第四单元 电学实验设计.

1、 7 一、基本仪器的使用一、基本仪器的使用1.游标卡尺游标卡尺2.螺旋测微计螺旋测微计3.电流表电流表 4.电压表电压表5.万用表万用表6.滑动变阻器滑动变阻器7.变阻箱变阻箱图10-1用用10 挡测挡测量电阻，则读量电阻，则读数为数为_ .用直流用直流10 mA挡测量电流，挡测量电流，则读数为则读数为_ mA.(用直流用直流5 V挡测挡测量电压，则读量电压，则读数为数为_ V.60 7.2 3.59 滑动变阻器滑动变阻器 滑动变阻器是一个可以连续改变电阻值的滑动变阻器是一个可以连续改变电阻值的可变电阻，在电路中能起到调节电流的大小及可变电阻，在电路中能起到调节电流的大小及两点间电压高低的作用

2、。两点间电压高低的作用。 电阻箱电阻箱 与滑动变阻与滑动变阻器一样提供可变器一样提供可变电阻，但电阻箱电阻，但电阻箱的电阻可以直接的电阻可以直接读出，电阻的变读出，电阻的变化是不连续的。化是不连续的。控制电路控制电路测量电路测量电路: :SAVERLab二、对电路的认识二、对电路的认识三、滑动变阻器的两种接法三、滑动变阻器的两种接法R0R1 1、限流接法：、限流接法：R R的电压范围：的电压范围： 优点：电路简单，连接方便，耗电少。优点：电路简单，连接方便，耗电少。 缺点：电压不能从零开始，可调范围小。缺点：电压不能从零开始，可调范围小。 使用使用条件：条件： (1)(1)变阻器的阻值变阻器的

3、阻值R R0 0与与R R差不多或比差不多或比R R大大0REERR(2)(2)变阻器的额定电流变阻器的额定电流mEIRR0R2 2、分压接法：、分压接法：R R的电压范围：的电压范围： 优点：电压可以从零起调节，可调范围大。优点：电压可以从零起调节，可调范围大。 缺点：电路结构复杂，连接麻烦，耗电多。缺点：电路结构复杂，连接麻烦，耗电多。 使用条件：使用条件： 变阻器的阻值变阻器的阻值R R0 0远小于远小于R R 0E3 3，方法选择：，方法选择：（1 1）一般能用限流就用限流接法，以下）一般能用限流就用限流接法，以下三种用分压接法；三种用分压接法；（2 2）用限流不能保证实验仪器的安全，

4、如）用限流不能保证实验仪器的安全，如电路中的最小电流都超过电流表的量程；电路中的最小电流都超过电流表的量程；（3 3）变阻器的总阻值远小于待测电阻；）变阻器的总阻值远小于待测电阻；（4 4）实验要求电压从零开始连续变化的。）实验要求电压从零开始连续变化的。四、伏安法测电阻四、伏安法测电阻口诀：内字中间有个大，口诀：内字中间有个大， 大内偏大，小外偏小大内偏大，小外偏小 与相比较与相比较 与与当当 即时，宜采用电流表外接法；即时，宜采用电流表外接法；当当 即时，宜采用电流表内接法；即时，宜采用电流表内接法；RRVARRAVRRRRAVRRRR 【例】【例】有一未知电阻有一未知电阻Rx，为较准确测

5、出，为较准确测出其阻值，先后用如下图所示其阻值，先后用如下图所示(a)、(b)两两种电路进行测试，利用种电路进行测试，利用(a)测得数据为测得数据为“2.7 V、5.0 mA”，利用，利用(b)测得数据测得数据为为“2.8 V、4.0 mA”，那么，该电阻测，那么，该电阻测得值较准确的数值及比真实值偏大或偏得值较准确的数值及比真实值偏大或偏小的情况是小的情况是() A560 ，偏大，偏大 B560 ，偏小，偏小 C700 ，偏小，偏小 D700 ，偏大，偏大kRabRXAVkRabAVRXkRabAVRXkRabAVRX甲甲限流内接乙乙限流外接分压内接分压外接丙丙丁丁+_分压外接分压外接 分压

6、内接分压内接限流外接限流外接限流内接限流内接 安全原则：安全原则：不超过各仪表、元件允许的最大电流。不超过各仪表、元件允许的最大电流。 准确原则：准确原则：减少偶然和系统误差。减少偶然和系统误差。a a、各电表示数不少于量程的、各电表示数不少于量程的1/31/3b b、测多组数据，要求电表示数在大范围内可调、测多组数据，要求电表示数在大范围内可调c c、选内阻较大的电压表、内阻较小的电流表、选内阻较大的电压表、内阻较小的电流表 能耗少的原则：能耗少的原则：变阻器通常选限流接法，选其阻值变阻器通常选限流接法，选其阻值与其他电阻的阻值与其他电阻的阻值, ,比较接近的。变阻器分压接法时，比较接近的。

7、变阻器分压接法时，选阻值较小而选阻值较小而额定电流较大的额定电流较大的(4)(4)方便原则：方便原则：调节平稳。调节平稳。五、器材的选取与电路的选取五、器材的选取与电路的选取 电源的选择：选择直流电源，应根电源的选择：选择直流电源，应根据用电器的需要来确定，一般考虑用据用电器的需要来确定，一般考虑用电器所需的电压、电路中的电流、电电器所需的电压、电路中的电流、电源电动势和允许电流等源电动势和允许电流等.在不超过待测在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下，器材所允许的最大电压值的情况下，选择电动势较大的电源（以获得更多选择电动势较大的电源（以获得更多的测量数据）。在相同电动势情况下，的测量数

8、据）。在相同电动势情况下，通常选择内电阻较小的电源（以获得通常选择内电阻较小的电源（以获得较稳定的路端电压）较稳定的路端电压）,测电源内阻除外。测电源内阻除外。 选择器材的一般思路是：首先确定实验条选择器材的一般思路是：首先确定实验条件，然后按电源件，然后按电源电压表电压表电流表电流表变阻器顺变阻器顺序依次选择。根据不使电表受损和尽量减少误序依次选择。根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表差的原则选择电表.首先保证流过电流表的电流首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一后合理选择量程，

9、务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的左右），以减少测读误差般取满偏度的左右），以减少测读误差.根据电根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用用.应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。选择。

10、 电表的选择：在不超过电表量程的条件电表的选择：在不超过电表量程的条件下，选择量程较小的电表（以便测量时示数下，选择量程较小的电表（以便测量时示数能在满刻度的能在满刻度的2/3左右）。左右）。 滑动变阻器的选择滑动变阻器的选择:要由电路中所要求或要由电路中所要求或可能出现的电流、电压的范围来选定变阻器，可能出现的电流、电压的范围来选定变阻器，实际流过变阻器的电流不得超过其额定值；实际流过变阻器的电流不得超过其额定值；如要通过变阻器的电阻改变来读取不同的电如要通过变阻器的电阻改变来读取不同的电流、电压值时，要注意避免变阻器滑片稍有流、电压值时，要注意避免变阻器滑片稍有移动电流或电压就会有很大变化

11、的出现，也移动电流或电压就会有很大变化的出现，也要避免出现滑片从一头滑到另一头，电流或要避免出现滑片从一头滑到另一头，电流或电压几乎没有变化的情况电压几乎没有变化的情况.1.不考虑安全性；不考虑安全性；2.计算系统误差，计算系统误差，由由 和和 的大小的大小决定电流表内、外接法决定电流表内、外接法; 3.估算电流、电压最大值，按读数误差估算电流、电压最大值，按读数误差小原则选电流表和电压表。小原则选电流表和电压表。4.分压式电路优先（除非分压式电路优先（除非R变变RX），），选择阻值较小的变阻器。选择阻值较小的变阻器。RRVARR伏安法测电阻伏安法测电阻中电流表、电中电流表、电压表、滑动变阻器

12、的选择压表、滑动变阻器的选择【例】【例】在在“测定金属丝电阻率测定金属丝电阻率”实验中，若实验中，若金属丝的电阻金属丝的电阻R约为约为3，为减少误差，要求金，为减少误差，要求金属丝发热功率属丝发热功率P075W。备有的部分器材有：。备有的部分器材有：A6V电池组电池组B电流表（电流表（00.6A，内阻，内阻0.5）C电流表（电流表（03A，内阻，内阻0.01）D电压表（电压表（03V，内阻，内阻1K）E. 电压表（电压表（015V，内阻，内阻5K）F滑动变阻器（滑动变阻器（0100，额定电流，额定电流1A）G. 滑动变阻器（滑动变阻器（020，额定电流，额定电流1A）（1)上述器材中应选用的是

13、（用字母表示）。上述器材中应选用的是（用字母表示）。（2）画出实验电路图。）画出实验电路图。六、电阻测量的方法归类六、电阻测量的方法归类 1、欧姆表测量：、欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。可以测量白炽灯泡的冷电阻。 2、替代法：、替代法：替代法的测量思路是等效的思替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。替代法测量电阻精度高，不需电压等效

14、。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。 替代法是用与被测量的某一物理性质等效，替代法是用与被测量的某一物理性质等效，从而加以替代的方法从而加以替代的方法 如图先把双刀双掷开关如图先把双刀双掷开关S2扳到扳到1，闭合，闭合S1，调整滑动变阻器，使电流表指针指到某一调整滑动变阻器，使电流表指针指到某一位置，记下此时的示数位置，记下此时的示数I（最好为一整数）。（最好为一整数）。再把开关再把开关S2扳到扳到2，调整电阻箱，调整电阻箱R0，使得电，使得电流表指针仍指到示

15、数流表指针仍指到示数I。读出此时电阻箱的。读出此时电阻箱的阻值阻值r，则未知电阻，则未知电阻Rx的阻值等于的阻值等于r。 3、伏安法：、伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表时，可以用标准电流表，当只有一个电表时，可以用标准电阻（电阻箱或给一个定值电阻）代替；当阻（电阻箱或给一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律电表的内阻已知时，根据欧姆定律I=U/RV，电压表同时可以当电流表使用，同样根据电压表

16、同时可以当电流表使用，同样根据U=IRA，电流表也可以当电压表用。，电流表也可以当电压表用。 4、比例法：、比例法：如果有可以作为标准的已知电如果有可以作为标准的已知电阻的电表，可以采用比例法测电表的电阻。阻的电表，可以采用比例法测电表的电阻。用比例法测电表内阻时，两个电流表一般用比例法测电表内阻时，两个电流表一般是并联（据并联分流原理），两个电压表是并联（据并联分流原理），两个电压表一般是串联（据串联分压原理）。一般是串联（据串联分压原理）。 所谓所谓“比例法比例法”是：要测量某一物体的某是：要测量某一物体的某一物理量，可以把它与已知准确数值的标一物理量，可以把它与已知准确数值的标准物体进行

17、比较。例如，使用天平称量物准物体进行比较。例如，使用天平称量物体的质量，就是把被测物体与砝码进行比体的质量，就是把被测物体与砝码进行比较，砝码就是质量数准确的标准物体。天较，砝码就是质量数准确的标准物体。天平的结构是等臂杠杆，因此当天平平衡时，平的结构是等臂杠杆，因此当天平平衡时，被测物体的质量与标准物体的质量是相等被测物体的质量与标准物体的质量是相等的，这就省去了进一步的计算。的，这就省去了进一步的计算。 测电流表内阻时，应调节滑动变阻器测电流表内阻时，应调节滑动变阻器R01，使两电，使两电流表的指针都有较大偏转，记录下两电表的示数流表的指针都有较大偏转，记录下两电表的示数I1和和I2，根据

18、并联电路分流原理，若已知电流表，根据并联电路分流原理，若已知电流表A1的的内阻为内阻为r1，则电流表，则电流表A2的内阻的内阻r2=。 测电压表内阻时，应调节滑动变阻器测电压表内阻时，应调节滑动变阻器R02，使两电，使两电压表的指针都有较大偏转，记录下两电表的示数压表的指针都有较大偏转，记录下两电表的示数U1和和U2，根据串联电路分压原理，若已知电压表，根据串联电路分压原理，若已知电压表V1的的内阻内阻r1，则电流表，则电流表V2的内阻的内阻r2=。 5、半偏法：、半偏法：半偏法是上面比例法的一个特半偏法是上面比例法的一个特例，测电流表内阻和测电压表内阻都可以例，测电流表内阻和测电压表内阻都可以用半用半偏偏法法 甲图实验时先断开开关甲图实验时先断开开关S，闭合，闭合S，调整滑，调整滑动变阻器动变阻器R01（限流法连接），使电流表（限流法连接），使电流表A满度（即指针指满刻度处）；再闭合满度（即指针指满刻度处）；再闭合S，调整电阻箱调整电