电学实验背记内容Word文档格式.docx

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50

49

0.02

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＝

＝Rx＋RA>

Rx

测量值大于真实值

＝

<

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

（1）阻值比较法：

先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；

若Rx较大，宜采用电流表内接法．

（2）临界值计算法

Rx<

时，用电流表外接法；

Rx>

时，用电流表内接法．

（3）实验试探法：

按图3接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；

如果电流表的示数图3有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．

四、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

限流式接法

分压式接法

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

≤U≤E

0≤U≤E

分压电路调节范围大

负载R上电流调节范围

≤I≤

0≤I≤

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）．

③如果R很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大．R很大时，分压式接法中R几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节．

a．若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流（或电压）仍超过电流表（或电压表）的量程，或超过待测电阻的额定电流（或电压），则必须选用分压式接法．

b．若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化不明显，此时，应改用分压电路．

c．若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法．

d．两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．

1.下列三种情况必须选用分压式接法

（1）要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：

测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.

（2）当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0时，必须采用分压接法.因为按图（b）连接时，因RL>

>

R0＞Rap,所以RL与Rap的并联值R并≈Rap，而整个电路的总阻值约为R0，那么RL两端电压UL=IR并=

·

Rap，显然UL∝Rap,且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.

（3）若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法.

2.下列情况可选用限流式接法

（1）测量时对电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL与R0相差不大或RL略小于R0，采用限流式接法.

（2）电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.

（3）没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素优先采用限流式接法.

五、电阻测量的方法归类

在高中电学实验中，涉及最多的问题就是电阻的测量，电阻的测量方法也比较多，最常用的有：

（1）欧姆表测量：

（2）替代法：

如图10-13所示。

先把双刀双掷开关S2扳到1，闭合S1，调整滑动变阻器，使电流表指针指到某一位置，记下此时的示数I（最好为一整数）。

再把开关S2扳到2，调整电阻箱R0，使得电流表指针仍指到示数I。

读出此时电阻箱的阻值r，则未知电阻Rx的阻值等于r。

（3）伏安法：

（4）比例法：

例如，测电流表和电压表的内阻，如果有可以作为标准的已知电阻的电表，都可以使用比例法。

采用比例法测电阻的依据是：

串联电路电压与电阻成正比，并联电路电流与电阻成反比。

电压表可显示电阻两端的电压值，电流表可显示电阻中通过的电流，所以测电流表内阻应把两电流表并联，测电压表内阻应把两电压表串联，电路图分别如图10-14（甲）、（乙）所示。

（5）半值法（半偏法）。

半值法是上面比例法的一个特例，测电流表内阻和测电压表内阻都可以用半值法，电路图如图10-15所示。

甲图实验时先断开开关S’，闭合S，调整滑动变阻器R01（限流法连接），使电流表A满度（即指针指满刻度处）；

再闭合S’，调整电阻箱R1，使电流表A的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电流表A的电阻rA=R。

（测量结果偏小）

乙图实验时先闭合开关S’及S，调整滑动变阻器R02（分压法连接），使电压表V满度；

再断开S’，调整电阻箱R2，使电压表V的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电压表V的电阻rV=R。

（测量结果偏大）

六、测量金属的电阻率

【实验原理】由R＝ρ

得ρ＝

，因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.

（1）把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R（R＝

）．电路原理图如图所示．

（2）用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S.（3）将测量的数据代入公式ρ＝

求金属丝的电阻率．

【实验器材】毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流电压表、滑动变阻器（阻值范围0～50Ω）、电池组、开关、被测金属丝、导线若干．

【实验步骤】

1．直径测定：

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，计算出导线的横截面积S＝

.

2．电路连接：

连接好用伏安法测电阻的实验电路．

3．长度测量：

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，求其平均值l.

4．U、I测量：

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，闭合开关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，填入记录表格内，断开开关S，求出金属导线电阻R的平均值．5．拆除电路，整理好实验器材．

【数据处理】1．在求R的平均值时可用两种方法

（1）用R＝

分别算出各次的数值，再取平均值．

（2）用U－I图线的斜率求出．

2．计算电阻率：

将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝R

【误差分析】

1．金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一．

2．采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小．

3．金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等也会带来偶然误差．

4．由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差．

七、描绘小电珠的伏安特性曲线

【实验原理】

1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组（U，I）值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．

2．电流表外接：

因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；

滑动变阻器采用分压式接法，使电压能从零开始连续变化．

【实验器材】

小电珠（3.8V,0.3A）或（2.5V,0.6A）一个、电压表（0～3V～15V）与电流表（0～0.6A～3A）各一个、滑动变阻器（最大阻值20Ω）一个、学生低压直流电源（或电池组）、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔．

1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按图的原理图连接好实验电路

2．把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后闭合开关S.

3．移动滑动变阻器滑片位置，测出多组不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S.

U（V）

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

I（A）

1.6

2.0

2.4

2.8

3.2

3.6

3.8

4．拆除电路，整理仪器．

【数据处理】

1．在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．

2．在坐标纸上描出各组数据所对应的点．（坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜）

3．将描出的点用平滑的曲线连结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．

1．由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差．

2．电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数．

3．在坐标纸上描点、作图带来操作误差．

【注意事项】

1．电路的连接方式

（1）电流表应采用外接法，因为小电珠（3.8V,0.3A）的电阻很小，与0～0.6A的电流表串联时，电流表的分压影响很大．

（2）滑动变阻器应采用分压式接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化.

2．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝．

3．I－U图线在U0＝1.0V左右将发生明显弯曲，故在U0＝1.0V左右描点要密，以防出现较大误差．

4．电流表选择0.6A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即若使用“3.8V,0.3A”的小电珠，选用电压表的15V量程；

若使用“2.5V,0.6A”的小电珠，则选用电压表的3V量程．

5．当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录后马上断开开关．6．误差较大的点要舍去，I－U图线应是平滑曲线而非折线．

八、仪器选择的基本思路

（1）优先考虑安全因素：

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（或电压）不能超过其允许的最大电流（或电压）．实际处理过程中，需要估算回路中的最大电流（一般应假设变阻器采用限流接法时进行估算）．如：

用伏安法作出标有“6V，0.6W”字样的小灯泡的U－I图线，则实际加在灯泡两端的电压的最大值不能超过6V.

（2）考虑读数误差因素：

一般要求各电表的实际读数不小于其量程的

，以减小读数误差．

（3）仪器选择的一般步骤：

①首先选择唯一性的器材；

②粗画电路图（暂不接电流表和电压表）；

③估算回路中电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材．

九、实验电路设计的思路方法

电路设计也是高考实验题中常考题型之一．首先应明确题目的要求，看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或要求设计达到何种标准的电路等．其设计原则是：

安全、方便、经济．任何实验电路都由测量电路和控制电路构成，测量电路又由电表和被测元件构成，而控制电路由变阻器、开关、电源构成．在测量电路中，一般由电流表内接和外接两种方式，对于给定电表内阻的情况，应先比较R0与待测电阻Rx的关系，其中R0＝

，若Rx>

R0，则设计为内接；

若Rx<

R0，则设计为外接；

若电表量程不合适，往往还要用定值电阻对电表进行改装．在控制电路中，变阻器有分压式、限流式两种接法，若变阻器阻值较小，一般设计为分压式；

若变阻器阻值较大，一般设计为限流式，在二者都可行时，应先考虑限流方式，但下面三种情形必须设计为分压式接法：

①数据要求从0开始；

②变阻器阻值太小、限流限不住；

③变阻器调节时，不能获取有区分度的多组数据．

十测定电源的电动势和内阻

1．实验依据：

闭合电路的欧姆定律

2．实验电路：

如图所示

3．E和r的求解：

由U＝E－Ir

得

，解得

4．作图法数据处理，如图所示．

（1）图线与纵轴交点为E.

（2）图线与横轴交点为I短＝

（3）图线的斜率表示r＝

.

特别提醒　图线斜率的绝对值为电源内阻r的大小；

当I＝0时，U＝E，即图线与纵轴的交点坐标值；

当U＝0时，I为短路时的电流，即图线与横轴的交点坐标值．但要注意，有时纵轴起点不是零，这时图线与横轴的交点不是短路电流，图线斜率的绝对值仍是内阻值，与纵轴的交点坐标值仍为电源的电动势值．

电池（被测电源）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸．

1．连接电路：

电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按图连接好电路．

2．测量与记录

（1）把变阻器的滑片移动到使用阻值最大的一端．

（2）闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数据（I1、U1）．用同样方法测量多组I、U值．填入表格中.

第1组

第2组

第3组

第4组

第5组

第6组

I/A

U/V

（3）断开开关，拆除电路整理好器材．

本实验中数据的处理方法，一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法．

方法一　取六组对应的U、I数据，数据满足的关系式U1＝E－I1r、U2＝E－I2r、U3＝E－I3r…让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组E、r，取其平均值作为电池的电动势E和内阻r的大小．

方法二　在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U—I坐标系，在坐标平面内描出各组（U，I）值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标值即是电池电动势的大小（一次函数的纵轴截距），直线斜率的绝对值即为电池的内阻r.即r＝|

|.

1．偶然误差

（1）由读数不准和电表线性不良引起误差．

（2）用图象法求E和r时，由于作图不准确造成的误差．

（3）测量过程中通电时间过长或电流过大，都会引起E、r变化．

2．系统误差：

由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差．

（1）如图甲所示，在理论上E＝U＋（IV＋IA）r，其中电压表示数U是准确的电源两端电压，而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差，而且电压表示数越大，IV越大．

结论：

①当电压表示数为零时，IV＝0，IA＝I短，短路电流测量值＝真实值．

②E测<

E真．③因为r测＝

，所以r测<

r真．从电路的角度看，电压表应看成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势（r测和E测），如图乙所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻R断开时，a、b两点间电压Uab等于电动势E测，此时电源与电压表构成回路，所以Uab<

E真，即E测<

E真．

（2）若采用如下图甲所示的电路，IA为电源电流真实值，理论上有E＝U＋UA＋IAr，其中UA不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，UA越大，当电流为零时，UA＝0，电压为准确值，等于E，如图乙所示．

甲　　　　　　　　　乙

①E为真实值．②I短测<

I短真．③因为r测＝

，所以r测>

r真，r测为r真和RA的串联值，由于通常情况下电池的内阻较小，所以这时r测的测量误差非常大．

1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的干电池）．

2．要测出不少于6组的（I，U）数据，且变化范围要大些，然后用方程组求解，并求平均值．

3．画U－I图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去．这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度．

4．由于干电池的内阻较小，路端电压U的变化也较小，这时画U－I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）．但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电源的电动势，图线斜率的绝对值仍为内电阻．

【实验改进】

测电源的电动势和内电阻的其他几种方法

1．用一个电流表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：

E＝I1（R1＋r），E＝I2（R2＋r），由此可求出E和r，此种方法使测得的电动势无偏差，但内阻偏大．

2．用一个电压表和电阻箱测量，电路如图所示，测量原理为：

E＝U1＋

r，E＝U2＋

r.由此可求出r和E，此种方法测得的电动势和内阻均偏小．

3．用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接在电源两端，所测值近似认为是电源的电动势，此时U＝

≈E，需满足RV≫r.

4．用两个电压表可测得电源的电动势，电路如图所示．测量方法为：

断开S，测得V1、V2的示数分别为U1、U2，此时，E＝U1＋U2＋

r,RV为V1的内阻；

再闭合S，V1的示数为U1′,此时E＝U1′＋

r，解方程组可求得E.

十、实物图连接的技巧：

实物图连接是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型，连线前一定要画出实验电路图，然后按图连线，且必须注意以下几点：

（1）连线不能交叉；

（2）必须把线接在接线柱上；

（3）电流应从电表正接线柱流入，从负接线柱流出；

（4）变阻器应处在有效控制状态．（5）在实际操作中，画电路图时，各元件的相对位置应尽量与实物图相吻合；

（6）连实物图时，应先串后并，先连控制电路后连测量电路．要特别注意变阻器的分压连接，把变阻器的全电阻、开电源连成干路，取变阻器的部分电阻与测量电路并联即可．

十一、欧姆表原理（多用电表测电阻原理）

如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红黑表笔组成．

欧姆表内部：

电流表、电池、调零电阻串联．

外部：

接被测电阻Rx.

全电路电阻R总＝Rg＋R＋r＋Rx

2．工作原理：

闭合电路的欧姆定律I＝

3．刻度的标定：

红黑表笔短接（被测电阻Rx＝0）时，调节调零电阻R，使I＝Ig，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆表调零．

（1）当I＝Ig时，Rx＝0，在满偏电流Ig处标为“0”．（图甲）

（2）当I＝0时，Rx→∞，在I＝0处标为“∞”．（图乙）

（3）当I＝

时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻是欧姆表的内阻，也叫中值电阻．

十二、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．

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，并通过选择开关接入与待测量相对应的测量端．

十四、二极管的单向导电性

1．晶体二极管是由半导体材料制成的，它有两个极，即正极和负极，它的符号如图甲所示．

2．晶体二极管具有单向导电性（符号上的箭头表示允许电流通过的方向）．当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；

当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示．

3．将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红表笔接“负”极时，电阻示数较小，反之电阻示数很大，由此可判断出二极管的正、负极．

十五、练习使用多用电表测电阻的步骤

（1）调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度．

（2）估计待测电阻大小选择适当的档位，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮，进行欧姆调零。

（3）将两表笔分别接触标定值，读出指示的电阻值，然后断开表笔，

（4）测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡．

练习使用多用电表注意事项

1．表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”孔，黑表笔插入“－”孔，注意电流的实际方向应为“红入”，“黑出”．

2．区分“机械零点”与“欧姆零点”．机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；

欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆挡的调零旋钮．

3．测电压时，多用电表应与被测元件并联；

测电流时，多用电表应与被测元件串联．

4．刻度线有三条：

上为电阻专用，中间为电流、电压、交流直流共用，下为交流2.5V专用．

5．由于欧姆表盘难于估读，测量结果只需取两位有效数字，读数时注意乘以相应量程的倍率．

6．使用多用电表时，手不能接触测试笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆．

7．测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表．

8．测电阻时每换一挡必须重新欧姆调零．

9．在研究二极管的单向导电性时，切记在二极管正向导通的情况下电路中必须连有灯泡或其他用电器，不能只连接一个二极管，否则极易烧坏二极管．

10．使用完毕，选择开关要置于OFF挡．长期不用，应把表内电池取出．

11、用