電學(xué)實驗基礎(chǔ)

1、高中物理電學(xué)實驗基礎(chǔ)一、電表、電表的改裝1.靈敏電流表G（1）三個主要參數(shù)內(nèi)阻Rg:電流表線圈的電阻，大約幾歐到幾十歐。滿偏電流Ig:指針偏轉(zhuǎn)到最大刻度時的電流，大約幾十微安到幾毫安。滿偏電壓Ug:電流表通過Ig時兩端的電壓，大約零點幾伏。（2）三個參數(shù)間的關(guān)系：由歐姆定律可知Ug=IgRg注意：電表就是電阻。2.電壓表（1）電壓表的改裝電流表G 的電壓量程Ug=IgRg，當(dāng)改裝成量程為U的電壓表時，應(yīng)串聯(lián)一個電阻R分去多余的電壓U-Ug，電阻R叫分壓電阻。據(jù)串聯(lián)電路的特點得：解得：（2）電壓表的內(nèi)阻：Rv=Rg+R3.電流表的改裝電流表G 的電壓量程Ug=IgRg，當(dāng)改裝成量程為I的電流表時

2、，應(yīng)并聯(lián)一個電阻R分去多余的電流I-Ig，電阻R叫分流電阻。據(jù)并聯(lián)電路的特點得：解得：（2）電流表的內(nèi)阻：RA=Rg×R/(R+Rg)4.電流表改裝成歐姆表原理：閉合電路的歐姆定律如圖所示，當(dāng)紅、黑表筆短接時，調(diào)節(jié)R，使電流表的指針達到滿偏電流，此時指針?biāo)副肀P上滿刻度處對應(yīng)兩表筆間電阻為零。這時有：當(dāng)兩表筆間接入電阻Rx時，電流表的電流為：當(dāng)Rx改變時，Ix隨著改變，將電流表表盤上Ix處標(biāo)上對應(yīng)的Rx值，就構(gòu)成了歐姆表。中值電阻：歐姆表的內(nèi)阻即為中值電阻R中R內(nèi)R+Rg+r因Ix與Rx 不是線性關(guān)系，歐姆表表盤刻度不均勻。二、滑動變阻器的兩種接法1.限流接法如圖所示。用電器Rx的電

3、壓調(diào)節(jié)范圍：開關(guān)閉合前，變阻器連入的電阻應(yīng)調(diào)至最大，圖中P應(yīng)在a端。電路消耗的總功率為：EI限流接法的選用原則：測量時電路中的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只在小范圍內(nèi)變化，且待測電阻Rx與R接近時。電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓接法的要求時。兩種方法都滿足時優(yōu)先選用限流接法。2.分壓接法如圖所示Rx電壓調(diào)節(jié)范圍0UxE。開關(guān)閉合前，P應(yīng)在a端。電路消耗的總功率為：EI （I為Rx中的電流）分壓接法的選用原則：測量時要求電流或電壓從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)時。待測電阻Rx遠(yuǎn)大于R，且要求電壓變化范圍較大時。采用限流接法時，電路中實際電壓或電流的最小值仍超過Rx的額定值或電表

4、量程時。三、電阻的測量1.伏安法測電阻（1）原理：部分電路的歐姆定律。（2）電流表外接法，如圖所示。誤差分析：產(chǎn)生誤差的原因：電壓表V分流。適用于測小阻值電阻，即Rx遠(yuǎn)小于Rv時。（3）電流表內(nèi)接法，如圖所示。誤差分析：產(chǎn)生誤差的原因：電流表A分壓。適用于測大阻值電阻，即Rx遠(yuǎn)大于RA時。（4）內(nèi)、外接法的選用原則計算臨界電阻：若Rx>R0，待測電阻為大電阻，用內(nèi)接法，測量值大于真實值；若Rx<R0，待測電阻為小電阻，用外接法，測量值小于真實值；即大電阻，內(nèi)接法，測量值偏大；小電阻，外接法，測量值偏小?？捎洖椋骸按髢?nèi)大、小外小”。試觸法確定內(nèi)外接法：在不知道RV、RA、RX的大致值

5、時，可用試觸法，如圖所示：觸頭分別接觸a、b兩點，并利用比較與大小來判斷哪個電表示數(shù)變化明顯。若電壓表V示數(shù)變化大，說明A分壓大，應(yīng)用外接法；若電流表A示數(shù)變化大，說明V分流大，應(yīng)用內(nèi)接法。直接扣除電表內(nèi)阻分壓或分流造成的系統(tǒng)誤差。若電壓表內(nèi)阻RV已知，則選用外接法，；若電流表內(nèi)阻RA已知，則選用外接法，；若電壓表內(nèi)阻RV和電流表內(nèi)阻RA均已知，為了減小讀數(shù)誤差，則應(yīng)考慮哪種接法能使兩表的示數(shù)同時調(diào)至較大或接近滿偏，就選用那種接法。例1：某同學(xué)欲測一電阻Rx的阻值（約為300）可供選擇的儀器有：電流表A1，量程10mA;電流表A2，量程0.6A;電壓表V1，量程3V;電壓表V2，量程15V；電

6、源電動勢為4.5V。請同學(xué)們按圖接好電路，閉合S1后，把開關(guān)S2撥至a時，發(fā)現(xiàn)兩電表的指針偏轉(zhuǎn)的角度都在滿偏的4/5處；再把開關(guān)S2撥至b時，發(fā)現(xiàn)其中一個電表的指針偏轉(zhuǎn)幾乎不變，另一個電表的指針偏轉(zhuǎn)的角度在滿偏的3/4處；該同學(xué)在實驗中所選電壓表的量程為（3V）所選電流表的量程為（10mA ）Rx的測量值為（320）2.安安法測電阻若電流表內(nèi)阻已知，則可當(dāng)作電流表、電壓表及定值電阻來使用.（1）如右圖所示，當(dāng)兩電表所能測得的最大電壓接近時，如果已知A1的內(nèi)阻R1，則可測得A2的內(nèi)阻R2=I1R1/I2.（2）如右圖所示，當(dāng)兩電表的滿偏UA2UA1時，A1串聯(lián)一電阻R0，同樣則可測得R2的內(nèi)阻R

7、2=I1（R1+R0)/I2.例2.用以下器材測量一待測電阻的阻值，器材如下：電流表A1（量程250mA，內(nèi)阻r1=5);標(biāo)準(zhǔn)電流表A2（量程300mA，內(nèi)阻r2約為5);待測電阻R1（阻值約為100）；滑動變阻器R2（最大阻值為10）；電源E（電動勢約為10V，內(nèi)阻r約為1）；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。（1）要求方法簡捷，并能測多組數(shù)據(jù)，畫出實驗電路原理圖，并表明代號。（2）實驗中，需要直接測量的物理量是（ ）用測的量表示待測電阻R1的阻值的計算公式是（ ）答案：（1）原理圖如圖所示. （2）設(shè)兩電流表A1和A2的讀數(shù)為I1、I2，待測電阻R1阻值的計算公式為：3.伏伏法測電阻若電壓表內(nèi)阻已知，則可

8、當(dāng)作電流表、電壓表及定值電阻來使用。（1）如圖所示，當(dāng)兩電表的滿偏電流接近時，如果已知V1的內(nèi)阻R1，則可測得V2的內(nèi)阻R2=U2R1/U1.（2）如右圖所示，當(dāng)兩電表的滿偏電流IV2IV1時，V1并聯(lián)一電阻R0，同樣則可測得V2的內(nèi)阻例3.用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值（9001000）：電源E（電動勢約為9V，有一定內(nèi)阻）；電壓表V1（量程1.5V，內(nèi)阻r1=750);電壓表V2（量程5V，內(nèi)阻r2約為2500);滑動變阻器R（最大阻值為100）；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。（1）測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于量程的1/3，試畫出實驗中測量電阻Rx的電路原理圖。（2）若電壓表V1的讀數(shù)為U1，V2

9、的讀數(shù)為U2，則用已知量和測的量表示待測電阻Rx的阻值的計算公式是 （2004年全國） 答案：（1）原理圖如圖所示.（2）待測電阻RX阻值的計算公式為：變式訓(xùn)練：（2010福建）如圖所示是一些準(zhǔn)備用來測量待測電阻阻值的實驗器材，器材及其規(guī)格列表如下 為了能正常進行測量并盡可能減少測量誤差，實驗要求測量時電表的讀數(shù)大于其量程的一半，而且調(diào)節(jié)滑動變阻器能使電表讀數(shù)有較明顯的變化。請用實線代表導(dǎo)線，在所給的實驗器材圖中選擇若干合適的器材，連成滿足要求的測量阻值的電路。本小題屬于難題，要準(zhǔn)確答題就需要對實驗原理（伏安法、變阻器接法）、誤差分析有深刻理解。由于待測電阻約1000，要使電表讀數(shù)發(fā)生明顯變化

10、，滑動變阻器必須使用分壓式接法。當(dāng)電源電動勢全部加在待測電阻上時，流過的電流約為，顯然不能用電流表來測電流，而應(yīng)該把其中一個電壓表當(dāng)電流表來使用。由于兩電壓表的滿偏電流均為2mA，考慮到實驗要求測量時電表的讀數(shù)大于其量程的一半，若使用外接法，則無論電壓表V1或V2當(dāng)電流表來使用，均不能滿足題設(shè)要求；若使用內(nèi)接法，則只有電壓表V1當(dāng)電流表來使用，才能滿足題設(shè)要求，如圖所示。4.電阻箱或定值電阻當(dāng)電表用（1）電阻箱作電壓表用，如圖所示：可測得電流表A2的內(nèi)阻R2（I1-I2)R/I2圖中電阻箱R可測得電壓為（I1-I2)R（2）電阻箱作電流表用如圖所示，若已知R及RV,則測得干路電流為：5.比較法

11、測電阻如圖所示，測得電阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示數(shù)I1、I2，可得Rx=I2R1/I1.若考慮電表內(nèi)阻的影響，則I1(Rx+RA1)=I2(R1+RA2)6.替代法測電阻如圖所示，S接1，調(diào)節(jié)R2，讀出電流表示數(shù)為I；S接2，保持R2不變，調(diào)節(jié)電阻箱R1，使電流表示數(shù)也為I。由上可得：RX=R1該方法的優(yōu)點是消除了電表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響缺點是電阻箱內(nèi)阻不可以連續(xù)調(diào)節(jié)。 7.半偏法測電阻（1）半偏法測電流表內(nèi)阻方法一：如圖所示，測電流表G的內(nèi)阻：將電阻箱R的電阻調(diào)到0；閉合S調(diào)節(jié)R0，使電流表G達到滿偏電流I0；保持R0不變，調(diào)節(jié)R使電流表G示數(shù)為I0/2；由上可得RG=R注意：當(dāng)RG

12、R0時，測量誤差小，此方法適合測大阻值電流表內(nèi)阻，且測量值偏大方法二：如圖所示測量電流表A的內(nèi)阻斷開S2，閉合S1，調(diào)節(jié)R0，使A表滿偏為I0;保持R0不變，閉合S2，調(diào)節(jié)R，使電流表讀數(shù)為I0/2；由上得RA=R注意：當(dāng)R0RA時，測量誤差小，此方法適合測小阻值電流表內(nèi)阻，且測量值偏小。電源電動勢宜大一些。（2）半偏法測電壓表內(nèi)阻方法一：如圖所示，測電壓表V的內(nèi)阻：閉合S,將電阻箱R的電阻調(diào)到R1時，測得電壓表V示數(shù)為U1；調(diào)節(jié)電阻箱阻值為R2，使電壓表V的示數(shù)為U1/2；由上可得RV=R2-2R1方法二：如圖所示，測電壓表V的內(nèi)阻：將滑動變阻器的畫片P滑到最右端，電阻箱R的阻值調(diào)到最大；閉

13、合S1、S2，調(diào)節(jié)R0，使電壓表示數(shù)指到滿刻度；打開S2，保持R0不變，調(diào)節(jié)R，使電壓表示數(shù)指到滿刻度的一半；由上可得RV=R8.歐姆表測電阻機械調(diào)零 選檔 歐姆調(diào)零測電阻Rx. 改換檔位 重新歐姆調(diào)零 測電阻注意：待測電阻的讀數(shù)應(yīng)為表盤讀數(shù)乘以倍數(shù)，指針應(yīng)指在表盤刻度的1/32/3的部分，否則需換擋，換擋后需重新歐姆調(diào)零。9.消除電表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響例4.伏安法測電阻電路由于電表內(nèi)阻的影響，不論電表內(nèi)接還是外接都存在系統(tǒng)誤差，為消除系統(tǒng)誤差而設(shè)計的補償電路如圖所示，完成下列實驗步驟并寫出待測電阻Rx的表達式。先將S1閉合。 將S2與1閉合，調(diào)節(jié)R，讀出電壓表讀數(shù)U1，安培表讀數(shù)I1根據(jù)上

14、述測量結(jié)果，算出Rx 答案：將S2與2閉合，調(diào)節(jié)R，讀出電壓表讀數(shù)U2，電流表讀數(shù)I2變式訓(xùn)練：伏安法測電阻電路由于電表內(nèi)阻的影響，不論電表內(nèi)接還是外接都存在系統(tǒng)誤差，為消除系統(tǒng)誤差而設(shè)計的補償電路如圖所示，完成下列實驗步驟并寫出待測電阻Rx的表達式。先將S2斷開、S1閉合。 調(diào)節(jié)R、R0，使兩表均有較大示數(shù)，讀出電壓表讀數(shù)U1，安培表讀數(shù)I1根據(jù)上述測量結(jié)果，算出Rx 答案：將S2閉合，調(diào)節(jié)R，讀出電壓表讀數(shù)U2，電流表讀數(shù)I2四、實物圖連線要求：導(dǎo)線不能有交叉、分支，導(dǎo)線必須接在接線柱上；電表的正負(fù)極與電源的正負(fù)極不能接錯。例5.為了測量一個“12V、5W”的小燈泡的不同電壓下的功率，給定

15、了以下器材： 電源：12V，內(nèi)阻不計；電流表：00.6A，03A，內(nèi)阻可忽略； 電壓表：03V，015V，內(nèi)阻很大； 滑動變阻器；阻值范圍020，允許最大電流1A； 開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。 實驗時要求加在燈泡兩端的電壓可從0V調(diào)到12V.請在右框中畫出實驗電路圖.按畫出的電路圖，在下面圖3的實物圖上連接.某位同學(xué)測得小燈泡的伏安特性曲線如圖4所示。某次測量時，電流表指針位置如圖5所示，電流表讀數(shù)為 A，此時小燈泡的實際功率為 W。答案：電路圖如右圖所示 電流表選0.6A量程，電壓表選15V量程 。實物圖連接如下圖所示：0.40 2.4 練習(xí)：1.現(xiàn)有器材：電壓表（量程3V，內(nèi)阻約幾千歐），電壓表

16、（量程15V，內(nèi)阻約幾十千歐），定值電阻（3.0k ），滑動變阻器R（01750 ），直流電源（約6V，內(nèi)阻不計），開關(guān)、導(dǎo)線若干，要求利用這些器材測量電壓表的電阻值（1）在方框中畫出實驗電路圖（2）用已知量和直接測得量表示的電壓表內(nèi)阻的表達式為r _式中各直接測得量的意義是：_【答案】 U1為電壓表V1的示數(shù)，U2為電壓表V2的示數(shù) 2.用伏安法測定一個阻值約1k的電阻，要求測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確（1）下列器材中應(yīng)選用的是（用字母代號表示）A電池組（6V，內(nèi)阻很?。〣電流表（010mA，內(nèi)阻約10） C電流表（01mA，內(nèi)阻約100）D電壓表（03V，內(nèi)阻約5k）E電壓表（06V，內(nèi)阻約10k）F

17、滑動變阻器（020，1A）G滑動變阻器（0200，0.3A）H開關(guān)、導(dǎo)線（2）在方框中畫出實驗電路圖。（3）將實物連接成實驗電路?！敬鸢浮浚?）ABEFH（2）電路圖注意：分壓式和外接法（3）如圖所示3.在做“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，采用的儀器有：電源E（電動勢6V，內(nèi)阻不計）；額定電壓4.0V的小燈泡L；電流表A（量程0.6A，內(nèi)阻約2）；電壓表表V（量程5V，內(nèi)阻約15k）；滑動變阻器R（最大阻值15）；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。實驗中要求加在小燈泡上的電壓從零到小燈泡的額定電壓連續(xù)可調(diào)。I在做實驗時，連成的實物電路圖如下：請你指出上述實驗電路圖中的錯誤之處： 請你在虛線方框中畫出實驗

18、所用的正確電路原理圖。 如圖所示為某同學(xué)根據(jù)正確的實驗電路圖所測的幾組數(shù)據(jù)畫出的IU圖象。圖象是一條曲線而不是直線的原因是 ；從圖象中可求得小燈泡正常發(fā)光時的電阻是 ?！敬鸢浮縄電流表沒有接成外接電路 滑動變阻器沒有接成分壓電路。 見下圖 燈絲電阻隨溫度而改變（燈絲電阻隨I或隨U改變亦可）10（9.5到10.5之間都給分）4使用萬用電表歐姆擋測電阻時：測量前應(yīng)檢查指針是否停在“W”刻度線的“”處；每一次換檔位，都要重新進行一次“歐姆調(diào)零”；在外電路，電流是從黑表筆流經(jīng)被測電阻到紅表筆的。測量時，若指針偏轉(zhuǎn)很小(靠近附近)，應(yīng)換倍率較大的檔位再測。以上做法正確的是（ C ）ABCD 5.測量電流表內(nèi)阻的電路圖如圖所示，實驗的操作步驟如下： 將電阻箱R的電阻調(diào)到零；閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1的滑片，使得電流表達到滿偏電流I0； 保持滑動變阻器的滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱的電阻，使得電流表的示數(shù)為I0/2； 讀出電阻箱的電阻值Rx，可以認(rèn)為電流表的內(nèi)阻rRx。關(guān)于此實驗的操作方面：（1）請用鉛筆線代表導(dǎo)線，將示意圖中的實物連成測量電路。（2）已知電流表的量程是2mA，內(nèi)阻約