物理分组实验

高中物理选修3-1 分组实验

实验课题一测绘小灯泡的伏安特性曲线

一、实验目的

描绘小灯泡的伏安特性曲线，理解小灯泡的伏安特性曲线为什么不是一条过原点的直线。

二、实验原理

根据欧姆定律，在纯电阻电路中，电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，即I-U图线是一条过原点的直线。但是在实际电路中，小灯泡的电阻随温度升高而增大，I-U图线就不是一条过原点的直线。用伏安法分别测出灯泡两端的电压及通过灯泡的电流便可绘出I-U图线。

三、实验器材

“3.8V 0.3A”的小灯泡，4-6V的学生电源，0-10Ω的滑动变阻器，0-15V 的电压表，0-3A的电流表，开关一个，导线若干。

四、实验电路图

1.由于小灯泡的电阻较小，为减小实验误差应采用电流表外接法。

2.因为实验绘出小灯泡的伏安特性曲线要求有坐标原点附近的数据，且要求小灯泡的电压从零开始逐渐增大到接近额定电压，则滑动变阻器采用分压式接法。

图3-1.1

五、实验步骤

1.确定电流表、电压表量程，采用电流表外接法，按图3-1.1所示的原理图连接

好实验电路。

2.把滑动变阻器的滑片P调节到使小灯泡两端的电压为零的位置，如图3-1.1中的a端。电路检查无误后，闭合开关S。

3.改变滑动变阻器滑片P的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入数据记录表格内，断开开关S。

4.拆除实验电路，整理好实验器材。

5.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，用平滑的曲线将各数据点连接起来，便得到伏安特性曲线。

六、注意事项

1.本实验要作出I-U图线，要求测出一组包括0在内的电压值、电流值，因此滑动变阻器要采用分压式接法。

2.由于小灯泡电阻较小，股采用电流表外接法。

3.在选择电表量程时，掌握以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏到2/3量程左右。

4.开关闭合前调节滑动变阻器滑片的位置，使小灯泡两端的分压最小。

5.开关闭合后，调节滑动变阻器滑片的位置，使小灯泡两端的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一定值时，读取一次电流值；调节滑片时，应该注意电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压。

6.在坐标纸上建立直角坐标系，两坐标轴选取的标度要合理，使得画出的图线尽量占满坐标纸；连接各数据点时要用平滑的曲线，误差大的点要舍去。

7.图线为曲线的原因是小灯泡灯丝的电阻随温度升高而变大。

实验课题二 测量金属电阻率

一、实验目的

练习使用螺旋测微器，学会用伏安法测量电阻的阻值，测定金属的电阻率。

二、实验原理 由电阻定律LI

U d L S R 42πρ==可知，只要测出金属导线的长度l ，横截面积S 和对应导线长度的电压U 和电流I ，便可以求出制成导线的金属材料的电阻率ρ。长度l 用刻度尺测量.横截面积S 由导线的直径d 算出，导线的直径d 需要由螺旋测微器（千分尺）来测量，电压U 和电流I 分别用电压表和电流表测出。

三、实验器材

某种金属材料制成的电阻丝，螺旋测微器，毫米刻度尺，电池组，电流表，电压表，滑动变阻器，开关，导线若干。

四、实验电路图

五、实验步骤 1.用螺旋测微器在接入电路部分的被测金属导线上的三个不同位置各测量一次导线的直径，结果记在表格内，求出其平均值d 。

2.按原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。

图3-1.2

3.用刻度尺准确测量接入电路中的金属导线的有效长度l ，结果记入表格内。

4.用伏安法测金属导线对应长度的电压U 和电流I 。

5.重复上述实验三次，并将数据记入表格。

6.拆去实验电路，整理好实验器材.

六、数据处理

求R 的平均值的两种方法：用I

U R 算出各次测量值，再取平均值；图像法，用U-I 图线上的某点与坐标原点连线的斜率来表示。描点时使尽量多的点落在直线上，其余各点均匀分布在直线两侧，个别明显偏离直线的点舍去。

七、注意事项

1.本实验中被测金属导线的电阻较小，因此，实验电路必须采用电流表的外接法.

2.测量导线的直径时，应将导线拉直平放在螺旋测微器的测砧上，使螺旋杆的顶部和测砧上的导线成线接触，而不是点接触；应在不同的部位，不同的方向测量几次，取平均值.

3.测量导线的长度时，应将导线拉直，测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两极并入点间的部分待测导线的长度，长度测量应准确到毫米.

4.用伏安法测电阻时，电流不宜太大，通电时间不宜太长.当我们要测量时才合上开关，测量后即断开开关.

5.闭合电键S 之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻最大的位置.

6.为准确求出R 平均值，可采用I-U 图象法求电阻.

八、误差分析

1.金属丝通电时，温度升高，使所测电阻率比常温下电阻率略大。

2.金属丝的长度及直径测量不准确

3.采用电流表外接法测量金属丝的电阻时，测量值比真实值偏小。

实验课题三 测量电源电动势和内阻

一、实验目的

加深对闭合电路欧姆定律的理解，进一步熟练电压表、电流表、滑动变阻器的使用。学会用伏安法测电池的电动势和内阻。学会利用图象处理实验数据。

二、实验原理

本实验原理为闭合欧姆定律。具体方法为：(1)利用如图3-1.3所示电路，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组U 、I 值，由U ＝E-Ir ，可得：U1＝E-I 1r ，U2＝E-I 2r ，解之得：211221I I U I U I E --=，2

112I I U U r --= (2)利用如图3-1.3示的电路，通过改变R 的阻值，多测几组U 、I 的值(至少测出6组)，并且变化范围尽量大些，然后用描点法在U 一I 图象中描点作图，由图象纵截距找出E ，由图象斜率r tan m ==∆∆=

I E I U θ，找出内电阻，如图

3-1.4所示。

三、实验器材

电流表、电压表、变阻器、开关、导线及被测干电池．

四、实验电路图

图3-1.4

图3-1.3