人教版高二物理选修3-1 第二章 恒定电流——专题：实验(无答案)

滑动变阻器的限流式和分压式接法
（一）滑动变阻器在电路中的两种接法：
1．通过改变变阻器电阻来改变电路中的电流，以控制电路中的电流——限流式；
如图1所示，当滑动头P从右端向左移动过程，滑动变阻器电阻逐渐减小，电路中的电流逐渐增大，变阻器起控制电路电流作用。

注意：实验开始时应使滑动变阻器连入电路的电阻最大。

2．通过变阻器改变电阻来改变用电器两端的电压，起调压器的作用——分压式。

如图2所示，电阻R与变阻器左边电阻并联,用电器与左边电阻的电压相等，改变P的位置改变用电器R两端电压，实现调制电压作用。

（二）两种电路选取：
1．两种电路的比较：
⑴分压电路的电流和电压调节范围都大于限流电路的调节范围。

⑵在电源滑动变阻器和用电器一定的条件下，限流电路消耗的电能小于分压电路消
耗的电能。

2．选择原则：
1）最简单方法：大“限”小“分”, 即只看滑动变阻器相对待测电阻阻值的大小.
2）注意：A:由于限流式电路能节约能源，一般情况下优先选择限流式接法
B:但在下列几种情况下，必须选择分压式连接方式：
①当滑动变阻器全电阻远小于被测电阻时，且实验要求电压（电流）的变化范围较大；
②明确要求某部分电路的电压从零开始变化；
例：测定小灯泡的伏安特性曲线。

③若采用限流接法，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流。

例：用伏安法测金属电阻R x（约为5Ω）的值，已知电流表内阻为1Ω，量程为0.6A，电压表内阻为几kΩ，量程为3V，电源电动势为9V，滑动变阻器的阻值为0～6Ω，额定电流为5A，试画出测量R x的原理图。

⑴限流式接法⑵分压式接法
3．几点说明：
⑴对实验器材和装置的选择，应遵循的几条主要原则：①安全性原则 ②准确性原则 ③方便性原则 ④经济性原则
⑵分压电路中，在通过变阻器实际电流小于变阻器额定电流（或电压）的条件下，尽量选用变阻器总阻值小的变阻器做分压电路使用。

例：在采用分压电路做实验，提供滑动变阻器有：滑动变阻器A ，阻值范围0～20Ω，额定电流2.0A ；滑动变阻器B ，阻值范围0～200Ω,额定电流1.0A ，根据其它实验仪器的规格和实验需要，若两个变阻器都满足电流要求，则以选滑动变阻器阻值较小的A 为好。

（因为调节方便）
描绘小灯泡的伏安特性曲线
（一）目的：
1.描绘小灯泡的伏安特性曲线；
2.学习如何设计实验电路以及如何确定实验器材的规格。

（二）原理：
根据部分电路欧姆定律R U I =
可得：R
U I 1=，即在I －U 坐标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。

（三）器材：
小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干。

（四）实验步骤
1、按原理图所示的电路图连接好实验电路。

2、把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最小的位置，电路经检查无误后，闭合开关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 ，记入表格内，断开开关S 。

4、在坐标系上建立一个直角坐标系，纵坐标表示电流，横坐标表示电压，用平滑曲线将各数据点连接起来，得到伏安特性曲线。

（五）注意事项：
1．因本实验要作出I U -图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此滑动变阻器要采用分压接法。

2．电键闭合前滑动变阻器的滑片要移动到图中的A 点。

练习：
1、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）：
I ( A ) 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U (V )
0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00
⑴在左下框中画出实验电路图，可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器（变化范围0—10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干。

⑵在右图中画出小灯泡的U –I 曲线。

2、用图实11-7甲所示的实验器材测定小灯泡的伏安特性曲线，要求加在小灯泡上的电压从零开始逐渐增大到额定电压。

(1)在方框中画出实验所用的电路图，并按电路图用导线把实物图连接起来。

(2)某同学根据所测几组数据画出图实11-7乙所示的图线，图线是一条曲线而不是直线，原因是___________________，小灯泡的工作电压为2.0V 时的功率约是____W 。

3．在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“6 V ，1.5 W ”的小灯泡、导
线和开关外，还有：
U (V) 1.6
1.2 0.8 0.4 I (A)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
图实11-7甲 图实11-7乙
A．直流电源6 V(内阻不计)
B．直流电流表0～3 A(内阻0.1 Ω以下)
C．直流电流表0～300 mA(内阻约为5 Ω)
D．直流电压表0～10 V(内阻约为15 kΩ)
E．滑动变阻器10 Ω，2 A
F．滑动变阻器1 kΩ，0.5 A
实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量．
(1)实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________(均用序号表示)．
(2)在方框内画出实验电路图．
(3)试将图实－6－14所示器材连成实验电路．
测量金属电阻的电阻率
螺旋测微器
一.特色：适用于测量硬度较高或不易产生形变的物体。

二.结构
螺旋测微器也称千分尺，它主要由主尺和螺旋尺组成，其各部分名称及主要用途是：①主尺：用于读取固定刻度所显示的最大毫米刻度数(包括0.5毫米); ②螺旋尺: 用于读取主尺上固定刻度的水平线对应的螺旋尺上可动刻度的刻度(包括估读); ③旋钮：用于紧固被测物；
④微调旋钮：用于可动尺的微调；⑤测微螺杆; ⑥小砧. 如图所示.
三.用法：使用螺旋测微器时，为使每次测量均在被测物上施以相同的压力，以减少形变误
差；也为了避免损坏精确的螺旋刻度起见，当顶针已将被测物轻轻夹住时，勿再旋转圆柱套筒，此时应旋转位于套筒后的微调钮，直到听到三响“滴答”声为止，读取数值。

原理：
1.螺旋测微器的精度：螺旋测微器是利用将直线距离转化为角位移的原理制成的. 主
尺上的固定刻度的最小分度值为0.5 mm，螺旋尺即可动刻度共有50个分度，当可动
刻度尺旋转一周时，它在主尺上前进或后退一个刻度0.5mm，则可动刻度每转过一个
分格时，可动小砧前进或后退0.01 mm，所以它测量的长度可达到精度为0.01 mm.
2.使用及读数方法：将待测物放在两小砧之间，然后用旋钮将被测物紧固，再用微旋
钮调整，直至发出“嗒嗒”声后读数. 先读固定尺读数，要读出整毫米刻度，要注
意有无半毫米刻度出现，再读出固定刻度上的水平线对应的可动刻度尺上的读数(要
有估读数据)，将此数乘以0.01后与固定刻度上的读数相加即得到最后读数.
3.读值计算练习：（圆柱上加上套筒上的读数）
圆柱上的读数（21 + D x ）mm 套筒上的读数 D x = 0.495 mm
读值：（21 + 0.495）= 21.495 mm.
4.螺旋测微器读出数据的位数：由于螺旋测微器也精确到0.01 mm，且可估读，所以如
果以毫米为单位，最后读数中小数点后面一定有三位数，不够三位的，要用零补齐.
游标卡尺
游标卡尺的读数部分由主尺（最小分度为1 mm）和游标尺两部分组成.按照游标的精度不同可分为三种：（1）10分游标，其精度为0.1 mm；（2）20分游标，其精度为0.05 mm；（3）50分游标，精度为0.02 mm.它们的共同特点（也是它们的测量原理）是：游标上的全部刻度之长比主尺上相应的刻度之长短1 mm.以20分游标为例，游标上20个分度全部之长为19 mm，比主尺上20个分度短1 mm，所以游标上每个分度比主尺短0.02 mm，当在两测脚间放一厚0.04 mm的物体时，则游标的第2条刻线将与主尺的刻线对齐，其余的刻线与主尺上的刻线都不对齐.
游标卡尺的读数方法是：以游标0刻度线为准在主尺上读出整毫米数，再看游标尺上哪一条刻度线与主尺上某刻度线（不用管是哪一条线）对齐，由游标上读出毫米以下的小数，则总的读数为：主尺上的整毫米数L1+游标上的毫米以下的小数L2.
下表所示即为上述三种游标尺的设计原理和读数方法
由于游标卡尺在读数时要分辨游标上的哪一条刻线与主尺上的刻线对的最齐，这里已包含了估读的因素，所以游标卡尺一般不再往下估读.不过用10分游标尺读数时，可在毫米的百分位上加一个“0”，表示该读数在毫米的10分位上是准确的，以区别于毫米刻度尺的读数.
［例］有一游标卡尺，主尺的最小分度是1 mm，游标上有20个小的等分刻度.用它测量一工件的长度，如图5-1-4所示.图示的读数是_____mm.
练习
1.下图是用螺旋测微器测量三根金属棒直径的示意图，从左到右三根金属棒的直径依次为：
mm、mm、mm。

2.下图所示，甲、乙游标卡尺的示数分别为甲图mm，乙图mm。

3.（1）已知不同的工具测量某物体的长度时，有下列不同的结果：
A．2.4cm B．2.37cm C．2.372cm D．2.3721cm
其中，用最小分度值为厘米的刻度尺测量的结果是________；用游标尺上有10个等分刻度的游标卡尺测量的结果是_________。

（2）一同学用一游标尺上标有20等分刻度的游标
卡尺测一物体的长度．测得的结果如图所示，则该物
体的长度L=________ m。

4．读出下图中游标卡尺和螺旋测微器的读数游标卡尺的
读数为_________mm.；螺旋测微器的读数为_________mm.
5、下图中50分度游标卡尺和螺旋测微器的读数分别为_______mm和_______mm。

0123456
01234567890
cm
0 5 10 25
30
电源电动势和内阻的测定
【知识整合】
1．实验目的：测电源的电动势和内阻。

2．实验原理：
（1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。

如图1所示：测出两组_______值，就能算出电动势和内阻。

原理公式：_____________
（2）用电流表、电阻箱测量。

如图2所示： 测出两组_______值，就能算出电动势和内阻。

原理公式：_____________
（3）用电压表、电阻箱测量。

如图3所示： 测出两组_______值，就能算出电动势和内阻。

原理公式：_____________
这几种方法均可测量，下面我们以图1所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。

3．实验器材：
电池（待测电源）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，坐标纸。

4．实验步骤： 5．注意事项：
（1）测一节干电池的E 和r,电流不能过大，一般小于0.5A 。

）安培表一般选0－0.6A 档，伏特表一般选0－3V 档。

（2）测量误差：E 、r 测量值均小于真实值。

（3）【重难点阐释】 利用图线处理数据
（1）图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流强度I 增大时，路端电压U 将随之减小，U 与I 成线性关系，U =E-Ir 。

也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。

（2）实验中至少得到5组以上实验数据，画在图上
拟合出一条直线。

要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。

图 1
图2 图3
说明：由于r 一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。

为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算r 时选取直线上相距较远的两点求得。

【典型例题】
例1：在测一节干电池（电动势约为1.5V ，内阻约为2Ω）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A 电压表量程为15V ，B 电压表量程为3V ，A 变阻器为（20Ω，3A ），B 变阻器为（500Ω，0.2A ）。

电压表应该选 （填A 或B ），这是因为 ___ 。

变阻器应该选 （填A 或B ），这是因为 ___ 。

例2：如图图中R 为已知电阻，R x 为待测电阻，K 1为单刀单掷开关，K 2为单刀双掷开关，V 为电压表（内阻极大），E 为电源（内阻不可忽略）。

现用图中电路测量电源电动势E 及电阻R x 。

（1）写出操作步骤：__________________________
____________________________ ____________________________
（2）由R 及测得的量，可得E = ， R x = 。

练习、在测定电源电动势和内阻的实验中某同学所用电路图如图（1）和测得的数据如下：
1 2 3 4 5 6 U /V 1.42 1.36 1.08 1.21 1.14 1.07 I/A
0.04
0.08
0.12
0.16
0.20
0.24 ⑴实验误差分系统误差和偶然误差两种。

该实验的系统误差主要是由________________________引起的。

用画U -I 图线求电动势和内阻的优点在于可以尽量减小实验的_______误差。

⑵在图（2）给出的U －I 坐标系中用给出的数据画出U －I 图线
（横、纵坐标的起点已经规定好），从图象中可以发现该同学记录的第____组数据有误。

⑶求得电动势E =____V ，内阻r =___Ω．（均保留2位有效数字）。

图（1）
0.20
1.00
U /V I /A
1.50
图（2）。