电学实验专题(16K)

1、电学实验专题一、电学实验基础知识1 电路设计的基本原则： 电学仪器的选择和电路的设计，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全”T“精确方便”原则，兼顾“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。 安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危 害。如：要考虑各种电表的量程、用电器的额定电压和电流 、滑动变阻器允许通过 的最大电流、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不 能烧坏仪器。 精确性：在实验方案、仪器类型、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能 的小。如：选择电表时，在保证电表安全的前提下尽量选择小量程；测量时尽 量使指针

2、有较大范围的偏转；欧姆表指针尽量在中央刻度（中值电阻）附近。 方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。如滑动变阻器, 既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，当其阻值大于用电器的阻值 时用限流电路调节电路的电压（电流）比较方便；当其阻值小于用电器的电阻时 用分压电路调节电路的电压（电流）比较方便.2 实验电路的选择一个实验电路由最主要的两部分构成，即测量部分和控制部分。有极少数 电路有保护部分，还有个别电路有转换部分。电流表的内、外接法问题：连接方式电流表内接法电流表外接法电路图-2误差原因电流表的分压作用 uux+uA电压表的分流作用 托严厶+Zv电阻测量值R劃=丘+血&

3、测量值大于真实值Rxrx+rvRi测量值小于真实值适用条件 适合测大电阻 R； RaRv 试触法 适合测小电阻 R；V RaRv 试触法方法一：设电流表、电压表内阻分别为Ra、Rv，被测电阻为 Rx，则当Rx v RaRv时，电压表分流作用小，应选用外接法当Rx RaRv_时，电流表分压作用小，应选用内接法当Rx . Ra Rv_时，两种方法均可。方法二：在Ra、Rv均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将活动端P与a、b接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变 化显著（明显），说明电压表分流作用过大，应采用内接 法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化显著（明 显），说明电流表分压

4、作用过大，应采用外接法。（这里所说的变化 显著，是指相对变化，即 A 1/1和A U/U ）o结论：两次接触，哪个表示数变化显著（明显），Rx就与哪个表“近接”电压调节范围URx uR Rx0U分压电路 调节范围大电流调节范围UUR rxrxn U0Rx分压电路 调节范围大电能损耗较小较大电路总能耗不同电路连接简便复杂接线复杂程度不同闭合开关前 滑片P的位置a端a端都是为了保护电路和仪器选取接法的原则:必须用须用分压式接法的四种情况： 要求负载上电压或电流从零开始连续可调。 负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R寸，须用分压式接法，因为此时若 采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。 采用限流电

5、路时，无论怎样调节滑动变阻器电路中的最小电流（电压） 仍超过电表的量程或超过元件允许的最大电流。 一些特殊电路。（3）电学器材的选择 电源和定值电阻的选择：一般可以根据待测元件的额定电流或额定电压选择符合需要的 直流电源和定值电阻，应考虑电流不能超过其允许的最大电流. 电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电 流的最大值选择电流表；选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大，使指针尽量 超过满刻度的1/3,指针偏转幅过小是不允许的。 变阻器的选择：所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确 保变阻器的安全；为满足实验中电流变化的需要和调

6、节的方便，滑动变阻器调节时应用到 大部分电阻线.（4）选择的一般步骤 根据实验要求设计合理的实验电路； 找出唯一性的器材； 估算电路中电压和电流的最大值或最小值，结合已知器材的规格选定电源、选定电压表和电流表以及所用的量程； 根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器 3.电表的改装 常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的13亠、电流表的构造和工作原理1、构造：永磁铁和放入永磁铁磁场的可转动线圈组成2、电路图:(1) 满偏电流：电流表指针偏转到最大刻度时的电流 Ig(2) 电流表的内阻：表头G的电阻Rg(3) 满偏电压：电流表G通过满偏电流时，加在它两端的电压 Ug也击占葯用宅二

7、把灵敏电流计改为电压表 据串联电路的特点得：U LJ-LJ1=二=旦畧 RgR电賂图RvRv解得:“冒&OT v(2)电压表的内阻：Rv=Rg+R在实验电路的设计或选择时，如果所给电表的量程不合适考虑利用定值电阻或电阻箱把电表扩程后再使用.三、把灵敏电流计G改为电流表A据并联电路的特点得:U厂収HQR解得:R -_ -也輕URaJ IR娶：(2)电流表的内肌:RA=RgxR/(R+Rg)1、高中物理实验“八大”器材一灵敏电流计灵敏电流计是一种测量微弱电流或微小电压的磁电仪表，它与其它电流计相比具有灵敏度 更高，量程更小得特点，可以测量10-710-12a的微小电流。在实际应用中，它常常被用来测

8、定光电流、生物电流或者是精密电桥、电势差计的指零仪器。灵敏电流计俗称表头。二电流表量程为0.6A的电流表，最小格为0.02A，指针偏转不够一个小格的部分用半格估读法，读数为两位小数。如图，电流表读数为0.15A量程为3A的电流表，最小格为0.1A，指针偏转不够一个小格的部分用1/10格估读法，读数为两位小数。如图，电流表读数为0.74A二电压表量程为3V的电压表，最小格为0.1V，指针偏转不够一个小格的部分用1/10格估读法，读数为两位小数。如图，电压表读数为2.38V量程为15V的电压表，最小格为0.5V，指针偏转不够一个小格的部分用1/5格估读法，读数为一位小数。如图，电压表读数为11.7

9、V四滑动变阻器滑动变阻器滑动变阻器是电学中常用器件之一，它是通过改变接入电路的电阻线的长度来改变电 阻的，从而改变电路中的电流大小，起到控制电路的作用。在电路分析中，滑动变阻器既可以作为一个 定值电阻，也可以作为一个变值电阻。滑动变阻器的构成一般包括接线柱、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分。滑动变阻器的电阻丝绕在绝缘瓷筒上，电阻丝外面涂有绝缘漆。在铭牌上标定的电阻值为滑动变阻器的总电阻（也叫作全程电阻），电流值为允许通过的最大电流。如上图中 滑动变阻器的总电阻为20 Q,允许通过的最大电流为2A。五读数式电阻箱这种电阻箱面板上有几个旋钮，旋钮旁分别标有倍率0.1、X1、X10、X100、X1

10、000等的字样，旋钮的周围标有 0 9共十个数字，将每个旋钮的指针所指的数值乘以各自的倍 率，从最高位到低位依次读出来，就得到这时电阻箱的实际阻值。注意图中最左边的两个 黑点表示的是接线柱，接入电路时不分正、负极。若指针位置如图所示，则阻值为92.8 Q-10Gil 11100 X10M六.多用电表一.表面结构1 -表盘分清三条刻度线所 测屋的物理量最上面的刻度线右蠕标有 从右向左，刻度线依 次变密是用来测电阻的* 中间的刻度线共MX小 格，分布均匀，是用于测 电流和直流电压的；诫下面的F刻度线分布不 均匀（开始阶段较密集）. 是用来測交流电压的.6 v10VCillujoo Klfti L、

11、丿 I 、二.测量电路Ri%1 U 2 A+ 10mA 1mA 电流档电路X1 X102.5V2.选择开关多用电表的下半部分为选 择开关，周围标有测量功 能的区域和量程.将多用 电表的选择开关转到电流（压）档，多用电表相当 于一个电流（压）表，其 使用方法和读数与电流（压）表相同.当选择开 关旋转到电胆档，就可以 测电阻了.电流（压）档 上标示为量程，欧姆档上 标示为倍率.欧姆档电路电压档电路欧姆档的测量原理根据闭合路的欧姆定律测量红幾笔R用r均为定值电阻阻电流I与待测电跖之间存在着可以通过电流的测量达到测量电阻的目的. 标出与电流I对应的电阻Rx值，可以从刻度i 测量电阻的阻值匀I阻不同对应

12、的函数关系，因此 在輾曲接 吐直接读出被 由于I和Rx是非纯性关系，所以刻度不均 由于是减函数，所以刻度方向与电流档相反.3中值电阻等于欧姆档的J E丙此欧姆档的不同倍率虹袁笔1) 翼衣笔欧姆表的刻度1机械调零.当两表笔间不接电阻时(即不接触) 指针不偏，电阻无限大，刻度无限大2欧姆调零当两表笔接触时，Rx=O.此时电流调 到满偏值对应电阻值为零刻度0I E Es (7? + A +r) RnE/ = /(艮)R“(R + R + r) xD*四.欧姆档的测量步骤仁机械调零.检查多用电表的扬针是否停在表盘零刻度线，若不指零， 可用小螺丝刀厦动足位螺丝便指针指在左端电流零刻度处.2. 选择合适播

13、：由丁欧姆表的中值电阴是几彳欧姆，而用欧姆樽测电 阴时指针指到中央附近读数比较准确，因此所选倍率比待测电阻的估计 值小一个数最级.3. 欧姆调零：将红、黒表笔短接，调整调零电阻蕨钮使指针指在欧 姆表零刻度线位若噸姆零点囁钮右旋到底也不能调零，应更换 麦内电池.4, 测量读数：将表笔搭接在待测电阻两靖，如果指针在中央附近，表 针示数乘以倍率，即为待测电阻的阻值如果旨针靠近左右两靖，冋根 据吠量程大角度偏，小量翟小角度偏腐规律选择合适倍率重新调零，按 步骤3、4进彳了.5. 冬用电張用完后.将选择开姜置于诗当或交变电压的最高扌当，拔 岀表笔安火量程大角度偏 小量程小角度偏换档重新调零 测量完毕旋离

14、示数不用估读 示数要乘倍率特别说明:使用电流档和电压档时，都不用内电源.必须要 再有外电源.有外电源,使用欧姆档时,只能使用内电源,不能2不管使用电流档、电压档还是欧姆档时，电流都 从多用电表的红表笔流入多用电表、从黑表笔濫出 多用电表标.以保证电流表能从左向右偏转.注蕙: 使用欧姆档时，红表笔接内部电源的负极，黑表笔 接内部电源的正极.3多用电表的欧姆档刻度不均匀，只有中央部分便于观察，所以使用欧姆档，要尽量使指针偏转到中 央附近；而电流档和电压档则是越接近满偏时谋差 越小，所以使用电流档和电压档，要尽畳使指针的 偏转角度大一些.七螺旋测微器螺旋测微器的读数 分为三个步骤：1、先读固定刻度整

15、毫米2、 再读半刻度，若半刻度线已露出，记作0.5mm ;若半刻度线未露出，记作 0.0mm ;3、 再读可动刻度（注意估读）。记作n xo.oimm ;最终读数=固定刻度+可动刻度x 0.01mm由于螺旋测微器可测到毫米的千分位，故螺旋测微器又叫千分尺微调罔定刻鹰 D旋扭内测旱爪八.游标卡尺游标卡尺由主尺和游标尺（又称副尺）组成。主尺与 固定卡脚制成一体；游标尺 与活动卡脚制成一体，并能 在主尺上滑动。可以用它来 测量零件的外径、内径、 长度、宽度、厚度、深度和 孔距等，应用范围很广。常 用游标卡尺有10分度、20分度、50分度三种规格，对应的测量精度分别为 0.1mm、0.05mm、 0.

16、02mm。游标卡尺读数分为三个步骤：1、先在主尺上读出游标尺零线左边的刻度，该值就是最后读数的整数部分。2、游标尺上一定有一条刻线与主尺的某刻线对齐，找到该刻线。3、读出游标尺数值。游标尺上第多少条刻线与主尺刻线对齐，就是多少x精度，得到最 后读数的小数部分。将所得到的整数和小数部分相加，就得到最终读数。三、典型例题例1用伏安法测量金属导线的电阻 R,试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的量程为 0.6A，内阻接近1 Q,伏特表的量程为 3V，内阻为5K Q ;电源的电动 势为6V，变阻器的阻值为 020 Q。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。例2 :有一个电阻Rx

17、，其阻值大约是25k Q，可供选择的器材是:12电流表 A1 (0-100 卩 A, 2k Q ) 电流表 A2 (0-500 卩 A, 300 Q ) 电压表 V1 (0-10V,100k Q)电压表 V2 (0-50V,500K Q)直流稳压电源 E (15V , 1A ) 滑动变阻器 R (1k Q ,1W)电键K和若干根导线.试选择适当的器材，选取适当的电 路，使测量尽可能准确，并画出电 路图，再将如图示的实物连线。E=15V例3.如图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下:（1）待测电阻Rx （约100Q）直流毫安表（量程 010mA，内阻50Q）（3）直

18、流电压表（量程 03V，内阻5kQ）（4）直流电源（输出电压 4V，内阻可不计）滑动变阻器（阻值范围 015 Q,允许最大电流1A）（6）电键一个，导线若干条.根据器材的规格和实验要求， 在本题的实物图上连线.例4.为了测定一个“6.3V 1W”的小电珠正常发光时的电阻,实验室提供了下列实验器材:A .电流表 A 1:(0.6A, 0.2 Q)B毫安表 A 2 :( 200mA , 0.5Q)C. 电压表 V 1 :(10V, 1k Q)D. 电压表 V 2 :(15V , 1.5k Q)E. 电源 E仁6V , 2AF. 电源 E2= 9V , 1AG. 电源 E3= 15V , 0.1AH

19、 .可变电阻 R仁10 Q, 1WI .可变电阻R2= 20 Q, 0.8W J. 可变电阻K.导线若干，电键一个.实验时应选用的器材是在右边的线框中画出实验的电路图，要求测量误差尽可能小例5有一电阻Rx,其阻值在100200 Q之间，额定功率为0.25W。要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有:安培表A1，量程为50mA , Ra1=100Q 安培表A2，量程为1A, RA2=20 Q 电压表Vj量程为5V, RV1=10k Q 电压表V2，量程为15V , RV2=30k Q20变阻器Ri，变阻范围020 Q , 2A变阻器R2,变阻范围01000 Q, 1A9V电源，电键，导线。实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是：画出所用实验电路图。例6用以下器材测量一待测电阻 Rx的