高中物理电学实验基础

1、高中物理电学实验基础高中物理电学实验基础一、电表、电表的改装一、电表、电表的改装1.灵敏电流表灵敏电流表G（1）三个主要参数）三个主要参数内阻内阻Rg:电流表线圈的电电流表线圈的电阻，大约几欧到几十欧。阻，大约几欧到几十欧。满偏电流满偏电流Ig:指针批转到指针批转到最大刻度时的电流，大最大刻度时的电流，大约几十微安到几毫安。约几十微安到几毫安。满偏电压满偏电压Ug:电流表通过电流表通过Ig时两端的电时两端的电压，大约零点几伏。压，大约零点几伏。（2）三个参数间的关系：由欧姆定律）三个参数间的关系：由欧姆定律可知可知Ug=IgRg注意：电表就是电阻。注意：电表就是电阻。UgGRgIg2.电压表电

2、压表（1）电压表的改装）电压表的改装电流表电流表G 的电压量程的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为，当改装成量程为U的的电压表时，应串联一个电阻电压表时，应串联一个电阻R分去多余的电压分去多余的电压U-Ug，电阻，电阻R叫分压电阻。叫分压电阻。UgGRgIgU-UgR()ggggggUUUIRRUURRUg据串联电路的特点得：解得：（2）电压表的内阻：）电压表的内阻：Rv=Rg+RI3.电流表的改装电流表的改装电流表电流表G 的电压量程的电压量程Ug=IgRg，当改装成量，当改装成量程为程为I的电流表时，应并联一个电阻的电流表时，应并联一个电阻R分去分去多余的电流多余的电流I-Ig，电阻，

3、电阻R叫分流电阻。叫分流电阻。RI-IgUgGRgIg()gggggggUI RIIRI RRII据并联电路的特点得：解得：（2）电流表的内阻：）电流表的内阻：RA=RgR/(R+Rg)4.电流表改装成欧姆表电流表改装成欧姆表原理：闭合电路的欧姆定律原理：闭合电路的欧姆定律如图所示，当红、黑表笔短接时，调如图所示，当红、黑表笔短接时，调节节R R，使电流表的指针达到满偏电流，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：表笔间电阻为零。这时有：ggEIR Rr当两表笔间接入电阻当两表笔间接入电阻RxRx时，时，电流表的电流为

4、：电流表的电流为：G+RE r红表笔黑表笔RxG+RE r红表笔黑表笔xgxEIRRrR当当Rx改变时，改变时，Ix随着改变，将随着改变，将电流表表盘上电流表表盘上Ix处标上对应处标上对应的的Rx值，就构成了欧姆表。值，就构成了欧姆表。中值电阻：欧姆表的内阻即中值电阻：欧姆表的内阻即为中值电阻为中值电阻R R中中R R内内R+Rg+rR+Rg+r因因Ix与与Rx 不是线性关系，欧姆不是线性关系，欧姆表表盘刻度不均匀。表表盘刻度不均匀。G+RE r红表笔黑表笔Rx二、滑动变阻器的两种接法二、滑动变阻器的两种接法1.限流接法限流接法如图所示。如图所示。用电器用电器Rx的电压调节范围：的电压调节范围

5、：RxPa R bSE r (0)xERxUE rRxR电路消耗的总功率为：电路消耗的总功率为：EI限流接法的选用原则：限流接法的选用原则：测量时电路中的电流或电测量时电路中的电流或电压压没有要求从零开始连续调节，没有要求从零开始连续调节，只在小范围内变化，且待测只在小范围内变化，且待测电电阻阻RxRx与与R R接近时。接近时。电源的放电电流或滑动变电源的放电电流或滑动变阻阻器的额定电流太小，不能满器的额定电流太小，不能满足足分压接法的要求时。分压接法的要求时。两种方法都满足时优先选两种方法都满足时优先选用用限流接法。限流接法。RxPa R bSE r 2.分压接法分压接法如图所示如图所示Rx

6、Rx电压调节范围电压调节范围0UxE0UxE。开关闭合前，开关闭合前，P P应在应在a a端。端。Sa R bE rRxP分压接法的选用原则：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。测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。待测电阻待测电阻RxRx远大于远大于R R，且要求电压变化范围，且要求电压变化范围较大时。较大时。采用限流接法时，电路中实际电压或电流的采用限流接法时，电路中实际电压或电流的最小值仍超过最小值仍超过RxRx的额定值或电表量程时。的额定值或电表量程时。三、电阻的测量三、电阻的测量1.伏安法测电阻伏安法测电阻（1）原理：部分电路的欧姆定律。）原理：部分电路的欧

7、姆定律。（2）电流表外接法，如图所示。）电流表外接法，如图所示。误差分析：误差分析：VAR待待VVXVAVXAVUR RURRIRRII测真产生误差的原因：电压表产生误差的原因：电压表V分流。分流。适用于测小阻值电阻，即适用于测小阻值电阻，即Rx远小于远小于Rv时。时。（3）电流表内接法，如图所示。）电流表内接法，如图所示。误差分析：误差分析：VVAXAAAUUURRRRII测真产生误差的原因：电流表产生误差的原因：电流表A分压。分压。VAR待待适用于测大阻值电阻，即适用于测大阻值电阻，即Rx远大于远大于RA时。时。（4）内、外接法的选用原则）内、外接法的选用原则计算临界电阻：计算临界电阻：0

8、AVRR R若若RxR0，待测电阻为大电阻，用内接法，待测电阻为大电阻，用内接法若若RxR0，待测电阻为小电阻，用外接法，待测电阻为小电阻，用外接法即大电阻，内接法；小电阻，外接法。即大电阻，内接法；小电阻，外接法。可记为：大内小外。可记为：大内小外。试触法确定内外接法：在不知道试触法确定内外接法：在不知道R RV V、R RA A、R RX X的大致值时，可用试触法，如图所示：的大致值时，可用试触法，如图所示：VAR待ba触头分别接触触头分别接触a、b两点：若两点：若V变化大，说明变化大，说明A分压大，应用外接法；若分压大，应用外接法；若A变化大说明变化大说明V分流分流大，应用内接法。大，应

9、用内接法。例例1：某同学欲测一电阻：某同学欲测一电阻Rx的阻值（约为的阻值（约为300）可供选择的仪器有：电流表可供选择的仪器有：电流表A1，量程，量程10mA;电电流表流表A2，量程，量程0.6A;电压表电压表V1，量程，量程3V;电压表电压表V2，量程量程15V；电源电动势为；电源电动势为4.5V。请同学们按图接好电。请同学们按图接好电路，闭合路，闭合S1后，把开关后，把开关S2拨至拨至a时，发现两电表时，发现两电表的的指针偏转的角度都在满偏的指针偏转的角度都在满偏的4/5处；再把开关处；再把开关S2拨至拨至b时，发现其中一个电表的指针偏转几乎不变，时，发现其中一个电表的指针偏转几乎不变，

10、另另一个电表的指针偏转的角度在一个电表的指针偏转的角度在满偏的满偏的3/4处；该同学在实验中处；该同学在实验中所选电压表的量程为所选电压表的量程为（ ）所选电流表的量程为（所选电流表的量程为（ ）Rx的测量值为的测量值为（ ）。）。 ARxVS1S2abR3V10mA3202.安安法测电阻安安法测电阻若电流表内阻已知，则可当作电流表、电压若电流表内阻已知，则可当作电流表、电压表及表及定值电阻来使用定值电阻来使用.A2A1（1）如右图所示，当两电表）如右图所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，所能测得的最大电压接近时，如果已知如果已知A1的内阻的内阻R1，则可测，则可测得得A2的内阻的内阻R2

11、=I1R1/I2.A2A1R0（2）如右图所示，当两电表）如右图所示，当两电表的满偏的满偏UA2UA1时，时，A1串联一串联一电阻电阻R1，同样则可测得，同样则可测得R2的内的内阻阻R2=I1（R1+R0)/I2.例例2.用以下器材测量一待测电阻的阻值，器材用以下器材测量一待测电阻的阻值，器材如如下：电流表下：电流表A1（量程（量程250mA，内阻，内阻r1=5);标准标准电流表电流表A2（量程（量程300mA，内阻，内阻r2约为约为5);待测电阻待测电阻R1（阻值约为（阻值约为100）；）；滑动变阻器滑动变阻器R2（最大阻值为（最大阻值为10）；）；电源电源E（电动势约为（电动势约为10V，

12、内阻，内阻r约为约为1）；）；开关开关S，导线若干。，导线若干。（1）要求方法简捷，并能测多组数据，画出）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。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）实验中，需要直接测量的物理量是（ ）用测的量表示待测电阻用测的量表示待测电阻R1的阻值的计算公式是的阻值的计算公式是（ ）答案：（答案：（1）原理图）原理图如图所示如图所示.（2）设两电流表）设两电流表A1和和A2的读数为的读数为I1、I2，待测电阻，待测电阻R1阻阻值的计算公式为：值的计算公式为：A2R1R2SEA111121IRrII（1）如图所示，当两电表的

13、满偏电流接近）如图所示，当两电表的满偏电流接近时，如果已知时，如果已知V1的内阻的内阻R1，则可测得，则可测得V2的内的内阻阻R2=U2R1/U1.3.伏伏法测电阻伏伏法测电阻 若电压表内阻已知，则可当作电流表、若电压表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用。电压表及定值电阻来使用。V2V1（2）如右图所示，当两电表的满偏电流）如右图所示，当两电表的满偏电流IV2IV1时，时，V1并联一电阻并联一电阻R0，同样则可测得，同样则可测得R2的内阻的内阻R0V1V2221110URUURR例例3.用以下器材测量一待测电阻用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值的阻值（9001000）：电源）：电

14、源E（电动势约为（电动势约为9V，有一定内，有一定内阻）；电压表阻）；电压表V1（量程（量程1.5V，内阻，内阻r1=750);电压表电压表V2（量程（量程5V，内阻，内阻r2约为约为2500);滑动变滑动变阻器阻器R（最大阻值为（最大阻值为100）；开关）；开关S，导线若干。，导线若干。（1）测量中要求电压表的读数不小于量程的）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试画出实验中测量电阻Rx的异种原理图。的异种原理图。（2）若电压表）若电压表V1的读数为的读数为U1，V2的读数为的读数为U2，则则用已知量和测的量表示待测电阻用已知量和测的量表示待测电阻Rx的阻值的计的阻

15、值的计算公式是算公式是 （2004年全国）年全国） 答案：（答案：（1）原理图）原理图如图所示如图所示.（2）待测电阻）待测电阻RX阻阻值的计算公式为：值的计算公式为：V2RxRSEV12111UURxrU4.电阻箱或定值电阻当电表用电阻箱或定值电阻当电表用（1）电阻箱作电压表）电阻箱作电压表用，如图所示：可测用，如图所示：可测得电流表得电流表A2的内阻的内阻R2（I1-I2)R/I2图中电阻箱图中电阻箱R可测得电可测得电压为（压为（I1-I2)R（2）电阻箱作电流表）电阻箱作电流表用用如图所示，若已知如图所示，若已知R及及RV,则测得干路电流为：则测得干路电流为：A2A1RRRVVIVUUI

16、RR5.比较法测电阻如图所示，测得电阻箱如图所示，测得电阻箱R1的阻值及的阻值及A1表、表、A2表的表的示数示数I1、I2，可得，可得Rx=I2R1/I1.若考虑电表内阻的影响，若考虑电表内阻的影响，则则I1(Rx+RA1)=I2(R1+RA2)A2A1UR1Rx6.替代法测电阻如图所示，如图所示，S S接接1 1，调节，调节R R2 2，读出电流表示，读出电流表示数为数为I I；S S接接2 2，保持，保持R R2 2不变，调节电阻箱不变，调节电阻箱R1R1，使电，使电流表示数也为流表示数也为I I。由上可得：由上可得：R RX X=R=R1 1R2RxR1S12该方法的优点是消除了电该方法

17、的优点是消除了电表内阻对测量结果的影响表内阻对测量结果的影响缺点是电阻箱内阻不可以缺点是电阻箱内阻不可以连续调节。连续调节。7.半偏法测电阻半偏法测电阻（1）半偏法测电流表内阻）半偏法测电流表内阻方法一：如图所示，测电流表方法一：如图所示，测电流表G的内阻：的内阻：将电阻箱将电阻箱R R的电阻调到的电阻调到0 0；闭合闭合S S调节调节R R0 0，使电流表，使电流表G G达到满偏电流达到满偏电流I I0 0；保持保持R R0 0不变，调节不变，调节R R使电流表使电流表G G示数为示数为I I0 0/2/2；由上可得由上可得R RG G=R=RR0GRS注意：当注意：当RGR0时，测量误差小

18、，此时，测量误差小，此方法适合测大阻值电流表内阻，且测方法适合测大阻值电流表内阻，且测量值偏大。量值偏大。方法二：如图所示测量电流表方法二：如图所示测量电流表A的内的内阻阻断开断开S S2 2，闭合，闭合S S1 1，调节，调节R R0 0，使，使A A表满偏为表满偏为I I0 0; ;保持保持R R0 0不变，闭合不变，闭合S S2 2，调节，调节R R，使电流表读，使电流表读数为数为I I0 0/2/2；由上得由上得R RA A=R=RRAS1S2R0注意：当注意：当R0RA时，测量误差小，此时，测量误差小，此方法适合测小阻值电流表内阻，且测方法适合测小阻值电流表内阻，且测量值偏小。量值偏

19、小。电源电动势宜大一些。电源电动势宜大一些。（2）半偏法测电压表内阻）半偏法测电压表内阻方法一：如图所示，测电压表方法一：如图所示，测电压表V的内阻：的内阻：闭合闭合S,S,将电阻箱将电阻箱R R的电阻调到的电阻调到R R1 1时，测得电时，测得电压表示数为压表示数为U U1 1；调节电阻箱阻值为调节电阻箱阻值为R R2 2，使电压表，使电压表VDVD的示数的示数为为U U1 1/2/2；由上可得由上可得R RV V=R=R2 2-2R-2R1 1VRSE r=0方法二：如图所示，测电压表如图所示，测电压表V的内的内阻：阻：将滑动变阻器的画片将滑动变阻器的画片P P滑到最右端，电阻箱滑到最右端

20、，电阻箱R R的阻值调到最大；的阻值调到最大；闭合闭合S S1 1、S S2 2，调节，调节R R0 0，使电压表示数指到满，使电压表示数指到满刻度；刻度；打开打开S S2 2，保持，保持R R0 0不变，调节不变，调节R R，使电压表示，使电压表示数指到满刻度的一半；数指到满刻度的一半；由上可得由上可得R RV V=R=RRVR0S1S28.欧姆表测电阻机械调零机械调零 选档选档 欧姆调零欧姆调零测电阻测电阻Rx. Rx. 改换档位改换档位 重新欧姆调零重新欧姆调零 测电阻测电阻注意：待测电阻的读数应为表盘注意：待测电阻的读数应为表盘读数乘以倍数，指针应指在表读数乘以倍数，指针应指在表盘刻度

21、的盘刻度的1/32/3的部分，否的部分，否则需换挡，换挡后需重新欧姆则需换挡，换挡后需重新欧姆调零。调零。G+RE r红表笔黑表笔欧姆调零G+RE r红表笔黑表笔Rx测电阻9.消除电表内阻对测量结果的影响例例4.伏安法测电阻电路由于电伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响，不论电表内表内阻的影响，不论电表内接还是外借都存在系统误差，接还是外借都存在系统误差，为消除系统误差而设计的补为消除系统误差而设计的补偿电路如图所示，完成下列偿电路如图所示，完成下列实验步骤并写出待测电阻实验步骤并写出待测电阻Rx的表达式。的表达式。先将先将S S1 1闭合。闭合。 将将S S2 2与与1 1闭闭合，调节合，调节

22、R R，读出电压表读数，读出电压表读数U U1 1，安培表读数，安培表读数I I1 1根据上述测量结果，算出根据上述测量结果，算出RxRx S2S112RRxR0AV答案：答案：将将S2S2与与2 2闭合，调节闭合，调节R R，读出，读出电压表读数电压表读数U2U2，电流表读数，电流表读数I2I21212xUURII四、实物图连线四、实物图连线要求：导线不能有交叉、分支，导线必须接在要求：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接线柱上；电表的正负极与电源的正负极不能接错。错。例例5.为了测量一个为了测量一个“12V、5W”的小灯泡的不同电的小灯泡的不同电压

23、下的功率，给定了以下器材：压下的功率，给定了以下器材： 电源：电源：12V，内阻不计；电流表：内阻不计；电流表：00.6A，03A，内阻可忽，内阻可忽略；略； 电压表：电压表：03V，015V，内阻很大；，内阻很大； 滑动变阻器；阻值范围滑动变阻器；阻值范围020，允许最大电流，允许最大电流1A； 开关一个，导线若干。开关一个，导线若干。 实验时要求加在灯泡两端的电压可从实验时要求加在灯泡两端的电压可从0V调到调到12V.请在右框中画出实验电路图请在右框中画出实验电路图.按画出的电路图，在下面图按画出的电路图，在下面图3的实物图上连的实物图上连接接.某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图某位同学

24、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，电流表读数为所示，电流表读数为 A，此时小灯，此时小灯泡的实际功率为泡的实际功率为 W。答案：答案：电路图如右图所电路图如右图所示示 电流表选电流表选0.6A量量程，电压表选程，电压表选15V量程量程 。实物图连接如下图所示：实物图连接如下图所示： 0.40 2.4 练习：练习：1.现有器材：电压表（量程现有器材：电压表（量程3V，内阻约几千欧），内阻约几千欧），电压表（量程电压表（量程15V，内阻约几十千欧），定值电阻，内阻约几十千欧），定值电阻（3.0kW），滑动变阻器），滑动变阻

25、器R（01750W），直流电），直流电源（约源（约6V，内阻不计），开关、导线若干，要求利，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）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）用已知量和直接测得量表示的电压表内阻的表达表达式为式为r _式中各直接测得量的意义是：式中各直接测得量的意义是：_U1为电压表为电压表V1的示数，的示数，U2为电压表为电压表V2的示数的示数 1121RUUUr2.用伏安法测定一个阻值约用伏安法测定一个阻值约1k的电阻，要求测量结果尽的电阻，要求测量结果尽量准确量准确（

26、1）下列器材中应选用的是（用）下列器材中应选用的是（用字母代号表示）字母代号表示） A电池组（电池组（6V，内阻很小），内阻很小）B电流表（电流表（010mA，内阻内阻10） C电流表（电流表（01mA，内阻，内阻100）D电压表（电压表（03V，内阻，内阻5k）E电压表（电压表（06V，内阻，内阻10k）F滑动变阻器滑动变阻器（020，1A）G滑动变阻器（滑动变阻器（0200，0.3A）H开关、开关、导线导线（2）在方框中画出实验电路图。）在方框中画出实验电路图。（3）将实物连接成实验电路。）将实物连接成实验电路。【答案】（【答案】（1）ABEFH（2）图像注意：分压式和外接法）图像注意：分

27、压式和外接法（3）略）略3.在做在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实的实验中，采用的仪器有：电源验中，采用的仪器有：电源E（电动势（电动势6V，内阻不计）；额定电压内阻不计）；额定电压4.0V的小灯泡的小灯泡L；电；电流表流表A（量程（量程0.6A，内阻约，内阻约2）；电压表）；电压表表表V（量程（量程5V，内阻约，内阻约15k）；滑动变阻）；滑动变阻器器R（最大阻值（最大阻值15）；开关）；开关S，导线若干。，导线若干。实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小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。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

28、如下：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所用的正确电路请你在虚线方框中画出实验所用的正确电路原理图。原理图。 如图所示为某同学根据正如图所示为某同学根据正确的实验电路图所测的几确的实验电路图所测的几组数据画出的组数据画出的IU图象。图象。图象是一条曲线而不是直图象是一条曲线而不是直线的原因是线的原因是 ；从图象中可；从图象中可求得小灯泡正常发光时的求得小灯泡正常发光时的电阻是电阻是 。【答案】【答案】I电流表没有接成外接电路电流表没有接成外接电路 滑动变阻器没有接成分压电路。滑动变阻器没有接成分压电路。 见右图见右图 灯丝电阻随温度而改变（灯丝电灯丝电阻随温度而改变（灯丝电阻随阻随I或随或随U改变亦可）改变亦可）10（9.5到到10.5之间都给分）之间都给分）4使用万用电表欧姆挡测电阻时：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测量前应检查指针是否停在“ ”刻度线的刻度线的“”处；处；每一次换档位，都要重新进行一次每一次换档位，都要重新进行一次“欧姆调欧姆调零零”；在外电路，电流是从黑表笔流经被测电阻到在外电路，电流是从黑