(word完整版)高中物理电学实验

高中物理电学实验

【知识梳理】

一、描绘小灯泡的伏安特性曲线

1、实验原理

在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，U —I 图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡的电压U 和电流I ，然后在坐标纸上以U 为纵轴，以I 为横轴画出U —I 曲线。 2、实验步骤

（1）、适当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。

（2）、滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A 端，电路经检查无误后，闭合电键S 。

（3）、改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I 和，记入记录表格内，断开电键S ；

（4）、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 ，用平滑曲线将各点连接起来，便得到伏安特性曲线。

（5）、拆去实验线路，整理好实验器材。 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）、电键闭合后，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）、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A 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

电流表的解法：

（1）内接法：如图所示，待测电阻的测量值R 测：

A R A R

A x A R U U U U U R R R I I I I +===+=+测测测测显然>x R R 测所以x A R R R =-测

当>>x A R R 时，x R R ≈测，系统的相对误差很小，可以忽略不计，所以内

接法适用于测量高阻值电阻。

（2）外接法：如图所示，待测电阻的测量值R 测：

A Ｕ

Ｕ

Ｉ测

ＲＲＵ

ＲV Ｉ测 Ｒx

Ｕ

ＲV

V

I V

I R A

V x V R V

x

U U R R

R I I I R R =

==++测测测测 显然有：

R R R R R R R R =

=

--测测测测

当<

R →，x R R ≈测，系统的相对误差忽略，所以外接法适用于测量低阻值电阻。

（3）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响 电路

负载L R 上电压调节范围 负载L R 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 b 端

分压接法

a 端

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。

【例1】某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件。图为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：

R L R 0 S

a b ε r 0

P R L R 0 S

a b ε r 0

P

器材（代号） 规格 电流表（A 1） 电流表（A 2） 电压表（V 1） 电压表（V 2） 滑动变阻器（R 1） 滑动变阻器（R 2） 直流电源（E ） 开关（S ） 导线若干

量程0~50mA ，内阻约为50Ω 量程0~200mA ，内阻约为10Ω 量程0~3V ，内阻约为10k Ω 量程0~15V ，内阻约为25k Ω 阻值范围0~15Ω，允许最大电流1A 阻值范围0~1k Ω，允许最大电流100mA 输出电压6V ，内阻不计 ①为提高实验结果的准确程度，电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 。（以上均填器材代号）

②为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号。 ③若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？

相同点： ， 不同点： 。

解析：①图像中电流0～0.14A ，电流表选A 2；电源电压6V ，但图像只要求电压在0～3V 之间调整，为了测量准确电压表选V 1；由于绘制图像的需要，要求电压从0～3V 之间调整，所以滑动变阻器只能采用分压式接法，为了能很好调节电压，滑动变阻器应选用阻值较小的R 1。

②该元件约几十Ω，

A

V R R R R >，电压表的分流作用可以忽略，所以采用电

流表外接法；实验数据的采集要求从零开始，所以滑动变阻器采用分压式

接法。

③从图像的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点，突出都是“非线性”，图像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数。 二、电压表和电流表 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、半偏法测电流表内阻Rg 方法：合上S1，调整R 的阻值，使电转到满流表指针刻度，再合上开关S2，调整R ′的阻值（不可再改变R ），使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半，可以

认为Rg = R ′。 条件: 当 R 比R ′大很多 3、电压表的改装

（1）原理：g g g U I R =很小，不能直接换刻度测电压，需要串联一个如图所

示的分压电阻。

（2）分压电阻的计算：由串联电路的特点知：g g g U I R I R =+