恒定电流实验

恒定电流之电容与实验一、电路中有关电容器的计算。

（1）电容器跟与它并联的用电器的电压相等。

（2）在计算出电容器的带电量后，必须同时判定两板的极性，并标在图上。

（3）在充放电时，电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据 正极板电荷变化情况来判断电流方向。

（4）如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于 始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那 么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。

二、电表的改装（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θ与电流强度I 成正比，即θ＝kI ，故表的刻度是均匀的。

电流表的主要参数有，表头内阻R g ：即电流表线圈的电阻；满偏电流I g ：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压U ：即指针满偏时，加在表头两端的电压，故U g ＝I g R g （2）电流表改装成电压表方法：串联一个分压电阻R ，如图所示，若量程扩大n 倍，即n ＝gU U，则根据分压原理，需串联的电阻值g g gRRn R U U R )1(-==，故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。

（3）电流表改装成电流表方法：并联一个分流电阻R ，如图所示，若量程扩大n 倍，即n ＝gI I ，则根据并联电路的分流原理，需要并联的电阻值1-==n R R I I R g g Rg ，故量程扩大的倍数越高，并联电阻值越小。

三、伏安法——电阻的测量电阻的测量有多种方法，主要有伏安法、欧姆表法， 除此以外，还有半偏法测电阻、 电桥法测电阻、等效法测电阻等等. 伏安法测电阻的电路选择1．伏安法测电阻的两种电路形式（如图所示）2．实验电路（电流表内外接法）的选择3、如下图a 电流表内接测R >实R4、如下图b 电流表外接测R <实RA K =Ax R RVK =xV R R（1）若A x R R ＞x V R R ，一般选电流表的内接法。

（2）若AxR R ＜xV R R ，一般选电流表外接法。

四、滑动变阻器的使用1、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点如图两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R 0）对负载R L 的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a ）电路称为限流接法，图（b ）电路称为分压接法.其中，在限流电路中，通R L 的电流I L=R R E L ，当R 0＞R L 时I L 主要取决于R 0的变化，当R 0＜R L 时，I L 主要取决于R L ，特别是当R 0<<R L 时，无论怎样改变R 0的大小，也不会使I L 有较大变化.在分压电路中，不论R 0的大小如何，调节滑动触头P 的位置，都可以使I L 有明显的变化.2、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法（1）下列三种情况必须选用分压式接法①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.②当用电器的电阻R L 远大于滑动变阻器的最大值R 0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法.因为按图（b ）连接时，因R L >>R 0＞R ap ，所以R L 与R ap 的并联值R 并≈R ap ，而整个电路的总阻约为R 0，那么R L 两端电压U L =IR并=R U ·R ap ，显然U L ∝R ap ，且R ap 越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.③若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过R L 的额定值时，只能采用分压接法.（2）下列情况可选用限流式接法①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL 与R 0接近或R L 略小于R 0，采用限流式接法.②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.五、测量电源电动势和内阻1、图像法A:有保护电阻B:无保护电阻2、方程法A:有保护电阻B:无保护电阻3、电流表、电压表、滑动变阻器的替代A:无电压表B:无电流表C:无滑动变阻器六、多用电表的使用1、多用电表的原理甲电压表、乙电流表、丙欧姆表组合在一起就成了多用电表。

图1电流表、欧姆表和电压表的示意图2、多量程多用电表示意图3、多用电表的倍率选择A:偏转角过大，读数过小，减小倍率B:偏转角过小，读数过大，增大倍率4、多用电表的刻度、A:读数越大刻度越密集（左边）B:偏转角越小读数越大（反向偏转），偏转角最大数表头满片，欧姆指零5、内阻计算、中值电阻、调零。

例题例1、如图所示电路中，R1=5Ω，R2=7Ω，R3=8Ω，R4=10Ω，C=20μF，A、B两端电压U=15V，求:电流表和电压表的示数以及电容器C极板所带的电量.【7】例1、答案:3.6A,6V1.8×104例2、已知如图，电源内阻不计。

为使电容器的带电量增大，可采取以下那些方法：A.增大R1B.增大R2C.增大R3D.减小R1例2、BD。

例3、已知如图，R1=30Ω，R2=15Ω，R3=20Ω，AB间电压U=6V，A端为正C=2μF，为使电容器带电量达到Q =2×10- 6C，应将R4的阻值调节到多大？例3、解：由于R1和R2串联分压，可知R1两端电压一定为4V，由电容器的电容知：为使C的带电量为2×10-6C，其两端电压必须为1V，所以R3的电压可以为3V或5V。

因此R4应调节到20Ω或4Ω。

两次电容器上极板分别带负电和正电。

还可以得出：当R4由20Ω逐渐减小的到4Ω的全过程中，通过图中P点的电荷量应该是4×10-6C，电流方向为向下。

例4、一灵敏电流计，允许通过的最大电流（满刻度电流）为I g=50μA，表头电阻R g=1k Ω，若改装成量程为I m=1mA的电流表，应并联的电阻阻值为Ω。

若将改装后的电流表再改装成量程为U m=10V的电压表，应再串联一个阻值为Ω的电阻。

（例4、答案52.6；9944）例5、在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度为L,电阻约为10kΩ，为测定这种金属丝的电阻率ρ，现提供以下实验器材：A．开关一只，导线若干B．螺旋测微器C．电流表A1（量程为1.5mA，内阻的准确值r1为1000Ω）D．电压表V2（量程为9V，内阻r2大约为6000Ω）E．滑动变阻器R1（0~10Ω，额定电流3A）F．直流电源E（电源电动势为12V，内阻约为2Ω）为了尽可能精确地测量该金属丝的电阻率ρ，回答下列问题：（1）用螺旋测微器测得该金属丝的直径如图10所示，其直径D= mm。

（2）在方框中画出测量金属丝电阻的实验电路图，并标明所选仪器的符号。

（3）若已测得该金属丝长度为L,直径为D，电阻为R x，则该金属丝的电阻率ρ= 。

例6、一个未知电阻，无法估计其电阻值，某同学用伏安法测量此电阻，用图（a）（b）两种电路各测一次，用（a）图所测数据为3.0V，3.0mA，用（b）图测得的数据是2.9V， 4.0mA，由此可知，用________图测得Rx的误差较小，测量值 Rx=_______Ω。

例7、一同学采用伏安法测定一段阻值约为5Ω左右的金属丝的电阻。

有以下器材可供选择：（要求测量结果尽量准确）A．电池组（3V，内阻约1Ω）B．电流表（0—3A，内阻约0.025Ω）C．电流表（0—0.6A，内阻约0.125Ω）D．电压表（0—3V，内阻约3kΩ）E．电压表（0—15V，内阻约15kΩ）F．滑动变阻器（0—20Ω，额定电流1A）G．滑动变阻器（0—1000Ω，额定电流0.3A）H．开关，导线实验时应选用的器材是 （填写各器材的字母代号）。

请在下面的虚线框中画出实验电路图。

这位同学在一次测量时，电流表、电压表的示数如下图所示。

由图中电流表、电压表的读数可计算出金属丝的电阻为 Ω。

例8、用伏安法测量某一电阻R x 阻值，现有实验器材如下：待测电阻R x （阻值约5 Ω，额定功率为1 W ）；电流表A 1（量程0~0.6 A ，内阻0.2 Ω）；电流表A 2（量程0~3 A ，内阻0.05 Ω）；电压表V 1（量程0~3 V ，内阻3 k Ω）；电压表V 2（量程0~15 V ，内阻15 k Ω）；滑动变阻器R 0（0~50 Ω），蓄电池（电动势为6 V ）、开关、导线为了较准确测量R x 阻值，电压表、电流表应选________，并画出实验电路图.例9、解题方法与技巧：由待测电阻R x 额定功率和阻值的大约值，可以计算待测电阻R x 的额定电压、额定电流的值约为U =51⨯≈PR ≈2.2 V ，I =5/1/≈R P =0.45 A. 则电流表应选A 1，电压表应选V 1.又因30002.0⨯=⨯V A R R =24.5 Ω＞R x ，则电流表必须外接.因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻R x ，故首先考虑滑动变阻器的限流接法，若用限流接法，则被测电阻R x 上的最小电流为I min =5056+=+R E E x =0.11 A ＜I额，故可用限流电路.电路如图所示.例10、在“测量金属丝的电阻率”的实验中，（1）用螺旋测微器测量电阻丝的直径为 mm ：已知电阻丝的电阻R X 约为10 Ω，有下列器材供测量该电阻丝的电阻时选用，要求尽量多测几组数据： A ．量程为0—0.6A ，内阻约为0.5Ω的电流表A 1 B ．量程为0—3A ，内阻约为0.1Ω的电流表A 2 C ．量程为0—3V ，内阻约为6kΩ的电压表V 1D ．量程为0—15V ，内阻约为30kΩ的电压表V 2E ．阻值为0—1kΩ，额定电流为0.5A 的滑动变阻器R 1F ．阻值为0—10Ω，额定电流为2A 的滑动变阻器R 2G ．电动势为4V 、内阻约为2Ω的蓄电池EH ．开关S ，导线若干（2）除选用G 、H 外，还应选用的器材是(只填代号)电流表 ，电压表 ，滑动变阻器 。

（3）在本题虚线方框中画出用伏安法测上述电阻丝电阻的电路图。

（4）测量的阻值比真实的阻值_________（填“偏大”、“偏小”或“相等”）。

例11、用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：待测电阻R x （阻值约为25kΩ） 电流表A 1：（量程100A ，内阻2kΩ）电流表A2：（量程500A，内阻300Ω）电压表V1：（量程10V，内阻100kΩ）电流表V2：（量程50V，内阻500kΩ）电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）滑动变阻器R：（最大阻值1kΩ）电键S ，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据．（1）电流表应选________________，电压表应选__________________．（2）画出实验电路图．例11、（1）器材选择、电流表A2与V1配置较好．（2）例12、现有一块59C2型的小量程电流表G（表头），满偏电流为50，内阻约为800～850Ω，把它改装成1mA、10mA的两量程电流表，可供选择的器材有：滑动变阻器R1，最大阻值20Ω；滑动变阻器R2，最大阻值100kΩ；电阻箱R′，最大阻值9999Ω；定值电阻R0，阻值1kΩ；电池E1，电动势1.5V；电池E2，电动势3V；电池E3，电动势4.5V；（所有电池内阻不计），标准电流表A，满偏电流1.5mA；单刀单掷开关S1和S2；单刀双掷开关S3；电阻丝及导线若干．（1）采用如图（甲）所示电路测量表头的内阻，为提高测量精确度，选用的滑动变阻器为__________________，选用的电池为_______________．甲乙丙（2）将G改装成两量程电流表，现有两种备选电路，如图（乙）、（丙）所示．图_________为合理电路，另一电路不合理的理由是_______________________________．（3）将改装后的电流表与标准电流表逐格进行核对（仅核对1mA量程），画出所用电路图，图中待核对的电流表符号用来表示．例12解析：（1）用此电路测量表头内阻的方法是半偏法．S2断开和S2闭合的两次操作中要求干路电流（I g）近似不变，而满足这个条件必须使滑动变阻器R的阻值远大于Rg，因此滑动变阻器应选用R2．而，显然E越大，R2越大，实验条件满足得越好，误差越小，所以，电池应选用E3．（2）图（乙）所示的电路较合理，因为图（丙）电路在通电状态下，更换量程时会造成两个分流电阻都未并联在表头两端，以致通过表头的电流超过其满偏电流而损坏．（3）核对电路如图所示．为使改装后的电流表与标准表在0～1mA之间逐格核对，应选用分压电路．由于和满偏电流和满偏电压都很小，为使滑动变阻器便于调节，即有较大的调节范围，滑动变阻器应选用R1，电池应选用E1，且在电流表所在的支路上串联定值电阻R0，起保护作用．例13、（1）一个电压表V A的内阻RA=1000Ω，量程为1.0V，现要利用电阻箱扩大它的量程，改装成量程为3.0V的电压表．改装后，再用一量程为3.0V的精确的电压表V B对改装后的电压表的所有刻度进行校准．除了这两个电压表V A、V B外，还有下列一些器材：电源E（电动势约为6V，内阻较小）变阻器R（总电阻约10Ω）电阻箱R0（0～9999Ω）开关S导线若干①如图所示是以上器材和两个电压表V A、V B的实物示意图，试在图中画出连线，连成进行校准时的实验电路．②图中电阻箱的取值等于________________Ω．（2）用上述电压表V B和改装后并已校准过的电压表（以下称之为V C）以及一个开关和一些导线，去测量一个电动势大约为2V的电源的内阻r．①简要写出测量步骤．②用测得的量表达r的公式应为r=____________．例13解析：（1）①实物连线如图所示，为了使改装表与标准表在零到量程的范围内一一校对，应采用分压电路．②根据串联电路的电压分配关系，有解得R0=2000Ω（2）①先将电压表V C通过开关、导线与电源连接，读出V C上的示数U C；再将电压表VC和V B串联，通过开关、导线与电源连接，读出V C上的示数U C′和V B上的示数U B．②根据上述两步操作可得①②③由①②③三式解得Ω例14、用伏安法测一节干电池的电动势和内阻实验中，根据实验测得一系列数据，画出U—I图象如图(甲)所示，根据图象判断，被测干电池的电动势为V，内阻为__________Ω。