实验：四个电学实验

1、专题九物理实验1电学实验部分要求掌握的知识点有电学实验部分要求掌握的知识点有：(1)测定金属的电阻率(同时练习使用螺旋测微器)(2)描绘小电珠的伏安特性曲线(3)测定电源的电动势和内阻(4)练习使用多用电表(5)传感器的简单使用 电流表、电压表的读数规则 电流表量程一般有两种0.10.6A,03A；电压表量程一般有两种03V,015V.如图所示 因为同一个电流表、电压表有不同的量程，因此，对应不同的量程，每个小格所代表的电流、电压值不相同，所以电流表、电压表的读数比较复杂，测量值的有效数字位数比较容易出错下面是不同表，不同量程下的读数规则： 电压表、电流表若用03V、03A量程，其最小刻度(精

2、确度)分别为0.1V、0.1A，为10分度仪表读数，读数规则较为简单，只需在精确度后加一估读数即可 0.5V21 0.5V50.1V0.02A5015V0.015V00.6A171A.0.02A0.02 电压表若用 量程电流表若用 量程，则其最小刻度为，为 分度仪表读数，所读数值小数点后只能有一位小数，也必须有一位小数读数应为的整数倍 ，则其最小刻度为，为 分度仪表读数，其读数规则与 电压表相似，所读数值小数点后只能有两位小数，也必须有两位小数如上图所示，电流表读数为读数应为1A的整数倍【例】如图924所示，03A挡电流表的读数为 _A；015V电压表的读数为_V.924【解析】03A挡电流表

3、的最小刻度值为0.1A，故图中读数为1.77A.015V电压表的最小刻度值为0.5V，图中读数为10.8V.答案：1.77A10.8V. 2电流表的内、外接问题 用伏安法测电阻时电流表与电压表一般有两种接入电路的方法，如图甲、乙所示怎样接入电路，应根据具体情况而定以下用RV表示电压表内阻，RA表示电流表内阻，Rx表示待测电阻真实值，Rx表示待测电阻的测量值3滑动变阻器的分压、限流接法滑动变阻器的分压、限流接法 (1)从上述两电路图(电源内阻不计)，比较限流电路和分压电路 (2)限流分压的选择 在通常情况下(满足安全条件)，由于限流电路能耗较小，结构简单，应优先考虑限流接法 下面三种情况下，必须

4、选择分压电路： 要使某部分电路的电压或电流能从零开始连续调节，只有分压电路才能满足 如果实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件的允许最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中实际电流(电压)都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流(电压)，为了保护电表和电阻元件免受损坏(安全性原则)，必须采用分压接法连接电路 在伏安法测电阻实验中，若所用的变阻器总阻值远小于待测电阻值(如图中R0R)，采用限流接法时，即使变阻器触头从一端滑至另一端时，待测电阻的电流(电压)变化也很小，甚至极小，这不利于多次测量求平均值或用图象法处理数据减小偶然误差在无法更换变阻器和不能选择变阻器时，为了在变阻器阻值远

5、小于待测电阻阻值的情况下能大范围地调节待测电阻的电流(电压)，应选择分压电路选用分压式接法时，一般选阻值较小的滑动变阻器5测量电阻常见的方法测量电阻常见的方法 在电学实验中，电阻的测量是一个重要内容，在很多探究性实验和设计性实验中都是以电阻测量为平台设计的 (1)实验中有电压表、电流表各一只，要求测量电压表和电流表的内阻 测电流表的内阻： 测量电路如图9210所示，将电压表与电流表联,两电表示数分别为U、I，则电流表内阻 rUI9210 测电压表的内阻： 图9211 测量电路如图9211所示，将电压表与电流表串联，两电表示数分别为U、I，则电压表内阻 . (2)实验中有两只同种电表，若已知其中

6、一只电表的内阻，要求测量另一只电表的内阻 测电流表的内阻： 测量电路如图9212所示,将两只电流表并联，示数分别为I1、I2，则I1r1=I2r2.图9212rUI 测电压表的内阻： 图9213 测量电路如图9213所示，将两只电流表串联，示数分别为U1、U2，则 . 分析：内阻已知的电流表，相当于一只电压表，图9212与图9210等效；内阻已知的电压表，相当于一只电流表，图9213与图9211等效1212=UUrr (4)用替代法测电表内阻 测电流表的内阻： 图9216 实验原理图如图9216所示，实验中，闭合S1，S2接a，调节R，使两电表均有适当的示数，并记下电表A的示数I；S2接b，保

7、持R不变，调节R使电表示数仍为I，记下此时电阻箱的阻值R0，则待测电流表的内阻r=R0. 测电压表的内阻： 把图9216中待测电流表换成待测电压表即可实验步骤同上 分析：以上两种实验中，用电阻箱来“替代”待测电表(当然也可以是待测电阻)待测电表被替代后，图9216中的R要保持不变，电流表A起保持两次电路的电阻相同的作用 6测定金属的电阻率测定金属的电阻率 (1)实验目的： 练习使用螺旋测微器； 学会用伏安法测量电阻的阻值； 测定金属的电阻率 (2)实验原理：根据电阻定律公式 ，只要测量出金属丝的长度L和它的直径d，并用伏安法测量出金属丝的电阻R，即可计算出金属丝的电阻率 (3)实验器材：螺旋测

8、微器；毫米刻度尺；电池组；电流表；电压表；滑动变阻器；电键；被测金 属丝；导线若干RLS (4)实验步骤： 用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出金属丝的横截面积S. 按如图9220所示连接好待测电阻的实验电路(一般而言，电路为限流接法，但要视题目要求而定，也可能为分压接法)图9220 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属丝的有效长度，反复测量3次，求出其平均值L. 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，闭合电键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，记入记录表格内，断开电键S.求

9、出导线电阻的平均值2RLdr4RSd ULLI 将测得 、 、 的值，代入电阻率计算公式中，计算出金属丝的电阻率中，计算出金属丝的电阻率 拆去实验电路，整理好实验器材 (5)注意事项： 本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法 测量被测金属导线的有效长度，是指待测导线接入电路的两个端点之间的长度，测量时应将导线拉直 实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端 闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置 在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流

10、强度I的值不宜过大(电流表用00.6A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大 (6)数据处理：在本实验中，求R的平均值可用两种方法：第一种是用R= 算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(UI图线)的斜率求出若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大些，连线时要使尽量多的点分布在直线上，不在线上的点，要均匀分布在线的两侧个别明显偏离较远的点可以不予考虑UI 【例2】在“测定金属丝电阻率”实验中，若粗估金属丝的电阻Rx约为3w，为尽可能减小误差，要求金属丝发热功率P0.75W，备有的部分仪器有：A6V电池组 B电流表(00.6A，内阻0

11、.5w)C电流表(03A，内阻0.01w)D电压表(03V，内阻1kw)E电压表(015V，内阻5kw)F滑动变阻器(0100w，额定电流1A)G滑动变阻器(020w，额定电流1A) (1)实验中用螺旋测微器测量导线直径时，可估读到_mm，用毫米刻度尺测量导线长度时，可估读到_mm；(2)上述器材中应选用的是_(用字母代替); (3)在框内画出电路图； (4)在图中，将各器材连成实验电路 【解析】(1)螺旋测微器测量时可精确到0.01mm，估读到0.001mm，毫米刻度尺的分度值是1mm，可估读到0.1mm. (2)电池组A必选，考虑到金属丝的发热功率P0.75W，电路中的电流应在0.5A以下

12、，为了减小读数误差，电流表选B，所以电压表选D，为了便于调节，且测量多组数据求平均值，特别是可以在Rx中通以小电流，滑动变阻器选G，并采用分压式接法 (3)电流表内阻较大，分压作用明显，电路用电流表外接法 (4)略 答案： (1)0.0010.1(2)A、B、D、G(3)如下图 (4)如下图【评析】对实物图连接的步骤要讲解到位7 7描绘小电珠的伏安特性曲线描绘小电珠的伏安特性曲线 (1)实验原理： 本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来描述小灯泡中的钨丝在某一电压变化范围内的阻值变化，从而了解它的导电特性金属导体的电阻率随温度的升高而增大，因此对小灯泡来讲，它的电阻会随着温度的升高而增大，它的伏安

13、特性曲线不是一条直线，而是一条曲线，即灯丝的电阻是非线性的 (2)实验步骤： 适当选择电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，按图中所示的电路原理图连接好实验电路图 9222 滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端，电路经检查无误后，闭合电键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，记入记录表格内，断开电键S. 在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，用平滑曲线将各点连接起来，便得到伏安特性曲线 拆去实验线路，整理好实验器材 (3)实验注意事项： 根据小灯泡上的标注值，正确选择电压表和电流表的量程 电流表必须串联

14、在被测电路中，且让电流从“+”接线柱流进，从“”接线柱流出；电压表必须并联在被测电路的两端，且让“+”接线柱接高电势端，“”接线柱接低电势端 由于小灯泡阻值较小，一般采用电流表外接. 研究小灯泡伏安特性时，电压需从0起连续变化，且变化范围较大，滑动变阻器应采用分压式接法(如图9222) 电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值(如0.5V)时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压 【例3】某课题研究组需要研究某种导电材料的导电规律，他们用该种导电材料制作成电阻较小的线状元件Z做实验，测量元件Z中对应的电流、电压的数

15、值实验记录数据如下表所示： (1)由表中数据可知实验电路应选用下图中的()U/V0 1.62.23.13.84.45.46.0I/A0 0.20 0.40 0.80 1.201.60 2.40 3.00 (2)按照正确的电路图，连接图9223甲中的实物图，且要求开关闭合时，元件Z上的电压最小 9223 (3)根据表中数据，给出元件Z的伏安特性曲线如图9223乙所示由图可知该元件的电阻随电流增大而_(选填“增大”、“不变”或“减小”)(4)若9223乙中的曲线是某同学按照第(1)问中的B电路而得到的曲线，且已知安培表的内阻为0.5w，试在图9223乙中给出元件Z更为准确的伏安特性曲线【解析】(1

16、)由实验数据可以看出元件Z的电阻较小，故采用电流表外接法，为了使元件Z两端电压能从0开始调节，滑动变阻器采用分压式；(2)实物图连接时要注意滑动变阻器的阻值要全部接入电路；(3)由图象可定性分析该元件的电阻随电流增大而减小；(4)对第(1)问的B电路分析，测出的阻值为元件Z和电流表的总阻值，取图B计算，分别算出不同电流时的阻值再减去0.5w，即为元件Z更为准确的伏安特性曲线答案：(1)A(2)如下图所示(3)减小 (4)如下图所示【评析】明确误差产生的原因是电流表分压的影响 测定电源的电动势和内电阻的原理为闭合电路的欧姆定律：E=U+Ir.基本方法为伏安法，此外近年高考中还多次考查到伏阻法、安

17、阻法 (1)伏安法原理如图9224甲所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，利用闭合电路的欧姆定律根据式求出几组E、r值，最后分别算出它们的平均值 8测定电源的电动势和内阻测定电源的电动势和内阻 此外，还可以用作图法来处理数据即在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标，用测出的几组I、U值画出UI图象(如图9224乙)所得直线跟纵轴的交点即为电源电动势值，图线斜率的绝对值即为电源内阻r的值 9225r2EI RrR.EI 安阻法 原理图如图所示由式变形为或图92261122RIREIRr1EIRrErRrRRE.9226EII 改变 值，测出一系列的 、 值，由，求出 和 ，或由，作

18、出图象，图象在 轴上的截距即为电源内阻的负值，图线的斜率即为电动势 如图所示图9226 92271131EUrUrRUEE R 伏阻法 原理如图所示由式得：或图9227 111222RUEUrE11111UrEr11/ Er / E9228URUrRUEE RURU 改变 值，得出一系列 值，由，计算求出 和 ；或由作出图象，图象在轴上的截距为电动势的倒数，斜率为，由斜率和截距可求得电动势和内电阻如图所示图9228 【例例4】用伏安法测一节干电池(电动势约为1.5V)的电动势和内电阻： (1)在下面方框中画出实验原理图 (2)某同学实验测得的数据如下表所示，根据表中测量的数据，在坐标纸中作出UI图线.组序 U(V) I(A) 11.380.1221.320.2031.240.3141.170.4251.100.5061.050.57(3)根据图线可知，被测电池的电动势为_V，内电阻为_w. 【解析解析】实验原