电学实验复习专题讲义

电学实验复习专题讲义

一、电学实验中所用到的基本知识

在近年的电学实验中,电阻的测量(包括变形如电表内阻的测量)、测电源的电动势与内电阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为:Ir U E I

U

R +==

,。由此可见,对于电路中电压U 及电流Ｉ的测量是实验的关键所在,但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。因此复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。

１．电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题,有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则,兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑,灵活运用。

⑴正确性:实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。

⑵安全性：实验方案的实施要安全可靠,实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率,电源也有最大允许电流,不能烧坏仪器。 ⑶方便性:实验应当便于操作,便于读数,便于进行数据处理。

⑷精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上,应使实验误差尽可能的小。 2．电学实验仪器的选择:

⑴根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程,务必使指针有较大偏转(一般要大于满偏度的1/3),以减少测读误差。 ⑵根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值,对大阻值的变阻器,如果使滑动触头稍有移动，则电流、电压就会有很大变化,故一般不宜采用。

⑶应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况,只有熟悉实验原理，才能做出恰当的选择。总之,最优选择的原则是：方法误差尽可能小;间接测定值尽可能有较多的有效数字位数,直接测定值的测量使误差尽可能小,且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节;在大功率装置(电路)中尽可能节省能量；在小功率电路里,在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。 3.测量电路的选择 ⑴电流表的内、外接问题:

(甲）所示电路为电流表外接电路(简称外接法）;（乙）所示电路为电流表内接电路（简称内接法）。两种接法的选择可按下列方法进

行:

连接方式 误差来源 测量值与真实值关系 适用范围 外接法 电压表分流 电流表的读数大于流过待测

的电流,故：R 测

电流表分压

电压表读数大于待测电阻两端的电压，故：Ｒ测>R 真

测量大电阻

选择电路时的判断方法: 方法一：直接比较法:

当待测电阻R x 较小且远小于电压表内阻Ｒv 时,应选用外接法;当待测电阻Ｒx 较大且远大于电流表内阻R

Ａ

时，应选用内接法。

方法二：临界值法

若已知电流表、电压表内阻分别约为R A 、R v ,被测电阻约为R x ,则: 当X A V R R R 时,电压表分流作用小，应选用外接法 当X A V R R R 时,电流表分压作用小，应选用内接法

当X

A V R R R 时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大,两种方法均可。

方法三：试触法

在Ｒｖ、ＲA 均不知的情况下,可采用试触法。如左下图，分别将a 端与b 、ｃ接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法;如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显,说明电流表分压作用大,应采用外接法。

⑵滑动变阻器的分压、限流接法：

为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压(或通过测量电路的电流),常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式:如右上图(甲）为滑动变阻器的限流式接法，R x 为待测电阻。它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大调节范围是：

E R R ER X

X

~ （Ｒｘ是待测电阻，R 是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻）。如右上图(乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是:0~E (不计电源内阻时)。

选取接法的原则：

①要求负载上电压或电流变化范围大,且从零开始连续可调，须用分压式接法。 ②负载电阻R x 远大于滑动变阻器总电阻R 时，须用分压式接法,此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。

③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时,应采用变阻器的分压式接法。

④负载电阻的阻值Ｒx 小于滑动变阻器的总电阻Ｒ或相差不大,并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。

⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小。 滑动变阻器的粗调和微调作用：

①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用,全电阻较小的变阻器起微调作用。 ②在分压电路中,全电阻较小的变阻器起粗调作用,全电阻较大的变阻器起微调作用。

a

b c 甲 乙

4.实物图的连接:

⑴连线的注意事项：

①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。

②各导线都应接在接线柱上,不应在导线中间出现分叉。

③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻,在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。

⑵连线的基本方法:

①画出实验电路图。

②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。

③画线连接各元件。(用铅笔画线,以便改错）连线方式应是单线连接,连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。

一般先从电源正极开始,到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。

二、定值电阻的测量方法

１．欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。

2.替代法：替代法的测量思路是等效的思想,可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。替代法测量电阻精度高，不需要计算,方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。

【例题1】在某校开展的科技活动中,为了要测出一个未知电阻的阻值Ｒx，现有如下器材:读数不准的电流表

A、定值电阻Ｒ0、电阻箱Ｒ１、滑动变阻器R２、单刀单掷开关S１、单刀双掷开关S2、电源和导线。

⑴画出实验电路图,并在图上标出你所选用器材的代码。

⑵写出主要的实验操作步骤。

【解析】

⑴实验电路如右图所示。

⑵①将S2与Rｘ相接，记下电流表指针所指位置。②将S2与Ｒ1相接,保持R2不变，调节R１的阻值,使电流表的指针指在原位置上,记下R１的值，则R x=R1。

3.伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律)，需要的基本测量仪器是电压表和电流表,当只有一个电表(或给定的电表不能满足要求时），可以用标准电阻（电阻箱或一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律I＝Ｕ／R电压表同时可以当电流表使用,同样电流表也可以当电压表用。

4．伏安法拓展：某些问题中,因实验器材不具备(缺电流表或电压表),或因实验条件限制,或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用“伏安法”的替代形式——“比较法”来设计实验方案。

⑴利用已知内阻的电压表:利用“伏伏”法测定值电阻的阻值