电学实验 1.伏安法测电阻 2.伏安特性曲线

一、伏安法测电阻 二、伏安特性曲线

1．[实验器材的创新]有一根细长且均匀的空心金属管线，长约30 cm ，电阻约为5 Ω，已知这种金属的电阻率为ρ，现在要尽可能精确测定它的内径d .

(1)用螺旋测微器测量金属管线外径D 时刻度的位置如图25a 所示，从图中读出外径为________ mm ，应用________(选填“厘米刻度尺”或“毫米刻度尺”)测金属管线的长度L ；

图25

(2)测量金属管线的电阻R ，为此取来两节新的干电池、开关和若干导线及下列器材： A ．电压表0～3 V ，内阻约10 kΩ B ．电压表0～15 V ，内阻约50 kΩ C ．电流表0～0.6 A ，内阻约0.05 Ω D ．电流表0～3 A ，内阻约0.01 Ω E ．滑动变阻器，0～10 Ω F ．滑动变阻器，0～100 Ω

要求较准确地测出其阻值，电压表应选____________，电流表应选__________，滑动变阻器应选__________；(填序号)

(3)实验中他的实物接线如图b 所示，请指出接线中的两处明显错误．

错误1：___________________________________________________________________ 错误2：___________________________________________________________________ (4)用已知的物理常数和应直接测量的物理量(均用符号表示)，推导出计算金属管线内径的表达式d ＝______________；

(5)在实验中，下列说法正确的是________． A ．为使电流表读数明显，应使电流尽可能大些

B ．为操作方便，中间过程可保持开关S 一直处于闭合状态

C ．千分尺的精确度是千分之一毫米

D ．用千分尺测量直径时必须估读一位

答案 (1)5.200 毫米刻度尺 (2)A C E (3)导线连接在滑动变阻器的滑片上 采用了电流表内接法 (4)

D 2－4ρIL

πU

(5)D

解析 (1)螺旋测微器的读数为： D ＝5 mm ＋20.0×0.01 mm ＝5.200 mm ；

测量30 cm 金属管长度时应用毫米刻度尺来测量．

(2)由于两节干电池的电动势为3 V ，所以电压表应选A ；由于通过金属管的最大电流为I m ＝U R x ＝3

5

A ＝0.6 A ，所以电流表应选C.为了较准确地测出其阻值，滑动变阻器应选E. (3)由于待测金属管阻值远小于电压表内阻，所以电流表应用外接法，连线图中的两处明显错误分别是：

错误1：导线连接在滑动变阻器的滑片上； 错误2：采用了电流表内接法．

(4)设金属管线内径为d ，根据电阻定律应有： R ＝ρL

14πD 2－14πd 2，

又R ＝U I ，

联立可得：d ＝

D 2－4ρIL πU

(5)由金属的电阻率随温度的升高而增大可知，通过待测金属管线的电流不能太大，所以A 错误；为减小温度的影响，中间过程应断开开关，所以B 错误；千分尺的精确度是0.01 mm ，即应精确到1

100毫米，所以C 错误；千分尺读数时必须估读一位，即估读到0.001 mm ，所以

D 正确．

2．[器材选取和电路设计]小亮同学为研究某电学元件(最大电压不超过2.5 V ，最大电流不超过0.55 A)的伏安特性曲线，在实验室找到了下列实验器材： A ．电压表(量程3 V ，内阻6 kΩ) B ．电压表(量程15 V ，内阻30 kΩ) C ．电流表(量程0.6 A ，内阻0.5 Ω) D ．电流表(量程3 A ，内阻0.1 Ω)

E ．滑动变阻器(阻值范围0～5 Ω，额定电流为0.6 A)

F ．滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω，额定电流为0.6 A)

G ．直流电源(电动势E ＝3 V ，内阻不计)

H ．开关、导线若干．

该同学设计电路并进行实验，通过实验得到如下数据(I 和U 分别表示电学元件上的电流和电压).

(1)为了提高实验结果的准确程度，电流表选________________；电压表选________________；滑动变阻器选________________．(以上均填写器材代号) (2)请在虚线框中画出实验电路图．

答案 (1)C A E (2)见解析图

解析 (1)从表格中的实验数据可知，电流测量值I 的范围为0～0.50 A ，电压测量值U 的范围为0～2.00 V ，因此电流表应选C ，电压表应选A.因为本实验要测量多组(U ，I )值，需使电压U 连续变化，因此，滑动变阻器应接成分压式，故选阻值较小的滑动变阻器E. (2)由表格中的数据，根据R ＝U

I ，估算电学元件的电阻值大约为几欧，因此电流表外接．电

路图如图所示．

3．[实验创新]LED 二极管的应用是非常广泛的，2014年诺贝尔物理学奖被授予了日本科学家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科学家中村修二，以表彰他们发明了蓝色发光二极管(LED)，并因此带来的新型节能光源．某同学想要描绘某发光二极管的伏安特性曲线，实验测得它两端的电压U 和通过它的电流I 的数据如下表所示.

A ．电压表(量程0～3 V ，内阻约20 kΩ)

B ．电压表(量程0～15 V ，内阻约100 kΩ)

C ．电流表(量程0～50 mA ，内阻约40 Ω)

D ．电流表(量程0～0.6 A ，内阻约2 Ω)

E ．滑动变阻器(阻值范围0～20 Ω，允许最大电流2 A)

F ．电源(电动势6 V ，内阻不计)

G ．开关，导线若干