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” “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；测量时尽量使指针有较大范围

2、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误差原因电阻测量值适用条件 适合测大电阻 试触法 适合测小电阻 试触法方法一：设电流表、电压表内阻分别为、，被测电阻为，

3、则当时，电压表分流作用小，应选用外接法当时，电流表分压作用小，应选用内接法当时，两种方法均可。方法二：在、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I/I和U/U）。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”（2）、控制电路中滑动变阻器的接法比较项目限流式接法分压式接法对比说明电 路串、并联关系不同电压调节范围U0U分压电路调

4、节范围大电流调节范围0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时，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

5、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

6、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 一、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在实验电路的设计或选择时,如果所给电表的量程不合适, 可考虑利用定值电阻或电阻箱把电表扩程后再使用.二、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

7、用中，它常常被用来测定光电流、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三电压表量程为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，

8、电压表读数为11.7V四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，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、×1

9、、×10、×100、×1000等的字样，旋钮的周围标有09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×0.01mm；最终读数固定刻度+可动刻度×0.01mm由于螺旋测微器可测到毫米的千分位，故

10、螺旋测微器又叫千分尺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、0.02mm。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×精度，得到最后读数的小数部分。将所得到的整数

11、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，伏特表的量程为3V，内阻为5K;电源的电动势为6V，变阻器的阻值为020 。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，其阻值大约是25k ，可供选择的器材是：电流表A1 (0-100A, 2k)电流表A2 (0-500A, 300)电压表V1 (0-10V, 100k）电压表V2 (0-50V, 500K）直流稳压电源 E（15V，1A） 滑动变阻器 R (1k, 1W) 电键K和若干根导线 试选择适当的器材

12、，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。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100）(2)直流毫安表（量程010mA，内阻50）(3)直流电压表（量程03V，内阻5k）(4)直流电源（输出电压4V，内阻可不计）(5)滑动变阻器（阻值范围015，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）B毫安表A 2 ： （ 200mA，

13、0.5）C电压表V 1 ： （10V，1k）D电压表V 2 ： （15V，1.5k）E电源 E1= 6V，2AF电源 E2= 9V，1AG电源 E3= 15V，0.1AH可变电阻 R1=10，1WI可变电阻 R2= 20，0.8W J 可变电阻 R3= 50， 0.5W 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=100安培表A2，量程为1A，RA2=20电压表V1，量程为5V，RV1=10k电压表

14、V2，量程为15V， RV2=30k 变阻器R1，变阻范围020 ，2A变阻器R2，变阻范围01000，1A9V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的阻值(约100)： 电源E，电动势约为6.0v，内阻可忽略不计； 电流表A1，量程为050mA，内阻r1=20； 电流表A2，量程为0300mA，内阻r2约为4; 定值电阻R0阻值为20； 滑动变阻器R，最大阻值为10； 单刀单掷开关s，导线若干。 (1)要求测量中尽量减小误差，并测多组数据，试在虚线框中画出测量电阻 Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用相应的

15、英文字母标注) (2)若某次测量中电流表A1的示数为I1,电流表A2的示数为I2,则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx= 。例7【解析】2；图2电路电压可从0V调到所需电压，调节范围较大。（或图3电路不能测得0V附近的数据） 5.2；111.8（111.6112.0均给分） 热敏温度计（提出其他实例，只要合理均给分）、用下列器材组装成描绘电阻R伏安特性曲线的电路，请将实物图连线成为实验电路。微安表A(量程200A，内阻约200)； 电压表V(量程3V，内阻约10K)； 电阻R (阻值约20k)； 滑动变阻器R (最大阻值50，额定电流1 A) 电池组E(电动势3V，内阻不计)；开关S及导线若干。例8、（2000年全国）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路