高中物理电学实验专题(教师)

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

2、）、在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，

3、横坐标所取的分度例应该适当，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、知识延伸电流表的解法：（1）内接法：如图所示，待测电阻的测量值R测：R测=U测I测=UA+URI测=UAIA+URIR=RA+Rx显然R测>Rx所以Rx=R测-RA当Rx>>RA时，RxR测，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R测：R测=U测I测=U测IV+IR=

4、RVRxRV+Rx 1显然有：R测<Rx所以Rx=RVR测RV-R测=R测1-R测RV当Rx<<RV时，RxRV系统的相对误差忽略，0，RxR测，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： 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

5、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（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

6、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：2；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 ，不同点： 。解析：图像中电流00.14A，电流表选A2；电源电压6V，但图像只要求电压在03V之间调整，为了测量准确电压表选V1；由于绘制图像的需要，要求电压从03V之间调整，所以滑动变阻器只能采用分压式接法，为了能很好调节电压，滑动变阻器应选用阻值较小的R1。该元件约几十，RVRRRA，电压表的分流作用可以忽略，所以采用电流表外接法

7、；实验数据的采集要求从零开始，所以滑动变阻器采用分压式接法。从图像的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点，突出都是“非线性”，图像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数。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，表头当 R比R大很多3、电压表的改装（1）原理：Ug=IgRg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：U=IgRg+IgRUU则：R=-Rg=-1Rg=-1Rg IRUIggggU 3因

8、为电压扩大表头量程的倍数：n=UUg所以R=(n-1)Rg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：Ig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IgRg=(I-Ig)R则：IgRgI-IgRgIIg-1R=因为电流扩大表头量程的倍数：n=IIg所以R=Rgn-1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

9、，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：

10、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源内电阻。等于干路电流的真实值，所以图中（a）、时，由于电流表示数小于干路电，电说明：外电路短路时，电流表的示数（即干路电流的测量值）（b）两图线交于短路电流处。当路端电压（即电压表示数）为流，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

11、变阻器靠近，即电压表直接测量电源的路端电压。 4（2）选用 V, W 5 解析：根据闭合电路欧姆定律，测量电源的电动势和内电阻，需要得到电源的路端电压和通过电源的电流，在本实验中没有电压表，但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表，测量电源的路端电压，通过电流表的电流也是通过电源的电流，所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。实物图的连接如答图4所示。由闭合电路欧姆定律有：E =I（R+r+rg），解得：R=E1I-(r+rg)，根据R-1/I图线可知：电源的电动势等于图线的斜率，内阻为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。 答案： 见答图4 见答图6 见答图6 1.5（1.461.54）；

12、0.3（0.250.35） 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：Ig=eRg+R0+r， Ix=eRg+R0+r+Rx，Rx与I不成正比，I=Ig时，Rx=0。（3）刻度盘的特点：零刻度线在最右端，从右向左读数；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：Ig=（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R0，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R，Rx=kR，其中k为档位倍数。若指针偏右，需缩小倍数，选k小的档位；若指针偏左，需

13、放大倍数，选k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”）；eRg+R0+r，中值时：Ig2=eRg+R0+r+Rx，则Rx=Rg+R0+r。 6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

14、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 ，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

15、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【解析】测量电阻的阻值一般利用伏安法，电压表显然应选量程为3 V 的V1；根据欧姆定律容易求得电路中的最大电流I=ERx=150mA，显然超过了电流表A1 50 mA的量程，但电流表 A2的量程又太大，故我们可以将定值电阻R（30）与待测电阻Rx相串联，此时电路中的最大电流I=ERx+R=60mA，利用电流表A1 测量电流即可。由于要求直接测量量的变化范围尽可能大一些，故只能采用分压电路，且滑动变阻器使用电阻较小的R1。最后我们确定电流表的解法：由于此时电路的临界电阻R0=

16、190WRx+R，则应该利用电流表的外接法。由此得到实验电路图如图所示，UI-R. 当电压表读数为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。 【解析】要测量电流表A1的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但根据本题所提供的仪器，我们可以首先肯定，在本实验中不可能用到电压表，因为电源的电动势只有1.5V，而电压表的量程为10V，最多不到满偏的1/6，用它来读数误差太大，因此该实验能用到的电表只可能用两块7电流表。两块电流

17、表有可能串联，也有可能并联，但题目中电流表A2的 ，式中各直接测得量的意义是： .【解析】根据提供的器材，可任取一个定值电阻与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，用欧姆定律建立方程组进行测量。但在本题中，电流表量程为10.0mA，干电池的电动势约为1.5V，如果把定值电阻R1与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，则回路中总电阻约为180W，回路中电流约为1.5V /180W=8.3mA，而如果把定值电阻R2与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，则回路中总电阻约为130W，回路中电流约为1.5V /130W=11.5mA，显然，该电流已超过电流表的量程。考虑到实验的可行性，此时用定值电阻R

18、2与R1串联即可，故有如下解答：（1）连图：左图只用R1接入电路；右图用R1和R2串联接入电路。(连线如图) （2）设I1是外电阻为R1时的电流，I2是外电阻为R1和R2串联时的电流，则有I1=ER1+RA+r ，I2=ER1+R2+RA+r 解之E=I1I2I1-I2R2.【例4】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和 B电流表G（03mA， 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。 8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

19、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 ，电动势测量值为E= 。【解析】 干电池的电动势和E=I1(R2+r1)+(I1+I2)r，E=I1(R2+r1)+(I+I)2r I1-I1I2I1-I1I2R2+r1)， E=解之，得r=(R2+r1). I+I-I-II1+I2-I1-I.5V3mA=500W，故定值电阻应【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

20、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， mm.(2)在用伏安法测定金属丝的电阻时，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； 9B.电流表A1：量程00.6 A， ，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）【解析】(1)从螺旋测微器主尺读出0.5 mm，再从游尺读出故金属丝的直径为0.522mm.( 2)电路中的最大电流I=

21、ERx2.2500.01mm，显然超过了电流表A1 0.6 A的量程，=0.75A，但电流表 A2的量程又太大，故电流表应该选用A1，由于滑动变阻器R1最大阻值为10，比被测电阻丝的电阻大，且容易调整，所以采用限流电路即可。 由于此时电路的临界电阻R0=(3）实验电路如图所示(4)利用电阻定律R=rlSRARV20W4W，故电流表采用外解法. RSl，则r=1.110m. -6【例7】在测定一节干电池的电动势和 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)

22、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， 。 【解析】本题中测定干电池的电动势和内电阻需要用电压表和电流表，由于题中只给了两个电流表，故可以通过改装来实现.因为定值电阻R0=990，则电流表G与之串联较好，所以合理的是b图所示的电路，滑动变阻应选D； 10根据全电路欧姆定律容易得到 E=I1(R0+Rg)+I2r，即I1=-ErR0+Rg

23、I2+ER0+Rg 由I1I2图线可以看出，图线与纵轴的交点为1.48mA，即R0+Rg=1.48mA，故电动势E=1.48V；又因为图线的斜率k=DI1DI2=1.48-1.250.3=0.77，即1000rR0+Rg=0.77，故r=0.77W. 【高考演练】1、一电流表的量程标定不准确，某同学利用图1所示电路测量该电流表的实际量程Im。所用器材有：量程不准的电流表A2A1， 端。 （3）开关S闭合后，调节滑动变阻器的滑动端，使电流表量程ImA1；满偏；若此时电流表A2的读数为I2，则A1的= 。A1（4）若测量时，未调到满偏，两电流表的示数如图A13所示，从图中读出数I2的示数I1= ，

24、ImA2的示= ；由读出的数据计算得= 。（保留3位有效数字）（5）写出一条提高测量准确度的建议： 。Im=I2(R1+r2)r1【答案】如图 阻值最大6.05mA【解析】在滑动变阻器的限流接法中在接通开关前需要将滑动触头滑动到阻值最大端闭合开关调节滑动变阻器使待测表满偏，流过的电流为Im。根据并联电路电压相等有Imr1=I2(r2+R1)得Im=I2(R1+r2)r1待测表未满偏有I1r1=I2(r2+R1)I1=I2(R1+r2)r1，将A2的示数0.66mA和其他已知条件代入有0.66(10+45)10=3.63=Ma 但图中A1的示数3.0mA量程为5.0mA，根据电流表的刻度是均匀的

25、，则准确量程为6.05mA 2、如图，一热敏电阻RT 放在控温容器M内：A为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大 11阻值为999.9；S为开关。已知RT 在95时阻值为150，在20时的阻值约为550。现要求在降温过程中测量在9520之间的多个温度下RT 的阻值。在图中画出连线，完成实验原理电路图，完成下列实验步骤中的填空，依照实验原理电路图连线，调节控温容器M _ 。 将RT 的温度降为T1 （20T195）；调节电阻箱，使得电流表的读数 ,记录 。 温度为T1 时热敏电阻的电阻值RT1 = 。 逐步降低T1 的数值，直至20为止；在

26、每一温度下重复步骤【答案】：（1）如图：（2）d、电阻箱的读数R0e仍为I0电阻箱的读数为R1 f、150W+R0-R1【解析】：（1）由于本实验只有一个可以用来测量或观察的电流表，所以应该用“替代法”的思维考虑用电流表观察保证电路的电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路。而且热敏电阻的95和20的阻值是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95，则电流表数不变时电阻箱与热敏电阻的串联电路电阻保持150加电阻箱的初值之和不变。如果热敏电阻的初始温度为20，则电流表示数不变时，电阻箱与热敏电阻的串联电路电阻保持550加电阻箱的初值之和不变，则可以测量任意温度下的电阻。（2）实验步骤为

27、：a、依照实验原理电路图连线 b、调节控温电容Md、闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数电阻箱的初值数为R1R0，并记录 e、将T1RT的温度降低为T1，调节电阻箱，使得电流表的读数仍为RT1=150W+R0-R1I0，记录电阻箱的读 f、温度为时，热敏电阻的电阻值 g、将RT的温度逐渐降低直到为止，在每一温度下重复步骤e-f3、用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻值随温度的变化是非线性的.某同学将RTRT，在给定温度范围内，其阻R1和两个适当的固定电阻RL、R2连成图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻的阻值随RT所处环境温度的变RL化近似为线性的，且具有合适的阻值范围.为了验证

28、这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下测量电路如图1所示，图中的电压表内阻很大.RL的阻值，的测量结果如表l所示. 回答下列问题(1)根据图1所示的电路，在图2所示的实物图上连线.(2)为了检验RL与t间近似为线性关系，在坐标纸上作RL-t关系图线(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图3、4所示.电流表的读数为_，电压表的读数为_.此时等效电阻RL的阻值为_：热敏电阻所处环境的温度约为_. 12【答案】：（1）如图所示（2）如图所示（3）115.0mA，5.00V，43.5，64.0【解析】：（1）根据电路图连接实物。（2）根据数据描出点，作出直线。I=23.030150=115

29、.0U=50.0606=5.00（3）R=UI=，5.00=43.5(W)，115.010-3，对照图温度为64.0。4、要测量电压表V1的和电流表A串联接入电压合适的测量电路中，测出V1 的电压和电流，再计算出RV。该方案实际上不可行，其最主要的原因是 .请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V1 电源（电动势6）电阻箱（0999.9W） 滑动变阻器（0500W）电位器（一种可变电阻，与滑动变阻器相当）（05.1kW） 电位器（051kW）该同学在开关断开情况下，检查电路连接无误后，将的阻值调至最大。后续的实验操作步骤依次是_，_，_，_，最后记录1的阻值并整理好器材。（请按合理的实验顺序，选填下列步骤前的字母）闭合 闭合