高考电学实验专题

1、测定金属的电阻率（游标卡出和螺旋测微器的使用）一、知识点梳理电阻定律S L R ρ=，其中ρ为电阻率，则L RS=ρ，L 为导线长度，用刻度尺测量，S 为导线横截面积，42d S π=，d 为导线直径，用游标卡尺或螺旋测微器测量。

游标卡尺和螺旋测微器的结构、使用和读数游标卡尺：先读标尺0刻度对应主尺刻度，再读标尺，然后相加。

游标尺的第几个格与主尺的某格对齐，则用游标卡尺的精确度乘以几。

游标卡尺精确度一般有3种，即0.1mm(10分度),0.05mm(20分度),0.02mm(50分度).游标卡尺不估读。

螺旋测微器：先读固定刻度，再可动刻度，然后相加。

螺旋测微器要估读。

电阻R 用伏安法测量。

1. 伏安法测电阻中电流表内接和外接电路电路图如右甲图，是电流表外接，乙图则是电流表内接。

2.误差分析电流表外接时，电压表分流引起系统误差，测量值VV VV R R R RR R U R U UI I U I U R +=+=+==测，为电阻R 与电压表内阻V R 的并联值，所以，测量值小于真实值。

电流表内接时，测量值为A AR R R IU U I U R +=+==测，为电阻与电流表内阻的串联值，所以，测量值大于真实值。

所以，当电阻小于小于电压表内阻时，是小电阻用电流表外接法，当电阻大于大于电流表内阻时，是大电阻，用电流表内接法。

3.怎样才算小电阻和大电阻呢？ (1)待测电阻R ，若V A R R R >，则为大电阻，用电流表内接法（大内偏大）；若V A R R R <，则为小电阻，用电流表外接法（小外偏小）；若V A R R R =，则内外接法误差相同，均可使用。

(2)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图1读数：L=2.0cm+0.05mm ×6=20.30mm 图2读数：L=1.5mm+0.01mm×49.8=1.998mm 对齐时标尺上左边刻度比主尺靠右，右边刻度比主尺靠左。

响较大，应采用外接法。

2、描绘小灯泡的伏安特性曲线实验原理：由于电流增大，小灯泡的功率也增大，温度升高，电灯丝材料的电阻率增大，因此电灯丝的电阻增大，所以灯丝电阻并不是一个定值.由于电流越大，灯丝电阻越大，它的伏安特性曲线(I-U图线)并不是一条直线，在该曲线上，任意一点与原点连线的斜率表示该点(在此电压与电流下)的电阻的倒数，斜率越小，电阻越大.实验器材：“3.8V，0.3A”的小灯泡，4~6V学生电源(或3～4个电池组)，0～100Ω的滑动变阻器，0～15V的电压表，0～0.6A 的电流表，开关一个、导线若干.实验电路：实验步骤：(1)选取适合的仪器按上图所示的电路连接好.(2)将滑动变阻器滑片调节到A端后，闭合开关.(3)调节滑动变阻器，在灯泡额定电压范围内读取数组不同的电压值和电流值，并制表记录.(4)断开开关，拆下导线，将仪器恢复原样.(5)以I为纵轴，U为横轴，画出I-U曲线并进行分析.3、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，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）开关闭合后，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）开关闭合前变阻器滑片移到图中的左端；（5）坐标纸上建立坐标系，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I—U线时作图不准确造成的偶然误差。

5、知识延伸滑动变阻器的限流接法和分压接法：电路负载LR上电压调节范围负载LR上电流调节范围闭合开关前触电所处位置相同条件下消耗的总功率限流接法EURRERLLL≤≤+0LLLREIRRE≤≤+b端LEI R L R0Sa bE r0P分压接法EUL≤≤LL REI ≤≤0a 端)(aPLIIE+比较分压电路调节范围大分压电路调节范围大都为了保护负载电路限流电路能耗小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。

①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。

②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。

③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，也起不到保护用电器的作用，应选用分压接法。

3、测定电源的电动势和内阻【实验原理】如图所示。

根据闭合电路欧姆定律IrUE+=，用电压表测出路端电压，电流表测出干路电流，通过滑动变阻器触头的调节，读出两组U、I的值，得到方程组：【数据处理】1．计算法：在这个实验中，可以根据上述的两个方程组，求解得到电源电动势E和电源内阻r。

方法虽然简单，但由于在实验中人为的主观因素比较大，所以误差可能很大。

2．图像法：这个实验中，我们常采用图像法求解电源电动势E和电源内阻r。

如图所示：总坐标轴U描述的电路的路端电压，横坐标轴描述的是电路中的干路电流。

那么：纵截距（图线与总坐标轴的交点）表示电路的开路电压，等于电源电动势E横截距（图线与横坐标轴的交点）表示电路的短路电流斜率的绝对值表示电源的内阻r，有短IEr=。

电路图图象结果误差伏安法电流表内接bE=(截距）abr=（斜率）真测EE=ARr+=真测rR LR0Sa bE r0P电流表外接bE=(截距）abr=（斜率）真ERrREVV+=VVRrRrr+=真真测伏阻法bE1=bkr=（k为斜率，b为纵轴截距）真ERrREVV+=VVRrRrr+=真真测安阻法kE1=bkr=（k为斜率，b为纵轴截距）真测EE=ARr+=真测r注：关于电流表内接和外接，没有明确的规定，一般认为，在测电阻的电路中，表中上图是外接，下图是内接。

本文是测电源电动势和内阻，应该以电源为参照物而不是以电阻为参照物，所以，本图中，我以上图为电流表内接，下图为电流表外接，特此约定。

4、测电流表内阻及电表的改装测电表内阻方法：1、替代法测量电阻（可用来测电表内阻）原理：实验时先连入某待测电阻，记下电路中电表的读数，然后把待测电阻换成电阻箱，调整电阻箱，使电路中电表的读数与原来一样，这样的电阻箱便是待测电阻的阻值．（右图分别为用电流表、电阻箱和电压表、电阻箱测电阻，）2、半偏法测电表内阻（1）半偏法测电流表的内阻半偏法测电流表的内阻实验电路原理图如图所示，实验操作步骤如下：第一步：开关1S、2S闭合前，将滑动变阻器1R的阻值调到最大。

第二步：闭合开关1S，调节滑动变阻器1R，使电流表满偏。

第三步：保持开关1S闭合，滑动变阻器不动，闭合开关2S，调节电阻箱2R的阻值，使电流表半偏。

第四步：记下此时电阻箱2R的阻值，则电流表的内阻2RRg=。

本实验要求滑动变阻器的阻值远大于电流表的内阻，即gRR>>1，这样就可近似认为开关2S闭合前后干路中的总电流是不变的。

但事实上，当开关2S 闭合后，干路中的总电流是变大的，当电流表半偏时，通过电阻箱2R 的电流比通过电流表的电流要大，根据并联分流规律可知，半偏法测出的电流表的内阻要比电流表的实际内阻小。

（2）半偏法测电压表的内阻实验系统误差分析半偏法测电压表的内阻实验电路原理图如图所示，实验操作步骤如下：第一步：开关S 闭合前，将电阻箱2R 的阻值调到零，滑动变阻器1R 的滑片P 调到最左端a 。

第二步：闭合开关S ，调节滑动变阻器1R 的滑片P 的位置，使电压表满偏。

第三步：保持滑动变阻器1R 的滑片P 的位置不变，调节电阻箱2R 的阻值，使电压表半偏。

第四步：记下此时电阻箱2R 的阻值，则电压表的内阻2V R R =。

本实验要求滑动变阻器的阻值远小于电压表的内阻，即V 1R R <<，这样就可近似认为调节电阻箱2R 的阻值后，滑动变阻器的左端电阻ap R 分得的电压仍然为满偏电压。

但事实上调节2R 的阻值后，bp R 分得的电压增大，当电压表半偏时，电阻箱2R 两端电压比电压表两端电压要大，根据串联分压规律可知，半偏法测出的电压表的内阻要比电压表的实际内阻大。

电表的改装（1）电流表的改装原理：小量程的电流表测量范围较小，直接串联在电路中有可能烧坏电流表，因此需要并联一个分流电阻，就可以测量较大的电流，即扩大了电流表的量程。

（2）分流电阻的计算 根据并联分流的原理有：g gg R R I I I 分流=-， 解得应并联的分流电阻：g gg R I I I R -=分流 若用表示量程的扩大倍数（即g I In =）则 1-=n R R g 分流 ， 改装成的电流表的内阻为nR R R R R R g g g =+=分流分流A （1）电压表的改装原理：将电流表的示数根据欧姆定律转化为电压值，可以直接测量电压，由于量程太小，无法直接测量较大的电压，如果给小量程的电流表串联一个分压电阻，就可以测量较大的电压，因此电流表串联一个分压电阻后就成为电压表。

（2）分压电阻的计算根据串联电路的分压原理有：分压R U U R U g gg -=， 解得分压电阻：g gR U UR )1-=（分压 若表示量程的扩大倍数（即gU Un =）则g R n R )1-=（分压改装电表校准电路图(校准一般从0开始，故滑动变阻器一般用分压接法，但有时候考题也会给出限流接法，多加注意。

）5、练习使用多用电表一、实验目的使用多用电表测电路中电流、电压和电阻．二、实验原理1．表盘外形如图1所示．上半部分为表头，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；第一行、第三行刻度线不均匀，第二行为交、直流电流和直流电压共用刻度．下半部分为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．另外，还有欧姆表的调零旋钮，指针定位螺丝和测试笔的插孔．图 1 图 22．挡位(如图2所示)(1)当S接通1或2时，表头与电阻并联，所以1、2为电流挡，由于并联阻值的大小不同，量程也不同，1的量程较大．(2)当S接通3或4时，接通内部电源，此时为欧姆挡，4的倍率比3的倍率高．(3)当S接通5或6时，表头与电阻串联，此时为电压挡，由于串联的阻值不同，6的量程比5的量程大．图 33．多用电表的电阻挡(欧姆挡)原理电阻挡是根据闭合电路欧姆定律制成的，可直接读出电阻之值,它的原理如图3所示．其中G 为灵敏电流表，满偏电流I g ，线圈电阻R g ，电源电动势E ，内阻r ，R 为可变电阻，也叫调零电阻. (1)当红黑表笔不接触时，电流表示数为零，红黑表笔间电阻为无限大.(2)当红黑表笔短接时，调节R 使指针满偏.，有I g =R r R E g ++. (3)当红黑表笔间接电阻R x 时，通过电流表电流I =Rr R R E g x +++，每一个R x 对应一个电流I ，在刻度盘上标出与I 对应的R x 的值，这样即可读出待测电阻阻值，但由上式看出，I 与R x 不成比例，故欧姆表刻度不均匀. (4)当欧姆表指针指向表盘中央时，有g I I 21=，即 Rr R R EI g x g +++=21 解得 内R R r R R g x =++= ，即 内中＝R R 4．二极管的单向导电性(1)晶体二极管是由半导体材料制成的，它有两个极，一个叫正极，一个叫负极，它的符号如图4甲所示． 图 4(2)晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向)．当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示．(3)将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红表笔接“负”极时，电阻示数较小，反之电阻示数很大，由此可判断出二极管的正、负极． 三、实验器材多用电表一只、干电池若干节、电阻箱多个、定值电阻多个、开关、小灯泡、二极管和导线若干． 四、实验步骤1．观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程．2．检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置．若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零．3．将红、黑表笔分别插入“＋”“－”插孔．4．按如图5甲所示连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测小灯泡两端的电压． 图 5 5．按如图乙所示连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流． 6．利用多用电表的欧姆挡测三个定值电阻的阻值，比较测量值和真实值的误差． 用多用电表测电阻的步骤：①调整定位螺丝，使指针指向电流的零刻度；②选择开并置于“Ω”挡的“×1”，短接红、黑表笔，调节欧姆调零旋钮，然后断开表笔，再使指针指向∞； ③将两表笔分别接触阻值为几十欧的定值电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，再与标定值进行比较； ④选择开关改置“×100”挡，重新进行欧姆调零；⑤再将两表笔分别接触标定值为几千欧的电阻两端，读出指示的电阻值，然后断开表笔，与标定值进行比较； ⑥测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF ”挡．7．研究二极管的单向导电性，利用多用电表的欧姆挡测二极管两个引线间的电阻，确定正负极． 8．探索黑箱内的电学元件判断目的 应用挡位 现象电源 电压挡 两接线柱正、反接时均无示数说明无电源 电阻 欧姆挡 两接线柱间正、反接时示数相同 二极管 欧姆挡 正接时示数很小，反接时示数很大电容器 欧姆挡 指针先指“0 Ω”后逐渐增大到“∞”，且指针摆动越来越慢 电感线圈欧姆挡示数由“∞”逐渐减小到某一较小固定示数1．测电阻时，电阻值等于表针的示数与倍率的乘积，指针示数的读数一般读两位有效数字．2．测电流和电压时，如果表盘的最小刻度为1、0.1、0.01等，读数时应读到最小刻度的下一位，若表盘的最小刻度为0.2、0.02、0.5、0.05等，读数时只读到与最小刻度位数相同即可． 六、误差分析1．电池用旧后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池． 2．欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差．3．由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用恰当挡位，使指针指在中值附近．4．读数时的观测易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数． 七、注意事项1．欧姆表刻度盘不同于电压、电流刻度盘(1)左∞右0：电阻无限大与电流、电压零刻度重合，电阻零刻度与电流、电压最大刻度重合． (2)刻度不均匀：左密右疏．(3)欧姆挡是倍率挡，即读出的示数再乘以挡上的倍率．电流、电压挡是量程范围挡．在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”(因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧“∞”处)． (4)欧姆表的读数待测电阻的阻值应为表盘读数乘以倍率．为了减小读数误差，指针应指表盘13到23的部分，即中央刻度附近．2．多用电表使用的“八大注意” (1)使用前要机械调零．(2)两表笔在使用时，电流总是“红进”、“黑出”．(3)选择开关的功能区域，要分清是测电压、电流、电阻，还要分清是交流还是直流． (4)电压、电流挡为量程范围挡，欧姆挡为倍率挡．(5)刻度线有三条：上为电阻专用，中间为电流、电压、交流、直流共用，下为交流2.5 V 专用． (6)测电阻时①待测电阻与电路、电源一定要断开． ②两手一定不要同时接触两笔金属杆．③指针指中值附近较准，否则换挡． ④每换一挡必须重新欧姆调零． ⑤读出示数要乘以倍率． (7)测电学黑箱时，一定要先用大量程电压挡判断其内部有无电源，无电源方可用欧姆挡． (8)使用完毕，选择开关要置于OFF 挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池．。