电学实验基础

1、高中物理电学实验基础一、电表、电表的改装1.灵敏电流表G（1）三个主要参数内阻Rg:电流表线圈的电阻，大约几欧到几十欧。满偏电流Ig:指针偏转到最大刻度时的电流，大约几十微安到几毫安。满偏电压Ug:电流表通过Ig时两端的电压，大约零点几伏。（2）三个参数间的关系：由欧姆定律可知Ug=IgRg注意：电表就是电阻。2.电压表（1）电压表的改装电流表G 的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为U的电压表时，应串联一个电阻R分去多余的电压U-Ug，电阻R叫分压电阻。据串联电路的特点得：解得：（2）电压表的内阻：Rv=Rg+R3.电流表的改装电流表G 的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为I的电流表时

2、，应并联一个电阻R分去多余的电流I-Ig，电阻R叫分流电阻。据并联电路的特点得：解得：（2）电流表的内阻：RA=Rg×R/(R+Rg)4.电流表改装成欧姆表原理：闭合电路的欧姆定律如图所示，当红、黑表笔短接时，调节R，使电流表的指针达到满偏电流，此时指针所指表盘上满刻度处对应两表笔间电阻为零。这时有：当两表笔间接入电阻Rx时，电流表的电流为：当Rx改变时，Ix随着改变，将电流表表盘上Ix处标上对应的Rx值，就构成了欧姆表。中值电阻：欧姆表的内阻即为中值电阻R中R内R+Rg+r因Ix与Rx 不是线性关系，欧姆表表盘刻度不均匀。二、滑动变阻器的两种接法1.限流接法如图所示。用电器Rx的电

3、压调节范围：开关闭合前，变阻器连入的电阻应调至最大，图中P应在a端。电路消耗的总功率为：EI限流接法的选用原则：测量时电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只在小范围内变化，且待测电阻Rx与R接近时。电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时。两种方法都满足时优先选用限流接法。2.分压接法如图所示Rx电压调节范围0UxE。开关闭合前，P应在a端。电路消耗的总功率为：EI （I为Rx中的电流）分压接法的选用原则：测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。待测电阻Rx远大于R，且要求电压变化范围较大时。采用限流接法时，电路中实际电压或电流的最小值仍超过Rx的额定值或电表

4、量程时。三、电阻的测量1.伏安法测电阻（1）原理：部分电路的欧姆定律。（2）电流表外接法，如图所示。误差分析：产生误差的原因：电压表V分流。适用于测小阻值电阻，即Rx远小于Rv时。（3）电流表内接法，如图所示。误差分析：产生误差的原因：电流表A分压。适用于测大阻值电阻，即Rx远大于RA时。（4）内、外接法的选用原则计算临界电阻：若Rx>R0，待测电阻为大电阻，用内接法，测量值大于真实值；若Rx<R0，待测电阻为小电阻，用外接法，测量值小于真实值；即大电阻，内接法，测量值偏大；小电阻，外接法，测量值偏小。可记为：“大内大、小外小”。试触法确定内外接法：在不知道RV、RA、RX的大致值

5、时，可用试触法，如图所示：触头分别接触a、b两点，并利用比较与大小来判断哪个电表示数变化明显。若电压表V示数变化大，说明A分压大，应用外接法；若电流表A示数变化大，说明V分流大，应用内接法。直接扣除电表内阻分压或分流造成的系统误差。若电压表内阻RV已知，则选用外接法，；若电流表内阻RA已知，则选用外接法，；若电压表内阻RV和电流表内阻RA均已知，为了减小读数误差，则应考虑哪种接法能使两表的示数同时调至较大或接近满偏，就选用那种接法。例1：某同学欲测一电阻Rx的阻值（约为300）可供选择的仪器有：电流表A1，量程10mA;电流表A2，量程0.6A;电压表V1，量程3V;电压表V2，量程15V；电

6、源电动势为4.5V。请同学们按图接好电路，闭合S1后，把开关S2拨至a时，发现两电表的指针偏转的角度都在满偏的4/5处；再把开关S2拨至b时，发现其中一个电表的指针偏转几乎不变，另一个电表的指针偏转的角度在满偏的3/4处；该同学在实验中所选电压表的量程为（3V）所选电流表的量程为（10mA ）Rx的测量值为（320）2.安安法测电阻若电流表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用.（1）如右图所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻R2=I1R1/I2.（2）如右图所示，当两电表的满偏UA2UA1时，A1串联一电阻R0，同样则可测得R2的内阻R

7、2=I1（R1+R0)/I2.例2.用以下器材测量一待测电阻的阻值，器材如下：电流表A1（量程250mA，内阻r1=5);标准电流表A2（量程300mA，内阻r2约为5);待测电阻R1（阻值约为100）；滑动变阻器R2（最大阻值为10）；电源E（电动势约为10V，内阻r约为1）；开关S，导线若干。（1）要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并表明代号。（2）实验中，需要直接测量的物理量是（ ）用测的量表示待测电阻R1的阻值的计算公式是（ ）答案：（1）原理图如图所示. （2）设两电流表A1和A2的读数为I1、I2，待测电阻R1阻值的计算公式为：3.伏伏法测电阻若电压表内阻已知，则可

8、当作电流表、电压表及定值电阻来使用。（1）如图所示，当两电表的满偏电流接近时，如果已知V1的内阻R1，则可测得V2的内阻R2=U2R1/U1.（2）如右图所示，当两电表的满偏电流IV2IV1时，V1并联一电阻R0，同样则可测得V2的内阻例3.用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：电源E（电动势约为9V，有一定内阻）；电压表V1（量程1.5V，内阻r1=750);电压表V2（量程5V，内阻r2约为2500);滑动变阻器R（最大阻值为100）；开关S，导线若干。（1）测量中要求电压表的读数不小于量程的1/3，试画出实验中测量电阻Rx的电路原理图。（2）若电压表V1的读数为U1，V2

9、的读数为U2，则用已知量和测的量表示待测电阻Rx的阻值的计算公式是 （2004年全国） 答案：（1）原理图如图所示.（2）待测电阻RX阻值的计算公式为：变式训练：（2010福建）如图所示是一些准备用来测量待测电阻阻值的实验器材，器材及其规格列表如下 为了能正常进行测量并尽可能减少测量误差，实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半，而且调节滑动变阻器能使电表读数有较明显的变化。请用实线代表导线，在所给的实验器材图中选择若干合适的器材，连成满足要求的测量阻值的电路。本小题属于难题，要准确答题就需要对实验原理（伏安法、变阻器接法）、误差分析有深刻理解。由于待测电阻约1000，要使电表读数发生明显变化

10、，滑动变阻器必须使用分压式接法。当电源电动势全部加在待测电阻上时，流过的电流约为，显然不能用电流表来测电流，而应该把其中一个电压表当电流表来使用。由于两电压表的满偏电流均为2mA，考虑到实验要求测量时电表的读数大于其量程的一半，若使用外接法，则无论电压表V1或V2当电流表来使用，均不能满足题设要求；若使用内接法，则只有电压表V1当电流表来使用，才能满足题设要求，如图所示。4.电阻箱或定值电阻当电表用（1）电阻箱作电压表用，如图所示：可测得电流表A2的内阻R2（I1-I2)R/I2图中电阻箱R可测得电压为（I1-I2)R（2）电阻箱作电流表用如图所示，若已知R及RV,则测得干路电流为：5.比较法

11、测电阻如图所示，测得电阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示数I1、I2，可得Rx=I2R1/I1.若考虑电表内阻的影响，则I1(Rx+RA1)=I2(R1+RA2)6.替代法测电阻如图所示，S接1，调节R2，读出电流表示数为I；S接2，保持R2不变，调节电阻箱R1，使电流表示数也为I。由上可得：RX=R1该方法的优点是消除了电表内阻对测量结果的影响缺点是电阻箱内阻不可以连续调节。 7.半偏法测电阻（1）半偏法测电流表内阻方法一：如图所示，测电流表G的内阻：将电阻箱R的电阻调到0；闭合S调节R0，使电流表G达到满偏电流I0；保持R0不变，调节R使电流表G示数为I0/2；由上可得RG=R注意：当RG

12、R0时，测量误差小，此方法适合测大阻值电流表内阻，且测量值偏大方法二：如图所示测量电流表A的内阻断开S2，闭合S1，调节R0，使A表满偏为I0;保持R0不变，闭合S2，调节R，使电流表读数为I0/2；由上得RA=R注意：当R0RA时，测量误差小，此方法适合测小阻值电流表内阻，且测量值偏小。电源电动势宜大一些。（2）半偏法测电压表内阻方法一：如图所示，测电压表V的内阻：闭合S,将电阻箱R的电阻调到R1时，测得电压表V示数为U1；调节电阻箱阻值为R2，使电压表V的示数为U1/2；由上可得RV=R2-2R1方法二：如图所示，测电压表V的内阻：将滑动变阻器的画片P滑到最右端，电阻箱R的阻值调到最大；闭

13、合S1、S2，调节R0，使电压表示数指到满刻度；打开S2，保持R0不变，调节R，使电压表示数指到满刻度的一半；由上可得RV=R8.欧姆表测电阻机械调零 选档 欧姆调零测电阻Rx. 改换档位 重新欧姆调零 测电阻注意：待测电阻的读数应为表盘读数乘以倍数，指针应指在表盘刻度的1/32/3的部分，否则需换挡，换挡后需重新欧姆调零。9.消除电表内阻对测量结果的影响例4.伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响，不论电表内接还是外接都存在系统误差，为消除系统误差而设计的补偿电路如图所示，完成下列实验步骤并写出待测电阻Rx的表达式。先将S1闭合。 将S2与1闭合，调节R，读出电压表读数U1，安培表读数I1根据上

14、述测量结果，算出Rx 答案：将S2与2闭合，调节R，读出电压表读数U2，电流表读数I2变式训练：伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响，不论电表内接还是外接都存在系统误差，为消除系统误差而设计的补偿电路如图所示，完成下列实验步骤并写出待测电阻Rx的表达式。先将S2断开、S1闭合。 调节R、R0，使两表均有较大示数，读出电压表读数U1，安培表读数I1根据上述测量结果，算出Rx 答案：将S2闭合，调节R，读出电压表读数U2，电流表读数I2四、实物图连线要求：导线不能有交叉、分支，导线必须接在接线柱上；电表的正负极与电源的正负极不能接错。例5.为了测量一个“12V、5W”的小灯泡的不同电压下的功率，给定

15、了以下器材： 电源：12V，内阻不计；电流表：00.6A，03A，内阻可忽略； 电压表：03V，015V，内阻很大； 滑动变阻器；阻值范围020，允许最大电流1A； 开关一个，导线若干。 实验时要求加在灯泡两端的电压可从0V调到12V.请在右框中画出实验电路图.按画出的电路图，在下面图3的实物图上连接.某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图4所示。某次测量时，电流表指针位置如图5所示，电流表读数为 A，此时小灯泡的实际功率为 W。答案：电路图如右图所示 电流表选0.6A量程，电压表选15V量程 。实物图连接如下图所示：0.40 2.4 练习：1.现有器材：电压表（量程3V，内阻约几千欧），电压表

16、（量程15V，内阻约几十千欧），定值电阻（3.0k ），滑动变阻器R（01750 ），直流电源（约6V，内阻不计），开关、导线若干，要求利用这些器材测量电压表的电阻值（1）在方框中画出实验电路图（2）用已知量和直接测得量表示的电压表内阻的表达式为r _式中各直接测得量的意义是：_【答案】 U1为电压表V1的示数，U2为电压表V2的示数 2.用伏安法测定一个阻值约1k的电阻，要求测量结果尽量准确（1）下列器材中应选用的是（用字母代号表示）A电池组（6V，内阻很小）B电流表（010mA，内阻约10） C电流表（01mA，内阻约100）D电压表（03V，内阻约5k）E电压表（06V，内阻约10k）F

17、滑动变阻器（020，1A）G滑动变阻器（0200，0.3A）H开关、导线（2）在方框中画出实验电路图。（3）将实物连接成实验电路。【答案】（1）ABEFH（2）电路图注意：分压式和外接法（3）如图所示3.在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，采用的仪器有：电源E（电动势6V，内阻不计）；额定电压4.0V的小灯泡L；电流表A（量程0.6A，内阻约2）；电压表表V（量程5V，内阻约15k）；滑动变阻器R（最大阻值15）；开关S，导线若干。实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调。I在做实验时，连成的实物电路图如下：请你指出上述实验电路图中的错误之处： 请你在虚线方框中画出实验

18、所用的正确电路原理图。 如图所示为某同学根据正确的实验电路图所测的几组数据画出的IU图象。图象是一条曲线而不是直线的原因是 ；从图象中可求得小灯泡正常发光时的电阻是 。【答案】I电流表没有接成外接电路 滑动变阻器没有接成分压电路。 见下图 灯丝电阻随温度而改变（灯丝电阻随I或随U改变亦可）10（9.5到10.5之间都给分）4使用万用电表欧姆挡测电阻时：测量前应检查指针是否停在“W”刻度线的“”处；每一次换档位，都要重新进行一次“欧姆调零”；在外电路，电流是从黑表笔流经被测电阻到红表笔的。测量时，若指针偏转很小(靠近附近)，应换倍率较大的档位再测。以上做法正确的是（ C ）ABCD 5.测量电流表内阻的电路图如图所示，实验的操作步骤如下： 将电阻箱R的电阻调到零；闭合开关，调节滑动变阻器R1的滑片，使得电流表达到满偏电流I0； 保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱的电阻，使得电流表的示数为I0/2； 读出电阻箱的电阻值Rx，可以认为电流表的内阻rRx。关于此实验的操作方面：（1）请用铅笔线代表导线，将示意图中的实物连成测量电路。（2）已知电流表的量程是2mA，内阻约