电学实验复习

2014届高考物理电学实验复习

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G_+一、对电表的认识（1）构造：永磁铁和放入永磁铁磁场的可转动线圈组成1、电流表的构造和工作原理(2)电路图：电流表的内阻:表头G的电阻Rg（大约几欧到几十欧）满偏电压:电流表G通过满偏电流时,加在它两端的电压Ug（大约零点几伏）满偏电流:电流表指针偏转到最大刻度时的电流Ig（约几十微安到几毫安）2、把灵敏电流计改为电压表电路图GIgRgUgURRVIgURV电压表的内阻：量程越大，内阻越大GIgRgIRRAUIRA3、把灵敏电流计改为电流表电路图电流表的内阻：量程越大，内阻越小4、电流表和电压表的读数方法（1）最小刻度是1的电表最小刻度:1（包括0.1、0.01）读数：估读到最小刻度的下一位即下一位按十分之一估读方法：用目测把每一小格等分成十份看指针所在的位置012V3①0.39V②1.33V③2.00V930（2）最小刻度是2的电表最小刻度：2（包括0.2、0.02）读数：估读到最小刻度的同位即同一位按二分之一估读方法：用目测在每一小格中间认定一条“中间线”，看指针所在的位置技巧：靠边读边，靠中间读一半00.20.4A0.6①0.08A②0.27A③0.40A870（3）最小刻度是5的电表最小刻度：5（包括0.5、0.05）读数：估读到最小刻度的同一位即同一位按五分之一估读方法：用目测把每一小格等分成五份看指针所在的位置0510V15①1.9V②6.7V③10.0V970R0R①、限流电路负载电阻两端的电压变化范围为：R0R通常适用于R与R0相当或更小时，此电路滑动变阻器消耗的功率较少。内阻不计，电动势为ε二、滑动变阻器的两种接法优点：电路简单，省电不足：电压不能从零开始②、分压式电路负载电阻两端的电压变化范围为：常适用于R比R0大得多时，此电路滑动变阻器消耗的功率较多。电压变化范围较大。R0R内阻不计，电动势为εVA优点：电压能从零开始不足：电路复杂，费电负载RX的电压调节范围

可见滑动变阻器的总阻值R越大，电阻RX两端电压的变化范围越大。变阻器总阻值R

是Rx

的2--5倍时，限流接法对电流、电压控制作用显著，这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.①限流电路在合上开关以前，一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大．RXPabERr=0

如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调，也没有要求多测几组数据，而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大，并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作，这时应从节省电能（）和电路简单考虑，选用限流电路。②分压电路RXPabERr=0负载RX的电压调节范围

在合上开关以前，一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端．以使负载上的电压和电流最小．（均为零）

滑动变阻器的总阻值R越小，越便于调节用电器两端电压．一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在0.1—0.5倍之间为好。

要求测量结果尽量准确，需要多测几组数据；要求待测电阻两端电压变化范围较大；或要求从零开始连读可调，应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多，为了能使待测电阻两端电压有较大变化，应选分压电路。如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程，应选分压电路比较项目限流式接法分压式接法电路电压调节的范围电流调节的范围电能损耗电路连接3、控制电路（滑动变阻器的接法）的选择：

EIR电源负担轻

E（IR+Iap）电源负担重简便复杂（1）电路应采用电流表外接法（为什么？）（2）滑线变阻器应采用分压式接法。1、描绘小电珠的伏安特性曲线三、几个基本实验2、测定金属电阻率实验原理：即：（2）电阻R的测量（关键）（1）直径的测量（螺旋测微器的使用）旋螺旋螺每旋动一周就带动测微螺杆前进或后退0.5mm千分尺读数方法11.0mm0.492mm11.492mm估读到mm后千分位千分尺用电压表测电压用电流表测电流外接法？内接法？为减小误差，多测几组数据，求平均值滑动变阻器限流式？分压式？AVAV1.原理URI伏安法测电阻“同一性”由于电流表分压引起的。误差产生的原因:若

>>时，采用电流表内接法

由于电压表分流引起的。误差产生的原因：内接法RXVA··RXAV··外接法若RX<<RV时，采用电流表外接法。2.电路2.电路限流内接RXAV··限流外接

RXAV分压内接分压外接RXAVRXVARX＜＜RVRX＞＞RA3、试触法：由两表示数相对变化看误差由谁确定1、口诀：大内偏大小外偏小2、看与比值，谁大就按谁确定试触法b.选择方法：将电压表分别接a、b两点结论：两次接触，那个表示数变化明显,Rx就与那个表“近接”a.条件：未给出RX的估计阻值RXVA··Pab

如果电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，不满足RX<<RV,不适应用电流表的外接法．应用电流表的内接法．

安培表和伏特表示数变化显著（明显）的标志是它们的示数的变化量（绝对误差）占原来值的百分比大．（相对误差）

从另一个角度来看，电压表的示数没有显著变化，说明电流表的分压作用很弱，满足RX>>RA,应选用内接法．P应接在b处。3.仪器的选择（1）安全性原则

要保证所用仪器的安全，电源最大允许通过的电流、电压表和电流表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电源、电表和用电器时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。（2）精确性原则

尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），电表达不到满偏的1/3是不允许的。（3）操作性原则：

如滑动变阻器的选择，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．（4）选择的一般步骤

①根据实验要求设计合理的实验电路；②找出唯一性的器材；③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；④根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器.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1Ω，伏特表的量程为3V，内阻为5KΩ;电源的电动势为6V，变阻器的阻值为0—20Ω。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：+-RXAV··++例2：有一个电阻Rx，其阻值大约是25kΩ，可供选择的器材是：电流表A1(0----100μA,2kΩ)电流表A2(0----500μA,300Ω)电压表V1(0----10V,100kΩ）电压表V2(0----50V,500KΩ）直流稳压电源E（15V，1A）滑动变阻器R(1kΩ,1W)电键K和若干根导线．试选择适当的器材，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。解：（1）电压表、电流表的选择由于滑动变阻器的电阻明显小于待测电阻，因此滑动变阻器必须用分压器接法。若电压表选V2（50V），因为电源电压15V不足其量程的1/3，所以电压表应选V1（10V）。由于用分压器接法时，电阻RX

中的最大电流为Imax=10V/25KΩ=0.4mA=400μA所以电流表选A2（500μA）+－（2）电流表内接法和外接法的选择实验电路图E=15V25KΩ1KΩ

RXA2V1因为RX=25KΩ＞＞RA=300Ω，所以采用电流表内接法例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100Ω）(2)直流毫安表（量程0～10mA，内阻50Ω）(3)直流电压表（量程0～3V，内阻5kΩ）(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0～15Ω，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．

RXAV因毫安表内阻与待测电阻相近，必须“外接”．因为变阻器电阻很小，电源和滑动变阻器连接成分压电路，+－A1

例4．某电压表的内阻在20～50kΩ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:待测电压表V(量程3V)电流表A1(量程200μA)电流表A2(量程5mA)电流表A3(量程0.6A)滑动变阻器R(最大阻1KΩ)电源ε(电动势4V)电键K.(1)所提供的电流表中,应选用_______(填写字母代号).(2)为了尽量减小误差,要求测多组数据.试在方框中画出符合要求的实验电路图．VA1．．解析：由于滑动变阻器用分压接法时，伏特表两端电压变化范围较大，可以多测几组数据，故滑动变阻器用分压接法．由于电压表中通过的最大电流为Imax=3V/20KΩ=150μA，因此电流表应选用A1．A2A1．．．．．A2A1Rx．．．．．伏安法测电阻之发散思维2．“安安法”电流表的创新使用－－测电压．条件：已知电流表A2的内阻,将A2看成一个电压表使用．1．“伏安法”测电压表的内阻VA．．．电压表（电流表）是一个能读出其两端电压（通过其电流）的电阻．没有系统误差没有系统误差此电路能否测量出电流表的内阻？根据并联分流进行测量没有系统误差V1v2．．．RxV2v1．．．．．3．“伏伏法”电压表的创新使用－－测电流．条件：已知电压表V2的内阻,将V2看成一个电流表使用．没有系统误差存在系统误差RxV2v1．．．．．R0V2v1．．．．．能否消除？根据串联分压进行测量没有系统误差没有系统误差

【备考提示】在很多情况下，电压表和电流表（已知内阻）的功用可以互换。有时利用一块电表配合定值电阻也可以完成功能的互换。实际上就是部分电路欧姆定律的变形运用。在处理时，一定要明确原理，灵活运用。4、替代法测量电阻RxRA5、比较法测量电阻I1ARRxI2R=I1Rx

Rx=I2R/I1（不计电源内阻）6、电桥法测电阻GRxR0R当G表为0

时Rx:R=R左:R右=L左:L右ARRxI2（1）半偏法测量电流表的内阻原理：半偏法测电流表内阻的原理是欧姆定律和并联电路的电流分配关系，因电流表可以读出自身的电流，故在其电流减半时，必有另一支路分掉另一半的电流，在总电流近似不变的条件下，该支路的电阻（电阻箱读出）等于电流表的电阻．7、半偏法步骤：1.先闭合S1

，调节滑动变阻器R1使电流表指针满偏.2.再闭合S2，保持滑动变阻器的电阻R1不变，调节电阻箱R2使电流表指针半偏，记下R2的值.3.若R1＞100R2

，有Rg=R2电路：（2）.半偏法测电压表的内阻原理：半偏法测电压表内阻的原理是欧姆定律和串联电路的电压分配关系，因电压表可以读出自身的电压，故在其电压减半时，必有电阻箱分掉另一半的电压，在总电压近似不变的条件下，该电阻箱的电阻（读出）等于电压表的电阻．1.把电阻箱R2的阻值调到0，把滑动变阻器R1的触头P滑到左端．2.闭合开关S，调节R1使电压表指针满偏.3.保持滑动变阻器触头位置不变，调节电阻箱R2使电压表指针半偏，记下R2的值.4.若R<<RV

，有RV=R2电路：步骤：VRabSR0P．．．R1R2Pa间的总电压基本不变并联分流干路中的电流基本不变串联分压误差分析并联分流满偏时Pa之间电阻半偏时Pa之间电阻串联分压S1S2R1R2．．．．．．GVRabSR0P．．．R1R2例5．为了测量电流表A1的内阻，采用图示的电路，其中电流表A1的量程是0—300μA、内阻约为100Ω（待测）；A2是标准电流表，量程0--200μA；R1为电阻箱，阻值范围0—999.9Ω；ε为电池，电动势3V、内阻不计；S1为开关，S2为单刀双掷开关。按电路图接好电路后，将可变电阻器R2和电阻箱R1适当调节后，将单刀双掷开关S2扳到接点1处，接通开关S1，调节可变电阻R2，使两电表的读数都是150μA；然后将开关S2扳到接点2，调节电阻箱R1使标准电流表的读数仍是150μA，若此时电阻箱各旋钮位置如图，则：（1）电流表A1的内阻Rg=_________Ω.

（2）为了保证两电流表的安全使用，限流电阻R3的阻值应选A.100Ω

B.150Ω

C.10KΩ

D.15KΩ（）

（3）可变电阻器R2应选：

A.2KΩ

B.5KΩ

C.200Ω

D.500Ω（）解⑴替代法测电阻——⑵当R2=0时,要保证两个电流表都不超过量程R3=E/Imin=3/0.2mA=15kΩ选D⑶R2+R3=E/I

=3/0.15mA=20kΩ

R2=5kΩ选BRg=92.8Ω例6、用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900～1000Ω）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1＝750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2＝2500Ω；滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；单刀单掷开关K，导线若干。（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。（2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。（3）若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx＝_________________。-+V1V2-+V1V2解1：只有两个电压表,只能用比较法,电路图如图示:v2v1Rx测出两个电压表的示数U1、U2，R并/r2=U1/U2解2:也可将V1、

V2都看作电流表,由并联电路特点得:I2=I1+Ix即U2/

r2=U1/

r1+U1/

Rx

∴Rx=U1r1r2／(U2r1-U1r2)注意:要求电压表的读数不小于其量程的1/3，只能用分压器接法,V2的量程大于V1,V2应在干路中.题目上页解3：仍用比较法，电路图如图示：测出两个电压表的示数U1、U2，v2v1Rx解4：将V1、

V2分别看作电流表和电压表,由伏安法得r1+Rx=U2/I1=r1U2/U1

∴Rx=(U2-U1)r1/U1注意:要求电压表的读数不小于其量程的1/3，只能用分压器接法,V2的量程大于V1,V1应在与Rx串联.题目上页例7：电桥法测电阻。利用给出的电路图和器材（G为灵敏电流表，R0为阻值均匀的电阻丝，R为已知阻值的定值电阻，Rx为被测电阻）。要求利用这些器材测未知电阻Rx。⑴实验中还需要什么测量仪器？⑵将实物连成电路图。⑶写出测量Rx的实验步骤，并写出利用测量数据表示Rx的表达式。

L1

L2RXRR0P解：⑴还需要米尺（测量左右两部分电阻丝的长度L1、L2）。⑶按图接好电路后，移动滑动触头P，使电流表指针指在中央零刻度处。用刻度尺测量P点两边电阻丝的长度L1、L2；由RX∶R=L1∶L2

GRxR0R上述操作步骤中，必要的操作步骤按合理顺序排列应为＿＿＿＿＿＿＿。若在步骤Ｄ中，读出R0的值为2400Ω，则电压表的内阻RV=＿＿＿Ω。用这种方法测出的内阻RV与其真实值相比偏＿＿。E.调节滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为3.0V例8．为了测量一个量程为3.0V的电压表的内阻，可以采用图所示的电路，在测量时，可供选择的步骤如下：

A.闭合开关SB.将电阻箱R0的阻值调到最大F.断开开关SC.将电阻箱R0的阻值调到零H.将滑动变阻器的滑动触头调到a端G.将滑动变阻器的滑动触头调到b端

D.调节电阻箱R0的阻值，使电压表示数为1.5V，读出此时电阻箱R0的阻值，ＨＡＣＥＤＦ2400大VRabSR0P

E=U1+I1r

E=U2+I2r3、测定电源的电动势和内阻（1）电压表+电流表电路图原理：误差分析：没有合适的电流表，可采用电压表和定值电阻（或内阻已知的电压表）代替电流表；没有合适的电压表，可采用电流表和定值电阻（或内阻已知的电流表）代替电压表。vARAAA

VV

R伏安法测E、r实验中测量值和真实值的比较1：安培表内接在并联电路之内的电路:作

U=E-Ir

图线如图实线示：式中的U是路端电压,I

应是通过电源的电流，I实=IA

+IV=(IA+U/RV)可见U越大，差值(I实-IA)就越大，

U=0时，差值(I实-IA)也为0，实际的U-I图线如图虚线示：斜率增大∴E测<E真r测<r真该电路适用于电源内阻很小的情况.UIE测UIAE真I实VAR若将电流表的内阻并入电池中，则U路和I的测量值就都准确了,E的测量值就准确了,测出的内阻是电源内阻r和电流表的内阻之和。U路=E-I(RA+r)=E-I

r'伏安法测E、r实验中测量值和真实值的比较2：安培表外接在并联电路之外的电路:作

U=E-Ir

图线如图实线示：IEIUVU式中的

I是通过电源的电流，U应是路端电压,U路=UA+UV=(I

RA+UV)可见I越大，差值I

RA就越大，I=0时差值为0实际的U-I图线如图虚线示：U路E真∴E测

=E真r测

>r真该电路适用于电源内阻很大的情况.AAA

VV

R（2）电流表+电阻箱电路图原理：AR数据处理：作出关于电流与电阻的线性关系图像（图像），利用图像斜率与截距的物理意义得出电源的电动势和内阻。误差分析：电动势无误差，但内阻偏大！（3）电压表+电阻箱电路图原理：数据处理：作出关于电压与电阻的线性关系图像（图像），利用图像斜率与截距的物理意义得出电源的电动势和内阻。误差分析：电动势、内阻均偏小！vR例10、王红同学到实验室做“测定电源电动势和内阻”的实验时，发现实验桌上还有一个定值电阻R0。他设计了如图所示的电路来测量R0的阻值，实验时用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数，并将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时，记录了U1、U2、I的一系列值。（1）他在同一坐标纸上分别作出U1－I、U2－I图线，则所作的直线斜率较大的是

.

U2－IAV1R0RESrPV2（2）定值电阻R0的计算表达式是：R0=_____(用测得的物理量表示)，若实验中的所有操作和数据处理无错误，实验中测得R0值_____填“大于”、“等于”或“小于”）实际值。（3）张超同学说：“在王红同学所用的实验器材中，如果知道电流表的内阻rA，就能少用一个电压表测出电动势、内阻以及R0的值。请你在虚线框中画出张超同学设想的电路图，并写出简单实验步骤和E、r、R0三个物理量的计算式。大于（3）解：电路图如图示：AVR0RESrrAP实验步骤：①按电路图连接好电路；②闭合开关S，移动滑片P使滑动变阻器短路，测得两电表读数为U1、I1；③移动滑片P使滑动变阻器不短路，测得两电表读数为U2、I2；④整理器材，数据处理。由闭合电路欧姆定律E=U1+I1r,

E=U2+I2r由部分电路欧姆定律U1=I1(R0+rA),解得计算公式为：（一）表面结构4、多用电表的使用１．表盘分清三条刻度线所测量的物理量最下面的一条刻度线分布不均匀（开始阶段较密集），是用来测交流电压2.5V的．最上面的刻度线右端标有“0”，从右向左，刻度线依次变密，是用来测电阻的；中间的刻度线共50个小格，分布均匀，是用于测电流和直流电压的；2．选择开关多用电表的下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域和量程．将多用电表的选择开关转到电流（压）档，多用电表相当于一个电流（压）表，其使用方法和读数与电流（压）表相同．当选择开关旋转到电阻档，就可以测电阻了．电流（压）档上标示为量程，欧姆档上标示为倍率．（二）测量电路R1．．G．．．R21mA1