西北师大附中物理奥赛第二轮教案第十一章：恒定电流

1、1第十一章第十一章 恒定电流恒定电流本章内容分为两部分：一是有关电路的概念和规律，另一部分是实验概念和规律主要的是电动势和闭合电路的欧姆定律实验共有七个，有关测量的实验比较重要，如：伏安法测电阻、测定电源的电动势和内电阻，使用多用表测量电阻等近几年本章内容的高考试题，多集中在电路的变化、电路故障的检测、含电容电路以及含电表（理想或非理想）电路问题的分析上，以选择题的形式出现另外，由于该部分知识与学生实验结合紧密，因而往往通过实验考查知识的运用情况，如仪器的选取、读数、电路的连接、数据处理、误差的分析等，每年的试题均有涉及，在复习中应予以足够的重视再者，用已学过的实验方法去设计或处理未遇到过的实

2、际问题是高考实验题的趋势本章所占分值约为全卷的 10%-15%.恒定电流的考查题型多样，既有客观性的选择题，也有主观性的计算题难度上既有闭合电路物理量、电功率等的基本概念的定性判断题，也有中等难度或中等偏难的综合分析计算题其主要命题方向有：1.闭合电路欧姆定律的应用.2.路端电压、电路中电流和电压变化的讨论.3.电阻的测量，电动势和内阻的测量.4.电路故障的检测、含电容电路以及黑箱电路探测等5.与学生实验紧密联系，考查电路知识的运用情况一、一、欧姆定律、电功和电功率欧姆定律、电功和电功率1电流电流什么是电流：电荷的定向移动形成电流2导体中形成电流的条件：导体两端存在电势差（电压） 电流强度（）

3、I定义：通过导体横截面的电荷量 q 跟通过这些电荷量所用时间 t 的比值称为电流强度，简称电流定义式：tqI =单位：在国际单位制中，电流的单位是安培（A） ，是国际单位制中的七个基本单位之一，1A=1C/s常用的单位还有：毫安（mA） 、微安（A） ，且有：1A103 mA=106A物理意义：电流是表示电流强弱的物理量电流方向规定：规定正电荷定向移动方向为电流方向注意：注意：a.金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反b.电解质溶液中正、负离子定向移动的方向虽然相反，但正、负离子定向移动形成的电流方向是相同的c.由电流定义式求出的是电流的平均值tqI =d.电流是标量，我们所规定的方

4、向只是电流的环绕方向，电流之间的运算符和代数运算电流的微观表达式：nqvSv/llSnqtQI=即从微观上看，电流取决于导体中自由电荷数密度 n、电荷定向移动的速度 v、自由电荷所带的电荷量 q、还有导体的横截面积 S3例例 1：某电解池中，若在 2 s 内各有 1.01019个二价正离子和 2.01019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是（ D ）A0B0.8AC1.6A D3.2A 2欧姆定律欧姆定律内容：导体中的电流 I 跟导体两端的电压 U 成正比，跟导体的电阻 R成反比数学表达式：RUI 适用条件：金属、电解液和高压气体导电不适用于低压稀薄气体导电和某些导电器件（如晶体

5、管） 非纯电阻电路慎用（如直流电动机转动时不能使用欧姆定律，不转动时可使用欧姆定律）例例 2：若加在某金属导体两端的电压变为原来的 3/5 时，导体中的电流减小了 0.4A，如果所加的电压为原来的 2 倍，则导体中的电流多大？（2.0A）导体的伏安特性曲线用横轴表示导体两端的电压 U，纵轴表示通过导体的电流 I，画出的IU 的关系图线叫做导体的伏安特性曲线金属导体（不计温度对金属导体电阻的影响）的伏安特性曲线是一条过原点的直线，具有这种特性的电学元件叫做线性元，也叫纯电阻元件金属导体的伏安特性曲线的斜率等于金属导体电阻的倒数如图 1111 所示. U/VI/AIUUIO图 11114tan1U

6、IUIR对欧姆定律不适用的导体和元件（如半导体） ，伏安特性曲线不是直线，这种元件叫做非线性元件，也叫非纯电阻元件如图 1112 所示为半导体的伏安特性曲线电阻变化问题中的伏安特性曲线小灯泡这样的导体是纯电阻元件，但其电阻率随温度的升高（电压的增大）而增大，因此其伏安特性曲线是非线性的在 IU 图线（是曲线）上某一点与坐标原点连线的斜率表示该状态对应电阻的倒数，连线的斜率越大，表示电阻越小在 IU 图线上求电阻时，一定要用 R计算，且要注意坐标轴所表IU示的物理量和坐标轴上的单位切忌用直线倾角的正切求图线的斜率因为物理图象中，坐标轴单位长是可以表示不同大小的因而，不同人在用 IU 图线表示同一

7、电阻的伏安特性曲线时，所得直线的倾角可能不同例例 12：两个电阻 R1和 R2的伏安特性曲线如图 1118 所示，已知R1=1，则 R2的阻值为（ ）A3 B 3CD3133例例 13：（2004 年上海高考）如图图 1112图 1119图 111851119 所示,两个额定电压为 220V 的白炽灯泡 L1、L2的 UI 特性曲线如图所示，L2的额定功率约为 W；现将 L1和 L2串联后接在 220V电压的电路两端，此时 L2的实际功率约为 W3电阻及电阻定律电阻及电阻定律 电阻定义：导体两端的电压与通过导体的电流大小之比叫做导体的电阻定义式：IUR 电阻定律内容：在温度不变时，导体的电阻

8、R 跟它的长度 L 成正比，跟它的横截面积 S 成反比数学表达式： SLR式中 叫电阻率，与导体材料和温度有关；L 为导体的长度；S 为导体的横截面积理解：a.该表达式为导体电阻大小的决定式，表明导体的电阻由导体本身的性质（电阻率、长度、横截面积）决定与其它因素无关.b.通常情况下，对某一导体，在拉伸和压缩形变中，导体的横截面积随长度的变化而变化，但导体的总体积不变是隐含条件，也常是解题的关键c.适用条件：温度一定时，粗细均匀的导体，浓度均匀的电解液例例 3：有两根同种材料制成的完全相同的金属导线，如果把其中一根均匀6拉长，使其直径为原来的 1/2，把另一根导线对折后绞合起来，则它们的电阻率之

9、比是多少？电阻之比是多少？电阻率测量原理：由电阻定律可得，叫做电阻率，各种材料的电阻率在数值上等LSR=于该材料制成的长度为 1m、横截面积为 1m2的导体的电阻电阻的测量方法：电路图：电流表外接；滑线变阻器采用限流式接法导线横截面积的测量方法：用螺旋测微计测量，以毫米作单位，小数点后有三位有效数字读数主尺读数标尺读数估读数单位：欧米（m）物理意义：电阻率 是一个反映材料导电性能的物理量，是导体材料本身的性质，与导体的形状、大小无关. 电阻率越小，导电性能越好注意：注意：电阻 R 是一个反映导体本身属性的物理量，不但与导体的材料有关，还与导体的性状、大小有关各种材料都有自己的电阻率各种金属中银

10、的电阻率最小，其次是铜、金、铝；合金的电阻率大于组成它的任何一种纯金属的电阻率；绝缘体的电阻率非常大，一般约为 108m1018m，可见绝缘体的导电性能非常差电阻率与温度的关系：各种材料的电阻率都随温度的变化而变化a.金属：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性可制造金属温度计（例如：铂） 7b.合金：有些合金如锰铜、康铜的电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制作标准电阻c.半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻率随温度的升高而减小，这种材料称为半导体半导体有热敏特性、光敏特性，一般热传感器和光传感器都是由半导体材料制成d.超导现象：当温度降到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小

11、为零，这种现象叫超导现象，能够发生超导现象的导体称为超导体4电功、电功率、电热电功、电功率、电热电功定义：电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压 U、电路中的电流 I 和通电时间 t 三者的乘积表达式：（普遍适用）UItUqW=单位：国际单位制中功的单位是焦耳（J） 在实际生活和工农业生产中，电功的单位还有“度”，1 度1kWh=3.6106J物理意义：电流做功的过程就是电能转化为其它形式的能的过程，电流做了多少功，就表明有多少电能转化为其它形式的能，即电功量度了电能转化为其它形式的能的多少电功率定义：单位时间内电流所做的功一段电路上的电功率 P 等于这段电路两端的电压 U 和电路中电

12、流 I 的乘积数学表达式：PUI（普遍适用）tW单位：瓦特，符号 W，常用单位还有千瓦（kW） ，1 kW1000W8物理意义：表示电流做功的快慢焦耳定律（电热）内容：电流通过导体产生的热量 Q（电热）跟电流 I 的平方、导体的电阻 R 和通电时间 t 成正比数学表达式：RtIQ2=单位：焦耳，符号 J物理意义：电热量度了电能转化为内能的多少电流热效应的产生原理：在金属导体中，除了自由电子，还有金属正离子在电场力的作用下，做加速定向移动的自由电子要频繁地与离子发生碰撞，并把定向移动的动能传给离子，使离子的热运动加剧，于是通电导体的内能增加，温度升高，即电能通过电流做功转化为内能，这就是电流热效

13、应的产生原理热功率热功率：电流通过导体产生的热量和产生这些热量所用时间的比值数学表达式：RtItQP2物理意义：电热功率是描述电流做功产生电热快慢程度的物理量电功和电热的区别和联系区别：电功是电能转化为其它形式能量的量度，即电功表示了电流通过导体时转化为其它各种形式能量的电能的总和电热表示电流通过导体时，消耗的电能中转化为内能的那一部分，即电热是电能转化为内能的量度可见电功和电热是两个不同的物理量，不能混9淆联系：电功与电热的数量关系是：，即QW RtIIUt2用电器的额定功率和实际功率额定功率：是指用电器在额定电压下正常工作时所消耗的功率此时通过用电器的电流叫额定电流实际功率：用电器在实际使

14、用时，所消耗的功率叫实际功率若加在用电器上面的实际电压不等于额定电压，那么它所消耗的实际功率就不等于额定功率说明：在用电器上通常都表明它的额定电压和额定功率，如果加在用电器上的实际电压小于额定电压，则实际消耗的功率小于额定功率，此时用电器不能正常工作；如果加在用电器上的实际电压大于额定电压，则实际消耗的功率大于额定功率，此时用电器有可能被烧坏（也许短时间略大于额定功率工作） 为保护用电器，实际功率应小于或等于额定功率根据灯泡的额定功率和额定电压求得的的电阻值是灯泡正常工作时的电阻，在非工作状态其值小于其正常工作时的电阻，如“220V，100W”的灯泡，正常工作时电阻为 484，而直接用多用电表

15、测得电阻值约几十欧例例 4：有关额定值分别为“220 V、40 W”和“220 V、100 W”的两只白炽灯，下列说法中正确的是（假设灯的电阻不变） （ BC ）A40 W 的额定电流大，正常工作时电阻小B100 W 的额定电流大，正常工作时电阻小C两灯串联后接入 220V 的电路中，40 W 的灯亮10D两灯串联后接入 220V 的电路中，100 W 的灯亮例例 5：有四盏电灯，接入图 1113 所示的电路中，L1、L2标的“220V，100W”字样，L3、L4标的“220V，40W”字样，接通电路后，最暗的灯是 （ C ） AL1 BL2 CL3 DL4 例例 6：额定电压都是 110 V

16、，额定功率 PA100 W，PB40 W 的 A、B两灯，接在 220 V 的电路中，使电灯均正常发光，能使电路消耗的电功率最小的电路是图 1114 中的（ C ）发散一：电灯的亮度由其消耗的实际功率决定实际功率大的电灯最明亮，额定功率大的电灯不一定最明亮，只有都在额定电压下工作时，额定功率最大的电灯才最亮发散二：纯并联电路允许加的最大电压、最大电流和最大功率纯并联电路中，电路允许加的最大电压等于各用电器中额定电压最小的L1L2L3L4图 1113ABAABBABCBAD11那一数值；电路允许通过的最大电流等于电路允许加的最大电压与总电阻之比；电路允许消耗的最大功率等于允许加的最大电压的二次方

17、与总电阻的比值用电器正常工作条件：用电器两端的实际电压等于其额定电压；用电器中的实际电流等于其额定电流；用电器的实际电功率等于其额定功率.以上三个条件中的任何一个得到满足时,其余两个条件必然同时满足，因此它们是用电器正常工作的等效条件.用电器在一般工作状态下，其实际功率P实与额定功率 P额的关系为：P实P额.但一般工作状态下的电阻可认为与额定工作状态下的电阻相同，即，而实际工作的电流、电压及实际功率由电路具体情况确定额额PUR2例例 9：如图 1117 所示，三个电阻 R1、R2、R3的阻值相同，都为10，允许消耗的最大功率分别为 10 W、10 W、4 W，则此电路中允许消耗的最大功率为 （

18、 D ）A24 WB16 WC12 WD15 W 纯电阻电路和非纯电阻电路中的电功和电热在纯电阻电路（如白炽灯、电炉丝等构成的电路）中，电流做功将电能全部转化为内能，此时有，可用其中任一形式计算RtItRUUItQW22=电功或电热R1R2R3图 111712在非纯电阻电路（如含有电动机或电解槽的电路）中，电能转变为内能和机械能或内能和化学能，根据能量守恒定律，这时，在数值上满足电功=电热+内能以外其他形式的能，所以在非纯电阻性电路中，即WQUIt，显然，因此在这种情况下，电功只能用计算，电热RtI2UIRUItW =只能用计算RtIQ2例例 10：有一个直流电动机，把它装入 0.2 V 电压

19、的电路时，电机不转，测得流过电动机的电流是 0.4 A；若把电动机接入 2.0 V 电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是 1.0 A，求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然卡住，电动机的发热功率是多大？例例 11：电动自行车是一种重要的交通工具，成都市每天有数十万辆电动自行车行驶在大街小巷，形成了一道独特的风景. 电动自行车提供能量的装置为装在电池盒内的电池组，当它给电动机供电时，电动机将带动车轮转动.假设有一辆电动自行车，人和车的总质量为 120kg. 当该车在水平地面上以 5m/s 的速度匀速行驶时，它受到的阻力约等于人和车总重的 0.02 倍，此时电池组加

20、在电动机两端的电压为 36V，通过电动机的电流为 5A. 若连接导线的电阻不计，传动装置消耗的能量不计，g 取 10m/s2求：电动机输出的机械功率；电动机线圈的电阻5串、并联电路串、并联电路串并联电路的特点13 串联 并联电流II1I2InII1I2In电压UU1U2UnUU1U2Un电阻RR1R2RnnRRRR111121分流分压规律分压规律IRURURURUnn2211分流规律URIRIRInn2211功率分配22211IRRPRPNn22211URPRPRPnn说明：对并联电路的电阻：总电阻总的小于任意支路的电阻，RR误差分析：当 S2闭合后，R总减小I总增大，当流过电流表的电流为时，

21、流过电阻箱 R的电流大于，故，即并联“半偏法”2/gI2/gIgRR 测得的电流表内阻小于真实值串联电阻箱法：串联电阻箱法：测量电压表的内阻 RV，可用串联“半偏法”测出，电路如实验图11310 所示测量原理：.闭合 S1、S2后，调节 R 的滑动头位置，使电压表满偏；.打开 S2，使 R 的滑动头位置不变，改变电阻箱 R的阻值，使电压表半偏电阻箱 R的分压与电压表的分压相同，则VRR 注意：.滑动变阻器的阻值相对电压表 V 的内阻很小，在闭合 S1前，其阻值应调至最左端.测电压表内阻时，在 S2打开后，不能再调节 R 的滑动头位置，以保持支电路中的电压不变图 1131034.测电压表内阻时，

22、必须确保 RVR误差分析：当 S2打开后， R总增加I总减小U并增大，当电压表两端的电压为时，电阻箱两端电压大于，故，即串联“半偏法”2/V2/VVRR测得的电压表内阻大于真实值例例 6： 在“把电流表改装为电压表的实验”中，需要利用如图11311 所示的电路测定电流表的内阻，步骤如下：闭合开关 S1，调节 R1，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合开关 S2，调节 R2，使电流表指针偏转到满刻度的一半；读出 R2的阻值，即认为2Rrg已知电流表满偏电流为 500A，其内阻约在 100 左右实验室配有的可变电阻有：A电阻箱（010）B电阻箱（09999）C滑动变阻器（0200）D滑动变阻器（020

23、 k）电路图中 R1应选_，R2应选_若上述实验中，读得的阻值为 100，则电流表内阻的测量值和真2R实值相比_（填“偏大”或“偏小” ） 若将此电流表改装成量程为 2 V 的电压表，应_联一个阻值为_ 的电阻图 11311355用滑动变阻器组成限流电路和分压电路用滑动变阻器组成限流电路和分压电路在用伏安法测电阻或半偏法测电阻时，常需要多测几组数据求平均值减小误差，电路中就需要用到滑动变阻器，滑动变阻器有两种解法：限流电路和分压电路.设用电器电阻 R0，滑动变阻器最大电阻值为 R，设电压 U 不变.限流电路：滑动变阻器的限流电路如图 11312 所示.滑动变阻器串联在总路里起到分压限流作用.

24、R0中的电流变化范围： . R0上的电压变化范围：RRURUI00，可见 R 比 R0的电阻值大时，R0中URRRUU00的电流变化范围及 R0上的电压变化范围较大.分压式电路：用滑动变阻器组成分压式电路如图 11313 所示. R0两端的电压变化范围 U=U0，电流变化范围.可见采用分压式接法时电压、电流变化00RUI 范围总是较大，但通过滑动变阻器的电流较大，要求滑动变阻器的额定电流要大于，否则会烧坏RU变阻器.且 R 远小于 R0时，R0上电压调节较均匀.RR0U图 11312RR0U图 1131336限流接法与分压接法的选择通常情况下（满足安全条件） ，由于限流电路能耗较小，因此，优先

25、考虑以限流接法为主.在下面三种情况下必须要选择分压接法：题目所提供的实验仪器，电表量程或待测电阻的最大允许电流小于限流电路中最小电流；变阻器总电阻小于被测电阻；要求待测电阻的电压从零开始连续变化.说明：说明：滑动变阻器的粗调和微调在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反例例 7： 用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ：待测电阻 Rx（阻值约为 25k）电流表 A1（量程 100A，内阻 2k）电流表 A2（量程 500A，内阻 300）电压表 V1（量程 10V，内阻 100k）电流

26、表 V2（量程 50V，内阻 500k）电源 E（电动势 15V，允许最大电流 1A）滑动变阻器 R（最大阻值 1k）电键 S，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据电流表应选_，电压表应选_画出实验电路图37例例 9：为了测定电流表 A1的内阻，采用如图 11315 所示的电路其中：A1是待测电流表，量程为 300A，内阻约为 100；A2是标准电流表，量程为 200A；R1是电阻箱，阻值范围是 0999.9；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻；E 是电池组，电动势为 4V，内阻不计；S1是单刀掷开关S2是单刀双掷开关 1据电路图，请在图 11316 中画出连线，将器材连接成实验电路连接

27、好电路，将开关 S2扳到接点 a 处，接通开关 S1，调整滑动变阻器R2使电表 A2的读数是 150A；然后将开关 S2扳到接点 b 处，保护 R2不变，调节电阻 R1，使 A2的读数仍为 150A若此时电阻箱各旋钮的位置如图11317 所示，电阻箱的阻值是_，则待测电流表 A1的内阻R1=_图 11315图 1131638上述实验中，无论怎样调整滑动变阻器 R2的滑动端位置，都要保证两块电流表的安全在下面提供的四个电阻中，保护电阻 R3应选用：_（填写阻值相应的字母） A200k B20k C15k D20下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用既要满足上述实验要求，又要调整方便，滑动变阻

28、器_（填写阻值相应的字母）是最佳选择A1k B5k C10k D25k四、电路实验四、电路实验1.描绘小灯炮的伏安特性曲线描绘小灯炮的伏安特性曲线实验目的实验目的知道小灯泡的灯丝电阻是随温度的升高而增大的会根据实验所需器材选择正确的实验电路实验原理实验原理由欧姆定律得，对于某一导体，RUI IUR 我们认为电阻的阻值不变，因此 UI 图象应是过原点的直线，如实验图 1141 所示对于一个小灯泡，若所加电压不同，其亮度不同，也可说灯丝的温度不同，导致灯丝的电阻率发生变化，则其阻值就不是一个确定值，其 UI 图39线就不是直线实验电路实验电路分压式接法与限流式接法：电流表的内外接法：实验电路图如图

29、 1142 所示. 滑线变阻器采用分压器接法（因为小灯泡两端的电压要从零开始调节，若滑线变阻器的总阻值小于待测电阻的阻值时应采用分压式接法） ，电流表采用外接法（小灯泡的灯丝电阻较小，满足条件）. VxRR 实验器材实验器材小灯泡，直流电源，电压表，电流表，滑动变阻器，开关，导线若干实验步骤实验步骤按实验图 1142 连接电路，在闭合开关前变阻器的滑片靠近图中所示的 A 端闭合开关，移动滑片 P，读出几组 U、I 值，并记录在表格中建立 UI 坐标系，将所得几组 U、I 值在坐标上描出所对应的点用平滑的曲线将各点连接起来，即为 UI 图线注意事项注意事项电键闭合前变阻器滑片移到图中所示的 A

30、端（使得加在小灯泡两端的电压为零的位置）.调节电压时不要超过小灯泡的额定电压太大（允许短时间略大于额定电压工作） 40在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；作图时要使平滑曲线通过大多数数据点，不在曲线上的点使其比较对称的分布在曲线的两侧.2.测金属丝的电阻率测金属丝的电阻率实验目的实验目的学会使用螺旋测微器，并会读螺旋测微器的读数进一步理解伏安法测电阻的原理及如何减小误差间接测定金属的电阻率实验原理实验原理由电阻定律可知，金属的电阻率.因此，测出金属导线SlRlSR的长度 l、横截面积 S 和导线的电阻 R

31、，便可求出制成导线的金属的电阻率实验电路实验电路如实验图 1147 所示由于金属丝电阻一般较小（满足条件） ，故实验时应采用电流表VxRR 外接法至于滑动变阻器是采用限流式还是分压式，可根据实验所提供的器材及要求灵活选取若无特别要求，一般可用限流式实验仪器实验仪器伏安法测金属丝电阻需要的仪器有：图 114741待测金属丝，电压表，电流表，滑动变阻器，干电池（2 节） ，开关，导线若干测金属丝长度，需用毫米刻度尺测金属的横截面积，需用螺旋测微器测出金属丝的直径 d，利用算出面积22dS螺旋测微器螺旋测微器构造如实验图 1148 所示为常用螺旋测微器的结构图它的测砧 A 和固定刻度 B 固定在尺架

32、 C上旋钮 D、微调旋钮 D和可动刻度 E、测微螺杆 F 连在一起，通过精密螺纹套在 B 上测量原理螺旋测微器的螺距是 0.5mm，螺栓上可动刻度周为 50 格，当螺栓每转一周时，前进(或后退)一个螺距 0.5mm若螺栓每转过 1 格，前进(或后退)0.01mm，可见，螺旋测微器的精确度为 0.01mm由于还要再估读一位，即读到毫米的千分位，故又名千分尺.操作与读数使用螺旋测微器时，将被测物体放在测砧 A 和测微螺杆 F 之间，先使用粗调旋钮 D，在测微螺杆 F 快靠近被测物体时，图 1148图 114942改用微调旋钮 D，听到“咔咔”声音停止转动，并用止动旋钮止动，然后读数读数时，在固定刻

33、度尺上读出大于 0.5mm 的部分，在可动刻度上读出不足 0.5mm 的部分读可动刻度示数时还要注意估读一位数字螺旋测微器的读数可用下式表示：螺旋测微器的读数固定尺上的读数可动尺上的读数精确度如实验图 1149 所示的读数为 6.5mm0.0122.5mm6.725mm实验步骤实验步骤用螺旋测微器在金属丝上的三个不同位置上各测直径一次，求出直径D 的平均值；用米尺测量连入电路的金属丝的长度三次，求出平均值；依照实验线路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的滑键置于正确的位置；合上开关；调节变阻器，记录几组合适的 I、U 值；断开开关，拆除导线，整理好器材.注意事项注意事项闭合开关前一定把滑动变阻

34、器的滑键置于正确的位置若采用限流式，应把滑片置于阻值最大的位置；若采用分压式，应把滑片置于分出电压为零的那端测 R 时，应尽量多测几组 U、I 数据，并使数据变化范围适当大一些求 R 的平均值有两种方法：第一种是用算出各次测量值再取平IUR 43均；第二种是根据测量数据作出 UI 图象，然后根据图象的斜率求出电阻用此法描点时，要合适地选取坐标轴的单位，尽量使各点的距离拉大些连线时要让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直线两侧个别偏离直线较远的点应舍弃，以减小实验误差测金属丝长度时，应先将金属丝连入电路后再测量利用螺旋测微器测直径时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否露出；可

35、动刻度的读数不要忘记估读位数字测金属丝直径时，要选三个不同位置，不同方位测三次取其平均值通电时间不宜太长，电流不宜过大3.把电流表改装成伏特表把电流表改装成伏特表实验目的实验目的知道用“半偏法”测电流表内阻的原理会根据实验原理选择实验所需器材实验原理实验原理一个电流表有二个参量，即 Ig和 Rg，其额定电压为，由于 Ig很小(几百微安几十毫安)，gggRIU通常为几百欧姆，故 Ug比较小为测量较大的电压值，可在电流表上串联一个大阻值的电阻 R1，把 R1作为电流表内阻的一部分，这样的电流表就可分担较大的电压，改装后作为电压表使用如实验图 11412 所示说明：电流表的满偏电流 Ig可从表盘上直

36、接读出电流表的内阻 Rg可用“半偏法”测出，电路如实验图 11413 所示原理见 11.3.图 1141244实验器材实验器材电流表、滑动变阻器、电阻箱、电源、开关（两个） 、标准电压表及导线若干实验步骤实验步骤按图 11413 连接好电路利用“半偏法”测出电流表的内阻 Rg若要改装成量程为 U 的电压表，据知，电流表需串联的电阻gIUR总ggRIUR1利用图 11414 所示电路，对改装的电压表进行校对拆除电路，仪器复原注意事项：校对改装的电表时，若要从零开始连续校对，则滑动变阻器必须接成分压式弄清改装后电流表的表盘上刻度示数的大小相对误差的计算式为%100|真改真UUU“半偏法”测出的电流

37、表内阻中需注意的问题.见 11.3.在校准电路中，对改装表要从零到满量程的每一个刻度进行校准，所以变阻器必须采用分压器接法.图 11413图 1141445五、误差分析五、误差分析利用“半偏法”测出的电流表内阻偏小电流表改装成电压表后，电压表内阻的真实值比计算值大，故改装量程偏大六、注意事项六、注意事项七、典型题例七、典型题例例例 1 （2000 年广东测试）图 11415 是“半偏法”测电流表内阻 Rg的电路图，图中 R 是_，R是_.正确连接后，实验步骤如下：A合上开关 S1，调整 R 的阻值，使电流表指针偏转满刻度；B断开，记下 R的阻值；C合上开关 S2，调整 R 和 R的阻值，使电流

38、表指针偏转到正好是满刻度的一半；D断开 S1、S2，将 R 阻值调到最大；上述_项步骤有错误，应_才正确改正后正确操作步骤的顺序编码为_只有当 R比 R_时才可认为，因为并入 R后电路的总电流会变_，故的真实值比 RRRg要稍_如果在步骤 C 中所得 R的阻值为 600，则电流表的内阻 Rg的测量值为_图 1141546例例 2 （2002 年上海模拟）有一只量程为 1mA 的电流表，刻度盘共有 50格，若给它并联一个的电阻，则可将它改装成一个量程为 1 A 的电流210表若要把这个量程为 1mA 的电流表改装成一个量程为 10V 的电压表，应在电流表上串接一个_ 的电阻将这个电压表接在某段电

39、路上，指针偏转 40 格，这段电路两端的电压是_V实验四实验四 测电源电动势和内阻测电源电动势和内阻一、一、实验目的实验目的1学会测电池的电动势和内阻2学会利用图象处理实验数据二、实验原理二、实验原理本实验的原理是闭合电路欧姆定律具体方法为：利用图 11416 所示电路，改变滑动变阻器 R 的阻值，从电流表、电压表中读出几组 U、I 值，由得：，IrEUrIEU11，解之得：.求出几组rIEU222112211221IIUUrIIUIUIEE、r 值，最后分别算出它们的平均值.利用图 11416 所示的电路，通过改变 R 的阻值，多测几组 U、I 的值（至少测出 6 组） ，并且变化范围尽量大

40、些，然后用描点法在 UI 图象中描点作图，图 11416图 1141747由图象纵截距找出 E，由图象斜率找出内电阻，如图rIEIUmtan11417 所示三、实验器材三、实验器材电流表、电压表、变阻器、开关、导线及被测干电池四、实验步骤四、实验步骤恰当选择实验器材，照图 11421 连好实验仪器，使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入电阻值最大的一端闭合开关 S，接通电路，记下此时电压表和电流表的示数将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置，记下此时电压表和电流表的示数继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置，记下各位置对应的电压表和电流表的示数断开开关 S，拆除电

41、路在坐标纸上以 U 为纵轴，以 I 为横轴，作出 UI 图象，利用图象求出 E、r五、数据处理的方法五、数据处理的方法本实验中，为了减小偶然误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的 U、I 值，做 UI 图象，所得图线延长线与 U 轴的交点即为电动势 E，图线斜率的值即为电源的内阻 r，即如图 11418 所mIEIUr示48当电池内阻较小时，U 的变化较小，图象中描出的点呈现如图11418（甲）所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得的点及做出的图线误差较大为此，可使纵轴不从零开始，如图 11418（乙）所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动

42、势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻r六、实验误差分析六、实验误差分析偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作 UI 图象时描点不很准确系统误差： 内接时的误差分析内接电路如图 11419 所示，电压表的读数就是路端电压，而电流表读数小于通过电源的电流；或者说由于电压表的分流作用而造成了误差.由解得的rRUIUErRUIUEVV）（222111)结果知：，真测EE真测rr外接时的误差分析图 11418图 1141949外接时电路如图 11420 所示，电流表的读数就是干路电流，而电压表读数小于路端电压；

43、或者说由于电流表的分压作用而造成了误差.由 解得的结果知：)(21rRRRRIErRRRRIEVVVV）（，真测EE真测rr说明：由于电源内阻 r 很小，若采用图 11426 所示的电路，内阻测量的误差太大故中学实验中采用图 11424 所示的电路，即内接. 七、注意事项七、注意事项选用内阻适当大一些的电压表两表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差尽量多测几组 U、I 数据(一般不少于 6 组)，且数据变化范围要大些做 UI 图象时，让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直线两侧八、实验仪器的选择八、实验仪器的选择为减小该误差，需要减小电压表的分流本实验中

44、滑动变阻器的选择原则是：阻值范围较小而额定电流较大；电压表的选择原则是：在满足量程要求的前提下选取内阻较大的；电流表的选择需根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定图 1142050九、典型题例九、典型题例例例 1 （1995 年上海高考）某同学用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围 020，连接电路的实物图如图 11421 所示指出该同学接线中错误的和不规范的做法是：_A滑动变阻器，不起变阻作用B电流表接线有错C电压表量程选用不当D电压表接线有错在方框里面画出这个实验的正确电路图例例 2 （2000 年南京测试）下面是在测某电池的电动势和内电阻的实验中记录的六组数据

45、请在直角坐标系中画出 UI 图，并根据图象算出待测电池的电动势和内电阻U（V）1.371.321.241.181.101.05I（A）0.120.200.310.320.500.57图 11421 51例例 3 （2006 年广东高考）某同学设计了一个如图 7 所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组（电动势约3V） 、电流表（量程 0.6A，内阻小于 1） 、电阻箱（099.99） 、滑动变阻器（010） 、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干.考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略.该同学按图 11422 连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约

46、为 0.20.试分析该测量产生误差的原因是_.简要写出利用图 11422 所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：_；图 11422图 1142352_；图 11423 是由实验数据绘出的图象，由此求出待测干电池RI1组的电动势 E_V、内阻 r_ .（计算结果保留三位有效数字)实验五实验五 用多用电表探索黑箱内的电学元件用多用电表探索黑箱内的电学元件一、实验目的一、实验目的1练习使用多用电表测定电阻2探索黑箱内的电学元件3了解晶体二极管的单向导电性及其符号.二、实验原理二、实验原理多用电表的功能、外形、工作原理见 11.3.电学黑箱黑箱又称黑盒子、暗盒，是指不知其内部结构的系统.黑箱方法，也

47、是控制论中的一种重要方法.具体地说：就是给黑箱一个刺激（输入） ，观察其反映（输出），并分析多组输入和输出的对应关系，来推测黑箱内部结构并加以控制的方法.ABC图 1142453由于求解黑箱问题，较多地采用了由果求因的逆向思维方法，而造成同一结果的原因可能有多种，故对黑箱的求解，难度一般较大.为简便起见，本实验采用限定：黑箱有三个接点（如图 11424 所示） ；两接点间最多只有一个元件、黑箱内最多只有二个元件（且均串联） ；黑箱内的元件可能为电源、电阻或二极管.二极管晶体二极管是用半导体材料通过参杂技术制成的，其突出特点是具有单向导电性，如图 14123 所示：当二极管加上正向电压时，它的电

48、阻很小，就像一个接通的开关一样；当给二极管加上反向电压时，它的电阻变得很大，就像断开的开关一样.根据这一特征，我们可以来断定电路中是否可能有二极管.三、用多用电表探测黑箱的思路（实验步骤）三、用多用电表探测黑箱的思路（实验步骤）四、注意事项四、注意事项用电压挡测量待测两端电压U = 0 ？否内含电源是用欧姆表测量待测两端电阻反向 R ？断路是可能有二极管否R=C（定值）反向 R0 ？短路 可能有二极管否是R0R 是否反向 RC？电阻54见 11.3.五、典型例题五、典型例题例例 1 把一只电阻和一只半导体二极管分别与接线柱 A、B、C 连接，元件放在盒子里，盒外只露出接线柱（如图 11425

49、所示） ，现用多用电表欧姆挡进行测量，结果是：A、C 间：将表笔调换，前后读数相同；B、C 间：红表笔接 B、黑表笔接 C 时的读数很小，调换表笔，读数很大；A、B 间：红表笔接 A、黑表笔接 B 时的读数很大，调换表笔，测得读数与 A、C 间读数很接近根据这一结果，请画出盒内的电路图例例 2 “黑盒子”表面有 a、b、c 三个接线柱，盒内总共有两个电子元件，每两个接线柱之间只可能连接一个元件.为了探明盒内元件的种类及连接方式，某位同学用多用电表进行了如下探测：第一步：用电压挡，对任意两接线柱正、反向测量，指针不发生偏转.第二步：用电阻1000 挡，对任意两个接线柱正、反向测量，指针偏转图 1

50、1425图 1142655情况如图 11426 所示.第一步测量结果表明盒内_.图 11427 示出了图 11426和图 11426中欧姆表指针所处的位置，其对应的阻值是_，图 11428 示出了图 11426中欧姆表指针所处的位置，其对应的阻值是_.请在图 11429 的接线柱间，用电路图符号画出盒内的元件及连接情况.一个小灯泡与 3V 电池组的连接情况如图11430 所示.如果把图中 e、f 两端用导线直接相连，小灯泡仍可正常发光.欲将 e、f 两端分别与黑盒子上的两个接线柱相连，使小灯泡仍可发光.那么，e 端应连接到_接线柱，f 端应连接到_接线柱.图 11427图 11428abc图

51、4图 11429ef图 5图 1143056实验六实验六 练习使用示波器练习使用示波器一、实验目的一、实验目的1熟悉示波器的功能2练习使用示波器的方法二、实验原理二、实验原理结构：示波管主要由电子枪、竖直偏转电极和水平偏转电极、荧光屏组成.两电极都不加偏转电压时，由电子枪产生的高速电子做直线运动，打在荧光屏中心，形成一个亮点.偏转原理见 10.3 示波管原理.当信号电压输入示波器时，示波管的荧光屏上就反映出这个电压随时间变化的波形来.三、实验器材三、实验器材J2459 型示波器，低压电源，滑动变阻器，电键，导线若干.四、实验步骤四、实验步骤1熟悉熟悉 J2459 型（如图型（如图 11431

52、所示）示波器面板上各旋钮和开关的所示）示波器面板上各旋钮和开关的名称、作用名称、作用辉度调节旋钮用来调节图像的亮度.顺时针旋转旋钮时，亮度增加.图 1143157聚焦调节和辅助聚焦二者配合使用可使电子束会聚成以细束，在荧光屏出现小亮斑，使图像线条清晰.电源开关和指示灯把开关扳向“开”的位置，电源接通，指示灯亮，经过一两分钟的预热，示波器就可以使用了.竖直位移旋钮和水平位移旋钮分别用来调节图像在竖直方向和水平方向的位置.Y 增益旋钮和 X 增益旋钮分别用来调节图像在竖直方向和水平方向的幅度，顺时针旋转时，幅度连续增大.衰减调节旋钮有 1、10、100、1000 四挡， “1”挡不衰减，其余各挡分

53、别可使加在竖直偏转电极上的信号电压按上述倍数衰减，使图像在竖直方向的幅度依次减为前一档的十分之一.最右边的正弦符号“”挡不是衰减，而是由机内自行提供竖直方向的按正弦规律变化的交流电压，可用来观察正弦波形或检查示波器是否正常工作.扫描范围旋钮用来改变扫描电压的频率范围，有四个挡，左边第一挡是 10 Hz100Hz，顺时针旋转每升高一挡，扫描频率都增大 10 倍.最右边的是“外 X”挡，使用这一挡时机内没有加扫描电压，水平方向的电压可以从外部输入.扫描微调旋钮使扫描电压的频率在选定的范围内连续变化，顺时针转动时频率增加. “Y 输入”、 “X 输入”、 “地”分别是对应方向的信号输入电压的接线柱和

54、公共接地的接线柱.交直流选择开关置于“DC”位置时，所加的信号电压是直接输入的；置于“AC”位置时，所加信号电压是通过一个电容器输入的，可以让交流信号58通过而隔断直流成分.同步极性选择开关置于“”位置时，扫描由被测信号正半周起同步，置于“”位置时，扫描由负半周起同步. 2练习使用示波器练习使用示波器观察荧光屏上的亮斑并进行调节先把灰度调节旋钮逆时针转到底，竖直位移旋钮和水平位移旋钮旋到中间位置，衰减调节旋钮置于最高档（1000 挡） ，扫描范围旋钮置于“外 X”挡。闭合电源开关，指示灯亮，预热一两分钟后，顺时针旋转辉度调节旋钮，屏上即出现一个亮斑，调节该旋钮，使亮斑的亮度适中.旋转聚焦调节旋

55、钮和辅助聚焦调节旋钮，观察亮斑的变化情况，使亮斑最圆最小.旋转竖直位移旋钮，观察亮斑的上下移动.旋转水平位移旋钮，观察亮斑的左右移动.调节这两个旋钮，使亮斑位于荧光屏中心.观察扫描并进行调节把 X 增益旋钮顺时针转到 1/3 处，扫描微调旋钮逆时针转到底，扫描范围旋钮置于最低档（10100 挡） ，可以看到扫描的情形：两斑从左向右移动，到右端后又很快回到左端.顺时针旋转扫描微调旋钮以增大扫描频率，可以看到亮斑移动加快，成为一条亮线.调节 X 增益旋钮，可以看到亮线长度的改变.观察亮斑在竖直方向的偏移并进行调节（如图 11440 所示）59将扫描范围旋钮置于“外 X”挡，使亮斑位于屏的中心，把“

56、DC、AC”开关置于“DC”位置.按图 11432 连接电路，直流电源用一两节电池即可.将滑动变阻器的滑片 P 滑至适当位置后闭合开关，把衰逐步减小衰减档，观察亮斑的向上偏移.调节 Y 增益使亮斑偏移一段适当的距离，调节滑动变阻器改变输入电压，可以看到亮斑的偏移随着改变，电压越高，偏移越大.调换电池的正负极，改变输入电压的方向，可以看到亮斑改为向下偏移.观察按正弦规律变化的电压的图线把扫描范围旋钮置于第一档（10100 挡） ，把衰减调节旋钮置于“”挡，即由机内提供竖直方向的按正弦规律变化的电压.调节扫描微调旋钮，使屏上出现完整的正弦曲线.调节 Y 增益旋钮和 X 增益旋钮，使曲线形状沿竖直或

57、水平方向发生变化.调节竖直或水平位移旋钮，观察曲线整体在竖直或水平方向上的移动.把同步极性选择置于“”位置，正弦曲线从正半周开始，置于“”位置，正弦曲线从负半周开始.关机.将灰度调节旋钮逆时针转到底，再断开电源开关.五、注意事项五、注意事项1示波器属热电子仪器，要避免频繁开机、关机，否则易损坏仪器.图 11432602示波器使用时应注意辉度适中，不宜过亮，且光点不应长期停留在一点上，以免损伤荧光屏.还应避免在阳光直射荧光屏的情况下工作.3关机前应先将辉度逆时针旋到底.六、典型例题六、典型例题例例 1 （2000 年湖北检测）在没有输入电压的情况下，若将图 11433 所示荧光屏的图象由 A 图

58、变为 B 图，应调节什么旋钮？要使荧光屏上的亮斑变成亮线应怎样调节？要使 B 图中的亮线变长应如何调节？ _；_；_实验七实验七 传感器的简单应用传感器的简单应用一、实验目的一、实验目的1认识光敏电阻、热敏电阻等传感器的特性.2了解传感器在技术上的简单应用.二、实验原理二、实验原理传感器是将感受到的非电物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、声强、光照强度等）转换成便于测量的电学量（如电压、电流等）的一种元件.传感器输入的是非电物理量X，输出的是电学量 Y，如图 11434 所示.将非电物理量图 11433传感器YX图 1143461转换成电学量之后，便于输入电子计算机进行处理，达到自动控制、

59、遥控等各种目的.三、实验器材三、实验器材热敏电阻、光敏电阻多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等.四、实验步骤四、实验步骤热敏电阻特性按照图 11435 所示将热敏电阻连入电路中，将多用电表的选择开关置于“” ，再将电表的两支表笔分别与热敏电阻两端相连.将热敏电阻放入有少量冷水并插入有温度计的烧杯中，在欧姆挡上选择合适的倍率，观察表盘所示热敏电阻的阻值.再分几次向烧杯中倒入开水，观察不同温度下热敏电阻的阻值.结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小.光敏电阻特性按照图 11436 所示将光敏电阻连入电路中，将多用电表的选择开关置于“” ，再将电表的

60、两支表笔分别与光敏电阻两端相连.将多用电表的选择开关置于欧姆挡，在欧姆挡上选择合适的倍率，观察表盘所示光敏电阻的阻值.将手张开放在光敏电阻上方，挡住部分光线，观察表盘所示光敏电阻的阻值.上下移动手掌，观察表盘所示光敏电阻的阻值.图 11435图 1143662结论：光敏电阻的阻值随光强的增大而减小.光电计数当传送带上无物品时，光敏电阻的阻值小，供给信号处理系统的电压低；当传送带上有物品时，光敏电阻的阻值大，供给信号处理系统的电压高.这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数功能.如图 11437 所示.六、典型例题六、典型例题例例 1 某学生为了测