
在可供选择的器材中，应该选用的电流表是___________，应该选用的滑动变阻器是____________。
（3）根据所选的器材，画出实验电路图。
（4）若根据伏安法测出电阻丝的电阻为Rx，则这种金属材料的电阻率表达式为____________。
（用字母表示）
例2、在“测定金属电阻率”的实验中，用千分尺测量金属丝的直径，利用伏安法测量金属丝的电阻，千分尺示数及电流表、电压表的示数都如图所示，则可读出该金属丝的直径是_________mm，金属丝的电阻值_________Ω（本空要求两位有效数字）。
除此以外，还需要测量的物理量是_________．
例3．在实验室，由于不知是何种材料，也不知其大约阻值，于是，他用多用电表先粗测该材料一段样品的电阻，经正确操作后，用“×100W”档时发现指针偏转情况如图所示，则他应该换用 档（填“×10W”或“×1k”）重新测量。
换档后，在测量前先要 。
。
实验3：
把电流表改装成电压表
【实验目的】1．掌握半偏法测电流表内阻的实验方法；2．了解电压表的改装过程和原理。
【实验原理】
1．将一只满偏电流为Ig的电流表改装为量程为U的电压表，只须将电流表串联一个分压电阻R。
由于Ig=U/（Rg+R），故分压电阻可由下式计算R=U/Ig-Rg因此，必须先测出该电流表的内阻Rg。
2．断开S2，接通S1，调节可变电阻R，使电流表指针偏转到满刻度（满偏）。
再接通S2，当满足条件R＞＞Rg，则可认为接通S1后干路中的电流不变，调节电阻箱R′的阻值，由此可从电阻箱的示数读出电流表的内阻Rg。
图2
为直接读取可变电阻R′的准确值，R′应选用电阻箱，且电阻箱的最大阻值应大于电流表内阻的估计值。
可变电阻R的选择依据是：
当Ig、Rg、E给定时，由全电路欧姆定律，有R=E/Ig-r-Rg（由于通常r+Rg<）同时还必须满足R>>Rg的条件（实际使用时R≥100Rg即可）。
【步骤规范】
实验步骤
操作规范
一、测定电流表的内阻
1．观察电流表的满偏电流值（或查阅电流表说明书），并将电流表的刻度值记在图5-3所示的刻度盘的下方。
图5-3
2．对电流表进行机械调零
3．按图5-2连接电路
4．测量电流表内阻
（1）断开S2，接通K1，调节R使电流表满偏
（2）接通S2，调节R′到电流表半偏
（3）记下R′值，即为电流表的内阻
（4）切断电源、拆除电路
1．若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对。
2．
（1）连接电路前先辨明电流表的正负接线柱，并布列好仪器，使位置合适，方便实验。
（2）依次序接线，最后接通电路前，电键S1断开，可变电阻R置于阻值最大位置
3．
（1）R由大到小慢慢调节，使电流表指针偏角平稳地增大到满偏，通过电流表的电流不超过量程。
若变阻器R调至最大后，试触S1还超过了电流表量程，则应再串联一个定值电阻或降低电源电压
（2）在闭合S2调节R′至电流表半偏的过程中，应保持R的阻值不变
（3）读出R′后即暂时切断电源
（4）全部测量完成无误后，再拆去电路
二、将电流表改装为电压表
1．由式R=U/Ig-Rg求出将电流表改装为量程为U（一般可取U=3V，或由教师给定）的电压表所需串联的附加电阻R
2．在电阻箱上取电阻R，并串联在电流表上，即组装成如图5-1所示的量程为U的电压表
3．作出改装好的电压表表头刻度盘的示意图，确认它的最小分度值
1．确认附加电阻的计算无误
2．阻值为R的电阻箱与电流表串联。
3．将改装后电压表的刻度值记在图5-3所示的刻度盘上，并适当分度。
4．附加电阻R（电阻箱）的值一经确定，就不能再变。
三．把改装好的电压表与标准电压表进行校对
1．按图3所示电路进行连接，其中V是是标准电压表
2．改变变阻器R2滑片位置，使V的示数分别为0.5V、1V、1.5V、2V，并核对改装的电压表的示数是否正确
1．合上电键S前，变阻器R2的滑片应置于图5-4中的最左端
2．核对时要注意搞清楚改装后电流表刻度盘上每一小格表示多大电压
【注意事项】
1．本实验比较复杂，因此先必须把实验步骤确定好：
第一步测Rg；第二步：
计算分压电阻R1；第三步校对改装后的伏特表．
2．测电流表的内阻时，闭合S1前，变阻器R应调至电阻最大值，以免闭合S1后通过电流表电流过大，而损坏电流表．若变阻器调至最大后，试触S1还超过了电流表量程，则应再串联一个定值电阻或降低电源电压．
3．S2闭合后，在调节R’时，不能再改变R的阻值，否则将改变电路的总电流，从而影响实验的精确度．
4．在校准电路中，要对改装表从零到满量程校准，所以变阻器必须采用分压式接法．
【典型例题】例一：
在把电流表改装成电压表的实验中，需要利用如图所示的电路测定电流表的内阻，其主要操作步骤如下：
①接通S1，调节R1，使电流表指针偏转到满刻度；②再接通S2，调节R2，使电流表指针偏转到满刻度的一半；③读出R2的阻值，即认为电流表的内阻rg=R2[来源:
Zxxk.Com]
现备有如下器材：
A．电流表（量程0～100μA，内阻约为100Ω）B．电阻箱（范围0～10Ω）C．电阻箱（范围0～9999Ω）&a5e/j8@!
SE6BD．电阻箱（范围0～99999Ω）;g*X（g-f9]1d7^c）B-`7E（X6h:
\3Y#I%W9\.OE．滑动变阻器（范围0～200Ω）F．电源（电动势3V，内阻不计）G．开关和若干导线
（1）电路图中R1应选________，R2应选________。
（填入所选器材的字母代号）
（2）实验中读得R2的阻值为100Ω，若将此电流表改装成量程为3V的电压表，应
________联一个阻值为________Ω的电阻。
（3）若用此改装表去测量一稳恒电压，则测量值和真实值相比________（填“偏大”或“偏小”）。
例二：
（1）图中给出的是用螺旋测微器测量一金属薄板厚度时的示数，此读数应为 mm。
（2）实验室内有一电压表mV ，量程为150mV，内阻约为150Ω。
现要将其改装成量程为10mA的电流表，并进行校准。
为此，实验室提供如下器材：
干电池E（电动势为1.5V），电阻箱R，滑线变阻器R′，电流表A （有1.5mA，15mA与150mA三个量程）及开关K。
（a）对电表改装时必须知道电压表的内阻。
可用图示的电路测量电压表的内阻。
在既不损坏仪器又能使精确度尽可能高的条件下，电路中电流表A 应选用的量程是 。
若合上K，调节滑线变阻器后测得电压表的读数为150V，电流表A 的读数为1.05mA，则电压表的内阻
为 。
（取三位有效数字）
实验4：
测定电源的电动势和内阻
【实验目的】测定电池的电动势和内电阻
【实验原理】
由闭合电路的欧姆定律E=U+Ir知，路端电压U=E—Ir，对给定的电源，E、r为常量，因此路端电压U是电流I的一次函数。
将电池、电流表、电压表，可变电阻连接成如图所示的电路，改变可变电阻R的阻值，可以测得多组I、U值。
将它们描在U—I坐标中，图线应该是一条直线。
显然，直线在U坐标上的截距值就是电池电动势，直线斜率的绝对值就是电池的内阻的大小。
上述用作图的方法得出实验结果的方法，具有直观、简便的优点。
【步骤规范】
实验步骤
操作规范
一.连接实验电路
1．将电流表、电压表机械调零
2．布列实验器材，接图连接实验电路
1．若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对
2．⑴实验器材应放置在合适的位置，应使电键、滑动变阻器便于操作；电表刻度盘应正对实验者
⑵电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器阻值置于最大；导线连接无“丁”字形接线
⑶电流表量程0.6A，电压表量程3V
二．读取I、U数据
1．调节滑动变阻器的阻值，闭合电键，读取一组电流表和电压表的读数
2．改变滑动变阻器的阻值，闭合电键，读取电流表和电压表读数，共测8-10组
1．⑴滑动变阻器的阻值由大到小变化，使电路中电流从小到大平稳地改变，适时地读取I、U读数
⑵电流表和电压表读数正确，有估读
⑶必要时要及时改变电表量程
2．每次实验后，都要及时断开电源
【注意事项】
1．使用内阻大些（用过一段时间）的干电池，在实验中不要将I调得过大，每次读完U、I读数立即断电，以免于电池在大电流放电时极化现象过重，E、r明显变化．
2．在画U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，而不要顾及个别离开较远的点以减少偶然误差．
3．干电池内阻较小时U的变化较小，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，下部大面积空间得不到利用，为此可使坐标不从零开始，如图乙所示，把坐标的比例放大，可使结果的误差减小些．此时图线与横轴交点不表示短路电流．计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用r=|ΔU/ΔI|计算出电池的内阻r．
【典型例题】
例1．在测定一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2Ω）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：
A电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为（20Ω，3A），B变阻器为（500Ω，0.2A）
电压表应该选（填A或B），这是因为.
变阻器应该选（填A或B），这是因为.
例2、某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片P
移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示：
（理想电表）
序号
A1示数（A）
A2示数（A）
V1示数（V）
V2示数（V）
1
0.60
0.30
2.40
1.20
2
0.44
0.32
2.56
0.48
（1）电路中E、r分别为电源的电动势和内阻，R1、R2、R3为定值电值，在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量（不要求具体计算）_________。
（3）由于电路发生故障，发现两电流表示数相同了（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是______．
例3、测量电源B的电动势E及内阻r（E约为4．5V，r约为1．5Ω）。
器材：
量程3V的理想电压表
，量程0．5A的电流表
（具有一定内阻），固定电阻R=4Ω，滑线变阻器R′，电键K，导线若干。
①画出实验电路原理图。
图中各无件需用题目中给出的符号或字母标出。
②实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2。
则可以求出E=，r=。
（用I1，I2，U1，U2及R表示）
例4、在“测定电源电动势和内电阻”的实验中
（1）图为某同学连接的用伏安法测干电池的电动势和内电阻的实验电路，指出错误及不合要求处并改正
AB
C
（2）某同学分别用新旧两个干电池做实验，根据实验数据画出的U—I图象中两条图线a和b，则是旧电池对应的图线。
（3）若实验室由于缺少安培表，有几组需利用伏特表和电阻箱、（符号
）开关、导线组成电路进行测量
A、在方框中画出电路图
B、写出计算电动势和内电阻的表达式ε=r=。
例5、一种供仪器使用的小型电池标称电压为9V，允许电池输出的最大电流为50mA，为了测定这个电池的电动势和内电阻，实验室利用了图1所示电路，图中电压表内阻很大，可不考虑对电路的影响，R为电阻箱，阻值范围为0—9999Ω,R0是保护电阻。
（1）实验室中备有的定值电阻有以下几种规格：
A.10Ω5WB.150Ω1/2W
C.200Ω1/4WD.1.2kΩ1W。
。
实验时，R0应选用（填字母代号）较好。
（2）在实验中，当变阻箱各旋钮调到2所示位置后，闭合开关，电压表示数为9.0V，变阻箱此时电阻为Ω。
电路中通过电阻箱电流为mA。
（3）断开开关，调整电阻箱阻值，再闭合开关，读取电压表示数，重复多次，取得数据后，作出如图（3）所示图线，由图线求得电动势E=______V，内电阻r=______Ω．
实验5：
练习用多用电表
【实验目的】
1．学习多用电表的一般使用方法．
2．练习用多用电表探测黑箱内的电学元件．
3．了解晶体二极管的单向导电性及其符号．
【实验原理】
多用电表（如图所示）可以用来测量直流电流、直流电压、交变电流、交变电压、电阻等多种电学量。
左图多用电表的上半部分为表盘，下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域及量程。
将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表被接通；将多用电表的选择开关旋转到电阻挡，多用电表内的欧姆表电路就被接通。
欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的。
其电路如图所示，R为调零电阻。
当红黑表笔短接，使电阻调零时，表头指针满偏，有Ig=E/（Rg+R+r）。
当红、黑表笔间接入某电阻RX时，有Ix=E/（Rg+R+r+Rx），可见每一个RX都有一个对应的电流值I。
我们只要在表盘上表明与I对应的RX值，就可用它来测量未知电阻RX。
我们用多用电表来探测黑箱内的电学元件。
黑箱又称黑盒子、暗盒，是指不知其内部结构的系统。
黑箱方法，也是控制论中的一种重要方法。
具体地说：
就是给黑箱一个刺激（输入），观察其反映（输出），并分析多组输入和输出的对应关系，来推测黑箱内部结构并加以控制的方法。
由于求解黑箱问题，需较多地采用了由果求因的逆向思维方法。
且造成同一结果的原因可能有多种，故对黑箱的求解，难度一般较大。
为简便起见，本实验采用限定：
黑箱有三个接点（图3）；二接点间最多只有一个元件、黑箱内最多只有二个元件（且均串联）；黑箱内的元件可能为电源、电阻或二极管。
晶体二极管具有单向导电性，如图4所示。
当二极管加上正向电压时，它的电阻很小，就像一个接通的开关一样；当给二极管加上反向电压时，它的电阻变得很大，就像断开的开关一样。
根据这一特征，我们可以来断定电路中是否可能有二极管。
用多用电表探测黑箱的思路
【步骤规范】
实验步骤
操作规范
一.识别多用电表
1.识别多用表的选择开关、欧姆挡、欧姆挡倍率、刻度盘
2.将红、黑表笔分别插入测试笔插孔
3.根据待测电阻的估计值，选择合适的倍率，将选择开关置于这一挡
1.明确欧姆表刻度的零位置、∞、中心刻度位置
2.红、黑表笔的插头端分别插入“+”、“－”插孔
3.测试时，
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