2015高中物理电学实验总结及练习

1、高中物理电学实验【知识梳理】一、描绘小灯泡的伏安特性曲线1、实验原理在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，UI图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡的电压U和电流I，然后在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴画出UI曲线。2、实验步骤（1）、适当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。（2）、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。（3）、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；（4）、在

2、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。（5）、拆去实验线路，整理好实验器材。3、注意事项（1）、因本实验要作出IU图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此，变阻器要采用分压接法；（2）、本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法；（3）、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；（4）、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；（5）、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度

3、例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定用平滑的曲线，不能画成折线。4、误差分析（1）、测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；（2）、描绘IU线时作图不准确造成的偶然误差。5、知识延伸AA测Ax测VV电流表的解法：（1）内接法：如图所示，待测电阻的测量值：显然所以测x测VVIVIRA当时，系统的相对误差很小，可以忽略不计，所以内接法适用于测量高阻值电阻。（2）外接法：如图所示，待测电阻的测量值：显然有：所以当时，系统的相对误差忽略，所以外接法适用于测量低阻值电阻。（3）试触法选择内、外接法：具体方法是，在如图所示的电路中，改变电表的连接方式，拿电

4、压表的一个接线柱分别接触M、N两点，观察电压表和电流表的示数变化，如果电流表变化明显，说明电压表内阻对电路影响较大，应采用内接法；如果电压表变化明显，说明电流表内阻对电路影响较大，应采用外接法。滑动变阻器的限流接法和分压接法：电路负载上电压调节范围负载上电流调节范围闭合开关前触电所处位置相同条件下消耗的总功率限流接法RLR0Sabr0Pb端分压接法RLR0Sabr0Pa端比较分压电路调节范围大分压电路调节范围大都为了保护负载电路限流电路能耗小滑动变阻器的两种电路连接都能控制调节负载的电流和电压，但在相同条件下调节效果不同，实际应用中要根据具体情况恰当的选择限流接法和分压接法。（1）通常情况下（

5、满足安全条件），由于限流电路能耗较小，电路结构简单，因此应优先考虑。（2）在下列情况下必须采用分压接法。要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节，只有分压接法才能满足。如果实验所提供的电表量程或其它元件允许通过的最大电流很小，若采用限流接法，无论怎样调节，电路中实际电流（或电压）都会超过电表量程或元件允许的最大电流（或电压），为了保护电表或其它元件，必须采用分压接法。伏安法测电阻实验中，当滑动变阻器的阻值远小于待测电阻时，若采用限流接法，待测电阻上的电流（或电压）变化很小，不利于多次测量求平均值或用图像处理数据，也起不到保护用电器的作用，应选用分压接法。【例1】某研究性学习小组为了制作一种传

6、感器，需要选用一电器元件。图为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：器材（代号）规格 电流表（A1）电流表（A2）电压表（V1）电压表（V2）滑动变阻器（R1）滑动变阻器（R2）直流电源（E）开关（S）导线若干量程050mA，内阻约为50量程0200mA，内阻约为10量程03V，内阻约为10k量程015V，内阻约为25k阻值范围015，允许最大电流1A阻值范围01k，允许最大电流100mA输出电压6V，内阻不计为提高实验结果的准确程度，电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 。（以上均填器材代号）为达到上述目的，请在虚线框内画

7、出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号。若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？相同点： ，不同点： 。二、电压表和电流表1、电流表原理和主要参数电流表G是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的，且指什偏角与电流强度I成正比，即kI，故表的刻度是均匀的。电流表的主要参数有，表头内阻Rg：即电流表线圈的电阻；满偏电流Ig：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压U：即指针满偏时，加在表头两端的电压，故UgIgRg2、半偏法测电流表内阻Rg方法：合上S1，调整R的阻值，使电转到满流表指针刻度，再合上开

8、关S2，调整R的阻值（不可再改变R），使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半，可以认为Rg = R。 条件: 当 R比R大很多3、电压表的改装（1）原理：很小，不能直接换刻度测电压，需要串联一个如图所示的分压电阻。（2）分压电阻的计算：由串联电路的特点知：则：因为电压扩大表头量程的倍数：所以注：相同的表头改装成的不量程的电压表串联，指针偏转角度相同。4、电流表的改装（1）原理：很小，不能直接换刻度测电流，需要并联一个如图所示的分流电阻。（2）分流电阻的计算：由并联电路的特点知则：因为电流扩大表头量程的倍数：所以注：相同表头改装成量程不同的电流表并联，指针偏转角度相同。三、测量电源电动势和电阻&#

9、160; 1. 实验原理根据闭合电路的欧姆定律，其方法有：（1）如图甲所示，改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组U和I的值，由可得，。（2）为减小误差，至少测出六组U和I值，且变化范围要大些，然后在UI图中描点作图，由图线纵截距和斜率找出E，如图乙所示。2. 实验步骤（1）恰当选择实验器材，照图连好实验仪器，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。（2）闭合开关S，接通电路，记下此时电压表和电流表的示数。（3）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。（4）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

10、电压表和电流表的示数。（5）断开开关S，拆除电路。（6）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。3. 实验误差分析（1）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。（2）系统误差：系统误差来源于未计电压表分流，近似地将电流表的示数看作干路电流。实际上电流表的示数比干路电流略小。如果由实验得到的数据作出图中实线（a）所示的图象，那么考虑到电压表的分流后，得到的UI图象应是图中的虚线（b），由此可见，按图所示的实验电路测出的电源电动势，电源内电阻。说明：外电路短路时，电流表的示数（即干路电流的测量值）等于干路电流的真实值，所以图中（a）、（b）

11、两图线交于短路电流处。当路端电压（即电压表示数）为时，由于电流表示数小于干路电流，所以（a）、（b）两图线出现了图中所示的差异。 4. 注意事项（1）电流表要与变阻器靠近，即电压表直接测量电源的路端电压。（2）选用内阻适当大一些的电压表。（3）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。（4）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。（5）作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。5. 数据处理的方法（1）本实验中，为了减小实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的U、I值，作UI图象，所得图线延长线与U轴

12、的交点即为电动势E，图线斜率的值即为电源的内阻r，即。（2）应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图（甲）所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得的点及作出的图线误差较大。为此，可使纵轴不从零开始，如图（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。6. 实验仪器的选择本实验的系统误差来源于未计电压表的分流。为减小该误差，需要减小电压表的分流。减小电压表分流的方法有二方面，一是选取阻值范围小的滑动变阻器，二是在

13、满足量程要求的前提下选取内阻较大的电压表。由于选用了阻值范围小的滑动变阻器，所以电路中电流较大，因而，还需要滑动变阻器的额定电流较大。综上所述，本实验中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。【例2】某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为9.999，科当标准电阻用） 一只电流表（量程=0.6A,内阻）和若干导线。请根据测定电动势E内电阻的要求，设计图4中器件的连接方式，画线

14、把它们连接起来。接通开关，逐次改变电阻箱的阻值,读处与对应的电流表的示数I,并作记录当电阻箱的阻值时，其对应的电流表的示数如图5所示。处理实验数据时。首先计算出每个电流值I 的倒数;再制作R-坐标图，如图6所示，图中已标注出了（）的几个与测量对应的坐标点，请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上。在图6上把描绘出的坐标点练成图线。根据图6描绘出的图线可得出这个电池的电动势E= V,内电阻 四、多用表的使用：欧姆表的改装：（1）主要部件：表头、可调电阻、电源、红黑表笔等。电路如图。（2）原理：由闭合电路欧姆定律得：， ，与不成正比，时，。（3）刻度盘的特点：零刻度线在最右端，从右向左读数

15、；刻度不均匀，前疏后密。中值电阻附近误差小。注：因欧姆表示数为零时：，中值时：，则。（4）使用方法：首先机械调零；再欧姆调零，即两表笔直接短接，调整，让指针指在欧姆表盘最右端零刻度处；连接被测电阻，读出刻度盘示数，其中为档位倍数。若指针偏右，需缩小倍数，选小的档位；若指针偏左，需放大倍数，选大的档位。每换一次档位，需重新调零。【例3】某同学利用多用电表测量二极管的反向电阻。完成下列测量步骤：（1）检查多用电表的机械零点。（2）将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将选择开关拔至电阻测量挡适当的量程处。（3）将红、黑表笔_，进行欧姆调零。（4）测反向电阻时，将_表笔接二极管正极，将_表笔接二极管负

16、极，读出电表示数。（5）为了得到准确的测量结果，应让电表指针尽量指向表盘_（填“左侧”、“右侧”或“中央”）；否则，在可能的条件下，应重新选择量程，并重复步骤（3）、（4）。（6）测量完成后，将选择开关拔向_位置。【典例解析】【例1】某同学为了较精确的测量一阻值约为20的电阻Rx的阻值.在以下备选器材中电流表应选_,电压表应选_,变阻器应选_.（只填写器材对应的字母代号）电源E（电动势3 V、内阻可忽略不计）电流表A1（量程50 mA，内阻约12）电流表 A2（量程3 A， 内阻约0.12 ）电压表V1（量程3 V，内阻约3 k）电压表V2（量程15 V，内阻约15 k）滑动变阻器R1（010

17、 ，允许最大电流2.0 A）滑动变阻器R2（01000 ，允许最大电流0.5 A）定值电阻R（30，允许最大电流1.0A）开关及导线若干请在方框中画出实验电路图（要求直接测量量的变化范围尽可能大一些，所选器材用对应符号标出）。若某次测量中，电压表读数为U，电流表读数为I，则计算待测电阻的阻值表达式为Rx_。.【例2】从下表中选取出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，画在下面的方框中，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并能测出多组数据。器材(代号)规格电流表（A1）量程10mA，内阻r1待测（约40）电流表（A2）量程500A，内阻r2=750电压表（V）量程10V，内阻r3=

18、10k电阻（R1）阻值约100，作保护电阻用滑动变阻器（R2） 总阻值约50电池（E）电动势1.5V，内阻很小电键（S）导线若干【例3】现有器材：量程为10.0mA、内阻约30-40的电流表一个，定值电阻R1=150，定值电阻R2=100，单刀单掷开关K，导线若干。要求利用这些器材测量一干电池（电动势约1.5V）的电动势。（1）按要求在实物图上连线。（2）用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表达式为E= ，式中各直接测得量的意义是： .【例4】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材：A待测干电池 B电流表G（03mA，内电阻r1=20）C电流表A（00.6A，内电阻r

19、2=0.20）D滑动变阻器甲（最大阻值10）E滑动变阻器乙（最大阻值100） F定值电阻R1=100G定值电阻R2=500 H定值电阻R3=1.5k开关、导线。由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。为了方便并能较准确测量，滑动变阻器应选 ，定值电阻应选用 。（填写定值电阻前的序号） 若某次测量中电流表G的示数为I1，电流表A的示数为I2；改变滑动变阻器的位置后，电流表G的示数为I1，电流表A的示数为I2。则可知此电源的内电阻测量值为r= ，电动势测量值为E= 。.【例5】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯

20、泡上的电流和电压）：（1）在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0-10）、电源、小灯泡、电键、导线若干.（2）在右图中画出小灯泡的U-I曲线.（3）某电池的电动势是1.5V，内阻是2.0.将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？ 【例6】在"测定金属的电阻率"的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测量金属丝的长度l=0. 810 m金属丝的电阻大约为4，先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率(1)从图中读出金属丝的直径为 mm. (2)在用伏安法测定金属丝的电阻时

21、，除被测电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：A直流电源：电动势约4.5 V，内阻很小；B.电流表A1：量程00.6 A，内阻0. 125; C电流表A2：量程03. 0 A，内阻0. 025;D电压表V：量程03 V，内阻3 k;E.滑动变阻器R1：最大阻值10；F.滑动变阻器R2：最大阻值50;G开关、导线等在可供选择的器材中，应该选用的电流表是 ，应该选用的滑动变阻器是 。(3)根据所选的器材，在如图所示的方框中画出实验电路图(4)若根据伏安法测出电阻丝的电阻为Rx=4. 1，则这种金属材料的电阻率为 ·m.（保留二位有效数字）【例7】在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备

22、有下列器材：A待测的干电池（电动势约为1.5V，内电阻小于1.0)B电流表G（满偏电流3mA，内阻Rg=10)C电流表A(00.6A，内阻0.1)D滑动变阻器R1(020,10 A) E.滑动变阻器R2(0200,l A)F定值电阻R0 (990) G开关和导线若干(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图所示中甲的（a)、(b)两个参考实验电路，其中合理的是 图所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选 （填写器材前的字母代号）(2)图乙为该同学根据（1)中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的I1I2图线（I1为电流表G的示

23、数，I2为电流表A的示数），则由图线可以得被测电池的电动势E= V，内阻r= 。实验：测定金属的电阻率【实验目的】1练习使用螺旋测微器；2学会用伏安法测电阻；3测定金属的电阻率。【实验原理】1原理：根据电阻定律公式，只要测量出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。2器材：螺旋测微器；毫米刻度尺；电池组；电流表；电压表；滑动变阻器；电键；被测金属导线；导线若干3步骤：（1）用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S（2）按图861所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实

24、验电路。 图861（3）用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。（4）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的值，记入记录表格内，断开电键S求出导线电阻R的平均值（5）将测得R、l、d的值，代人电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率（6）拆去实验线路整理好实验器材【注意事项】1本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电访必须采用电流表外接法2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

25、干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待洲金属导线的两端3测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度测量时应将导线拉直4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5在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度正的值不宜过大（电流表用006A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求R的平均值可用两种方法：第一种是用RUI算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图像（UI图线）的斜率来求出若采用图像法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑【