高中电学实验全集

某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下组U和I的数据：
1 0.20 0.020 2 0.60 0.060 3 1.00 4 1.40 5 1.80 6 2.20 0.190 7 2.60 0.200 8 3.00 0.205
编号 U/V I/A 灯泡发 光 情 况
0.100 0.140 0.170
由于用分压器接法时，电阻RX 中的最大电流为
Imax= 10V /25KΩ = 0.4mA = 400μA
所以电流表选A2（500 μA ）
（2）电流表内接法和外接法的选择
因为RX=25KΩ＞＞RA=300Ω，所以采用电流表内接法
实验电路图
V1 A2
25KΩ
RX
1KΩ
E=15V
－
+
例3. 如图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实 物图，器材规格如下： (1)待测电阻Rx（约100Ω） (2)直流毫安表（量程0～10mA，内阻50Ω） (3)直流电压表（量程0～3V，内阻5kΩ） (4)直流电源（输出电压4V，内阻可不计） (5)滑动变阻器（阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A） (6)电键一个，导线若干条． 根据器材的规格和实验要求， 在本题的实物图上连线．
V
A
RX
－
+
例 4 ．某电压表的内阻在 20～ 50kΩ之间, 现要测量其内 阻,实验室提供下列可选用的器材: 待测电压表V(量程3V) A1 V 电流表A1(量程200μA ) 电流表A2(量程5mA) 电流表A3(量程0.6A) 滑动变阻器R(最大阻1KΩ) 电源ε(电动势4V) 电键K. A1 (1)所提供的电流表中,应选用_______( 填写字母代号). (2)为了尽量减小误差,要求测多组数据.试在方框中画出 符合要求的实验电路图．
由于电流表分压引起的。
误差产生的原因:
若
>> RX
V
时，采用电流表内接法 RA
·
A
RX
·
U测 U Rx Rx RV R测＝ ＝ Rx I 测 I Rx IV Rx RV
外接法 误差产生的原因： 由于电压表分流引起的。
若
>> Rv
时，采用电流表外接法 Rx
内接法与外接法的选择 ① 比值法
(1) 限流电路
RX
RX 负载RX的电压调节范围 R R E E X
可见滑动变阻器的总阻值R越大， 电阻RX两端电压的变化范围越大。变 阻器总阻值R 是Rx 的2--5倍时，限流 接法对电流、电压控制作用显著，这 样既便于调节,用电器两端电压变化范 围又比较大.
E
a Pb r=0 R
在合上开关以前，一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大．
a.条件：已给出R的估计阻值 b.选择方法：
若 若
>> RX >> Rv
时，采用电流表内接法 RA 时，采用电流表外接法 Rx
RV Rx 结论： 与 哪个比值大Rx就与对应表“近接” RA Rx
② 试触法
a.条件：未给出RX的估计阻值
·
RX P
a
A
b
V
·
b.选择方法：将电压表分别接a、b两点
如果电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强， 不满足RX<<RV,不适应用电流表的外接法．应用电流表的内接 法．
内接法 外接法 思考1：Rx 的真实值大于还是小于1000Ω？ 小于 思考2：若已知电流表内阻为0.1Ω,那么Rx的真实值是多 大？ 999. 9Ω
·
··
RX
·
伏安法测电阻 之限流分压
RX
RX
限流式电路
分压式电路
1.在限流式电路和分压式电路中待测电阻的电压的变 化范围如何？ 2.在限流式电路和分压式电路中，在合上开关以前， 滑动变阻器的触头应处于什么位置？ 3.在限流式电路和分压式电路中，滑动变阻器的阻值与 待测电阻相比大一些调节方便还是小一些调节方便？ 4.什么情况下滑动变阻器采用限流式电路？什么情况 下采用分压式电路？
RX
A
A
·R ·
X
限流器电路，安培表内接法
限流器电路，安培表外接法
V A
RX
V A
RX
分压器电路，安培表内接法
分压器电路，安培表外接法
例 1. 一个未知电阻 Rx 无法估计其电阻值，某同 学用伏安法测电阻的两种电路各测量一次，如 图所示，按甲图测得数据是 3.0V 、 3.0mA, 按乙 甲 图测得数据是 2.9V 、 4.0mA, 由此可知按＿＿＿ 图所示的电路测量的误差较小， Rx的真实值更 1000 Ω 。 接近于＿＿＿＿ V V RX A A
内接法？ 限流式？
分压式？
2.测量电路的选择
V
伏安法测电阻之内接外接
1.什么是测量值和真实值？
· ·
A
RX
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内接法
·
2.测量值比真实值偏大还是偏小？ 3.误差产生的原因如何？ 4.如何减少误差？ 5.什么情况下用外（内）接法？
V
A
RX
·
外接法
V
·
A
RX
内接法
·
U 测 U Rx U A R测＝ ＝ Rx RA Rx I测 I Rx
． ．
解析：由于滑动变阻器用分压接法时，伏特表两端电压变化范 围较大，可以多测几组数据，故滑动变阻器用分压接法．由于 电压表中通过的最大电流为Imax= 3V/20KΩ = 150μA，因此电 流表应选用A ．
拓展1：描绘小电珠的伏安特性曲线
【实验目的】
通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化 规律．
恒定电流学生实验复习
实验1：描绘小电珠的伏安特性曲线 实验2: 测定金属的电阻率 实验3：把电流表改装成电压表 实验4：测定电源的电动势和内阻 实验5：用多用电表探测黑箱内的电学元件
实验1：描绘小电珠的伏安特性曲线
1.原理
一
U I
伏安法测电阻
“同一性”
V A 外接法？
R
U R I
用电压表测电压 用电流表测电流 为减小误差， 多测几组数据， 求平均值 V 滑动 A 变阻器
V A
RX
－
+
答： 因毫安表内阻与待测电阻相近，必须“外接”． 因为变阻器电阻很小，电源和滑动变阻器连接 成分压电路，
（全题6分．电源、滑动变阻器连接成分压电路，占3分．除 电键接错扣1分外，其它任何错都不给这3分．伏安法测电阻 的电路占3分，其中电流表应外接，即电压表应直接与待测 电阻并联．这部分接线中有任何错误都不给这3分．）
从另一个角度来看，电压表的示数没有显著变化，说明电 流表的分压作用很弱，满足RX>>RA,应选用内接法．P 应接在b 处。 安培表和伏特表示数变化显著（明显）的标志是它们的 示数的变化量（绝对误差）占原来值的百分比大．（相对误 差）
结论：两次接触，那个表示数变化明显 , Rx就与那 个表“近接”
2.电路 V V
⑶操作性原则：
例1.用伏安法测量金属导线的电阻R，试把图中给出的器 材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的量程为 0.6A，内阻接近1Ω，伏特表的量程为3V，内阻为5KΩ; 电源的电动势为6V，变阻器的阻值为0—20 Ω 。在闭合 电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。 解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电 阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下： V+
小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验 得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）： （1）在左下框中画出实验电路图.可用的器材有：电压表、电流表、滑线变 阻器（变化范围0—10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干. （2）在右图中画出小灯泡的U—I曲线.（3）如果实验中已知电池的电动势是 1.5V，内阻是2.0Ω.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率 是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第（2）小题的方格图 中） 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 I（ A ） U（ V） 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00
拓展二:测定金属的电阻率
【实验目的】 1．练习使用螺旋测微器；2．学会用伏安法测电阻；3．测定金属的电 阻率。 【实验原理】 1.根据电阻定律只要测出金属丝的长度l，横截面积S和导线的电阻R， 就可以求出金属丝的电阻率ρ ①根据部分电路的欧姆定律可知R=U/I 只要测出金属丝两端的电压U和金属丝中的电流I，就可以测出金属丝的 电阻．即用伏安法测出金属丝的电阻R ②金属丝的长度l可以用米尺测量． ③金属丝的横截面积S由金属丝的直径d算出，即S=πd2/4．由于金属 丝的直径较小，因此需要用比较精密的测量长度的仪器——螺旋测微器 来测量．这就是本实验的实验原理． 若用实验中直接测出的物理量来表示电阻率，则金属丝的电阻率的表 达式为
滑动变阻器的总阻值R越小，越 便于调节用电器两端电压． 一般选 用滑动变阻器的全电阻小于用电器 的电阻, 在0.1—0.5倍之间为好。
a E
P b
R
r= 0
在合上开关以前，一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置 置于a端．以使负载上的电压和电流最小．（均为零）
要求测量结果尽量准确，需要多测几组数据；要 求待测电阻两端电压变化范围较大；或要求从零开始 连读可调，应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值 比待测电阻的阻值小得多，为了能使待测电阻两端电 压有较大变化，应选分压电路。如果采用限流电路时， 电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电 流表的量程，应选分压电路
+ A
· ·
RX
-
+
例2：有一个电阻Rx，其阻值大约是25kΩ ，可供选择 的器材是： 电流表A1 (0----100μA, 2kΩ) 电流表A2 (0----500μA, 300Ω) 电压表V1 (0----10V, 100kΩ） 电压表V2 (0----50V, 500KΩ） 直流稳压电源 E（15V，1A） 滑动变阻器 R (1kΩ, 1W) 电键K和若干根导线． 试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能 准确，并画出电路图，再将如图示的实物连线。 解：（1）电压表、电流表的选择 由于滑动变阻器的电阻明显小于待测电阻，因此滑动 变阻器必须用分压器接法。 若电压表选V2（50V），因为电源电压15V不足其量程 的1/3，所以电压表应选V1（10V）。
如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始 连续可调，也没有要求多测几组数据，而且滑动变阻 器的阻值比待测电阻的阻值大，并且在滑动变阻器连 成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作，这时 应从节省电能（ P ＝EI ）和电路简单考虑，选用限 源 流电路。
(2) 分压电路
RX
负载RX的电压调节范围0---E
不亮
微亮
逐渐变亮
正常发光
（1）画出I-U图线。 （2）从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是：__。 （3）这表明导体的电阻随温度升高而_________。 答案（1）略（2）电阻开始不变，后来逐渐增大。（3）增大。
有一个小灯泡上标有“6V，1W”字样，现在要测量这个灯泡的I-U图线。下 列器材可供选用。 A.电压表（0—5V，5kΩ） B.电压表（0—10V，10kΩ） C.电流表（0—0.3A，5Ω） D.电流表（0—0.6A，2Ω） E.滑动变阻器(30Ω，2A) F.学生电源（直流9V）还有导线、电键等。 （1）实验中所用电压表应选用 ，电流表应选用 。 （2）在方框中画出实验电路图。 12．“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验电路图如图所示。 （1）请你按该电路图将图所示中各器材连成实验电路。 (2)合上开关前，应把滑动变阻器滑至＿＿＿处（由实物图13所示 填“最左端”、“最右端”或“中间）。 ⑶导致实验结果伏安特性曲线不是一条直线的关键因素是 。
4.仪器的选择
⑴安全性原则
要保证所用仪器的安全，电源最大允许通过的 电流、电压表和电流表的量程、滑动变阻器允许通 过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电 源、电表和用电器时，保证其电流和电压均不超过 使用的量程。
⑵准确性原则
尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和 电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务 必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），电表 达不到满偏的1/3是不允许的。
【实验原理】
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，也就是U-I曲线是条过原点的直线。但是实际电路中 由于各种因素的影响，U-I曲线就可能不是直线。根据分压电 路的分压作用，当滑片C由A端向B端逐渐移动时，流过小电 珠的电流和小电珠两端的电压，由零开始逐渐变化，分别由 电流表、电压表示出其值大小，将各组I、U值描绘到U--I坐 标上，用平滑的曲线连接各点，即得到小灯泡的伏安特性曲 线.