專題14：電學(xué)實(shí)驗(yàn)知識點(diǎn)(學(xué)生版)

第十四章：電學(xué)實(shí)驗(yàn)一、電路設(shè)計(jì)或器材選擇原則1、安全性：要注意到各種電表均有、電阻均有最大允許和最大功率，電源也有最大允許，不能燒壞儀器。2、準(zhǔn)確性：在實(shí)驗(yàn)方案、儀器、儀器量程的選擇上，應(yīng)使實(shí)驗(yàn)誤差盡可能的小。保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般要大于滿偏度的），以減少測讀誤差。3、便于調(diào)節(jié)：實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)便于操作，便于讀數(shù)。二、描繪小燈泡的伏安特性曲線、伏安法測電阻、測量電阻的電阻率考慮：電壓表、電流表的量程的選擇；電流表的內(nèi)外接；滑動變阻器的分壓限、流接法：用分壓接法時，滑動變阻器應(yīng)該選用阻值小的；用限流接法時，滑動變阻器應(yīng)該選用阻值和被測電阻接近的；電流表的內(nèi)外接產(chǎn)生誤差的原因；游標(biāo)卡尺與螺旋測微器讀數(shù)：游標(biāo)卡尺不估讀，螺旋測微器估讀；1、實(shí)驗(yàn)原理在純電阻電路中，電阻兩端的電壓與通過電阻的電流是線性關(guān)系，但在實(shí)際電路中，由于各種因素的影響，U—I圖像不再是一條直線。讀出若干組小燈泡的電壓U和電流I，然后在坐標(biāo)紙上以U為縱軸，以I為橫軸畫出U—I曲線。2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）、適當(dāng)選擇電流表，電壓表的量程，采用電流表的接法，按圖中所示的原理電路圖連接好實(shí)驗(yàn)電路圖。（2）、滑動變阻器采用接法，把滑動變阻器的滑動片調(diào)至滑動變阻器的A端，電路經(jīng)檢查無誤后，閉合電鍵S。（3）、改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U，記入記錄表格內(nèi)，斷開電鍵S；（4）、在坐標(biāo)紙上建立一個直角坐標(biāo)系，縱軸表示電流I，橫軸表示電壓U，用平滑曲線將各點(diǎn)連接起來，便得到伏安特性曲線。（5）、拆去實(shí)驗(yàn)線路，整理好實(shí)驗(yàn)器材。3、注意事項(xiàng)（1）、因本實(shí)驗(yàn)要作出I—U圖線，要求測出一組包括零在內(nèi)的電壓、電流值，因此，變阻器要采用分壓接法；（2）、本實(shí)驗(yàn)中，因被測小燈泡電阻較小，因此實(shí)驗(yàn)電路必須采用電流表外接法；（3）、電鍵閉合后，調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置，使小燈泡的電壓逐漸增大，可在電壓表讀數(shù)每增加一個定值（如0.5V）時，讀取一次電流值；調(diào)節(jié)滑片時應(yīng)注意使電壓表的示數(shù)不要超過小燈泡的額定電壓；（4）、電鍵閉合前變阻器滑片移到圖中的A端；（5）、坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)所取的分度例應(yīng)該適當(dāng)，盡量使測量數(shù)據(jù)畫出的圖線占滿坐標(biāo)紙。連線一定用平滑的曲線，不能畫成折線。4、誤差分析AＵＲＵAＩ測ＲAＲAＵＲＵAＩ測ＲAＲxＵ測ＲVV（2）、描繪I—U線時作圖不準(zhǔn)確造成的偶然誤差。5、知識延伸5.1電流表的解法：（1）內(nèi)接法：如圖所示，待測電阻的測量值：顯然所以Ｉ測ＲxＵ測ＲVＩ測ＲxＵ測ＲVVIVIRA（2）外接法：如圖所示，待測電阻的測量值：顯然有：所以當(dāng)時，，，系統(tǒng)的相對誤差忽略，所以外接法適用于測量阻值電阻。（3）試觸法選擇內(nèi)、外接法：具體方法是，在如圖所示的電路中，改變電表的連接方式，拿電壓表的一個接線柱分別接觸M、N兩點(diǎn)，觀察電壓表和電流表的示數(shù)變化，如果電流表變化明顯，說明電壓表內(nèi)阻對電路影響較大，應(yīng)采用接法；如果電壓表變化明顯，說明電流表內(nèi)阻對電路影響較大，應(yīng)采用接法。5.2滑動變阻器的限流接法和分壓接法：電路負(fù)載上電壓調(diào)節(jié)范圍負(fù)載上電流調(diào)節(jié)范圍閉合開關(guān)前觸電所處位置相同條件下消耗的總功率限流接法RRLR0Sabεr0Pb端分壓接法RRLR0Sabεr0Pa端比較分壓電路調(diào)節(jié)范圍大分壓電路調(diào)節(jié)范圍大都為了保護(hù)負(fù)載電路限流電路能耗小實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇限流接法和分壓接法。（1）通常情況下（滿足安全條件），由于能耗較小，電路結(jié)構(gòu)簡單，因此應(yīng)優(yōu)先考慮。（2）在下列情況下必須采用分壓接法。①要使某部分電路的電壓或電流，只有分壓接法才能滿足。②如果實(shí)驗(yàn)所提供的電表量程或其它元件允許通過的最大電流很小，若采用限流接法，無論怎樣調(diào)節(jié)，電路中實(shí)際電流（或電壓）都會，為了保護(hù)電表或其它元件，必須采用分壓接法。③伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)滑動變阻器的阻值遠(yuǎn)小于待測電阻時，若采用限流接法，待測電阻上的電流（或電壓）變化很小，不利于多次測量求平均值或用圖像處理數(shù)據(jù)，也起不到保護(hù)用電器的作用，應(yīng)選用分壓接法。6、游標(biāo)卡尺與螺旋測微器讀7、測量電阻的方法1、歐姆表粗測2、伏安法（電壓表＋電流表）原理：3、伏安法的拓展（電表的選取應(yīng)注意安全性、準(zhǔn)確性）（1）利用已知內(nèi)阻的電壓表測定值電阻的阻值（用電壓表算電流）（2）利用已知內(nèi)阻的電流表測定值電阻的阻值（用電流表算電壓）（3）電壓表、電流表混合用4、電表內(nèi)阻的測量方法（1）、互測法：①電流表、電壓表各一只，可以測量它們的內(nèi)阻：②兩只同種電表，若知道一只的內(nèi)阻，就可以測另一只的內(nèi)阻：③兩只同種電表內(nèi)阻都未知，則需要一只電阻箱才能測定電表的內(nèi)阻：（2）替代法：（3）、半偏法：恒壓半偏恒流半偏恒壓半偏恒流半偏三、電壓表和電流表改裝考慮：電流表改裝并聯(lián)小電阻；電壓表改裝串聯(lián)大電阻；1、電流表原理和主要參數(shù)電流表G是根據(jù)通電線圈在磁場中受磁力矩作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理制成的，且指什偏角θ與電流強(qiáng)度I成正比，即θ＝kI，故表的刻度是均勻的。電流表的主要參數(shù)有，表頭內(nèi)阻Rg：即電流表線圈的電阻；滿偏電流Ig：即電流表允許通過的最大電流值，此時指針達(dá)到滿偏；滿偏電壓U：即指針滿偏時，加在表頭兩端的電壓，故Ug＝IgRg2、半偏法測電流表內(nèi)阻Rg方法：合上S1，調(diào)整R的阻值，使電轉(zhuǎn)到滿流表指針刻度，再合上開關(guān)S2，調(diào)整R′的阻值（不可再改變R），使電流表指針偏轉(zhuǎn)到正好是滿刻度的一半，可以認(rèn)為Rg=R′。條件:當(dāng)R比R′大很多2.1電流表半偏法測內(nèi)阻的誤差分析用如圖1所示的電路測電流表的內(nèi)阻時，設(shè)電流表的滿偏電流為Ｉｇ，則開關(guān)即的測量值小于真實(shí)值．相對誤差為2.1減小誤差為使實(shí)驗(yàn)誤差較小，必須使3、電壓表的改裝（1）原理：很小，不能直接換刻度測電壓，需要串聯(lián)一個如圖所示的分壓電阻。（2）分壓電阻的計(jì)算：由串聯(lián)電路的特點(diǎn)知：則：因?yàn)殡妷簲U(kuò)大表頭量程的倍數(shù)：所以注：相同的表頭改裝成的不量程的電壓表串聯(lián)，指針偏轉(zhuǎn)角度相同。4、電流表的改裝（1）原理：很小，不能直接換刻度測電流，需要并聯(lián)一個如圖所示的分流電阻。（2）分流電阻的計(jì)算：由并聯(lián)電路的特點(diǎn)知則：因?yàn)殡娏鲾U(kuò)大表頭量程的倍數(shù)：所以注：相同表頭改裝成量程不同的電流表并聯(lián)，指針偏轉(zhuǎn)角度相同。四、測量電源電動勢和電阻考慮：電壓表、電流表的量程的選擇；電流表的內(nèi)接，即電壓表直接測量電源的路端電壓；滑動變阻器、電壓表的選擇；1.實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)閉合電路的歐姆定律，其方法有：（1）如圖甲所示，改變變阻器的阻值，從電流表、電壓表中讀出幾組U和I的值，由可得，。（2）為減小誤差，至少測出六組U和I值，且變化范圍要大些，然后在U—I圖中描點(diǎn)作圖，由圖線縱截距和斜率找出E，，如圖乙所示。2.實(shí)驗(yàn)步驟（1）恰當(dāng)選擇實(shí)驗(yàn)器材，照圖連好實(shí)驗(yàn)儀器，使開關(guān)處于斷開狀態(tài)且滑動變阻器的滑動觸頭滑到使接入電阻值最大的一端。（2）閉合開關(guān)S，接通電路，記下此時電壓表和電流表的示數(shù)。（3）將滑動變阻器的滑動觸頭由一端向另一端移動至某位置，記下此時電壓表和電流表的示數(shù)。（4）繼續(xù)移動滑動變阻器的滑動觸頭至其他幾個不同位置，記下各位置對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)。（5）斷開開關(guān)S，拆除電路。（6）在坐標(biāo)紙上以U為縱軸，以I為橫軸，作出U—I圖象，利用圖象求出E、r。3.實(shí)驗(yàn)誤差分析（1）偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U—I圖象時描點(diǎn)不很準(zhǔn)確。（2）系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差來源于未計(jì)電壓表分流，近似地將電流表的示數(shù)看作干路電流。實(shí)際上電流表的示數(shù)比干路電流略小。如果由實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出圖中實(shí)線（a）所示的圖象，那么考慮到電壓表的分流后，得到的U—I圖象應(yīng)是圖中的虛線（b），由此可見，按圖所示的實(shí)驗(yàn)電路測出的電源電動勢，電源內(nèi)電阻。說明：①外電路短路時，電流表的示數(shù)（即干路電流的測量值）等于干路電流的真實(shí)值，所以圖中（a）、（b）兩圖線交于短路電流處。②當(dāng)路端電壓（即電壓表示數(shù)）為時，由于電流表示數(shù)小于干路電流，所以（a）、（b）兩圖線出現(xiàn)了圖中所示的差異。4.注意事項(xiàng)（1）電流表要與變阻器靠近，即電壓表直接測量電源的路端電壓。（2）選用內(nèi)阻適當(dāng)大一些的電壓表。（3）兩表應(yīng)選擇合適的量程，使測量時偏轉(zhuǎn)角大些，以減小讀數(shù)時的相對誤差。（4）盡量多測幾組U、I數(shù)據(jù)（一般不少于6組），且數(shù)據(jù)變化范圍要大些。（5）作U—I圖象時，讓盡可能多的點(diǎn)落在直線上，不落在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)。5.數(shù)據(jù)處理的方法（1）本實(shí)驗(yàn)中，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，一般用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即根據(jù)各次測出的U、I值，作U—I圖象，所得圖線延長線與U軸的交點(diǎn)即為電動勢E，圖線斜率的值即為電源的內(nèi)阻r，即。（2）應(yīng)注意當(dāng)電池內(nèi)阻較小時，U的變化較小，圖象中描出的點(diǎn)呈現(xiàn)如圖（甲）所示狀態(tài)，下面大面積空間得不到利用，所描得的點(diǎn)及作出的圖線誤差較大。為此，可使縱軸不從零開始，如圖（乙）所示，把縱坐標(biāo)比例放大，可使結(jié)果誤差小些。此時，圖線與縱軸的交點(diǎn)仍代表電源的電動勢，但圖線與橫軸的交點(diǎn)不再代表短路狀態(tài)，計(jì)算內(nèi)阻要在直線上選取兩個相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，由它們的坐標(biāo)值計(jì)算出斜率的絕對值，即為內(nèi)阻r。6.實(shí)驗(yàn)儀器的選擇本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差來源于未計(jì)電壓表的分流。為減小該誤差，需要減小電壓表的分流。減小電壓表分流的方法有二方面，一是選取阻值范圍小的滑動變阻器，二是在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較大的電壓表。由于選用了阻值范圍小的滑動變阻器，所以電路中電流較大，因而，還需要滑動變阻器的額定電流較大。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)中滑動變阻器的選擇原則是：阻值范圍較小而額定電流較大；電壓表的選擇原則是：在滿足量程要求的前提下選取內(nèi)阻較大的；電流表的選擇需根據(jù)電源電動勢和選用的滑動變阻器來確定。五、多用表的使用：考慮：電路電流紅表筆流入、黑表筆流出；機(jī)械調(diào)零、歐姆調(diào)零操作；刻度盤讀數(shù)；每換一次檔位，需重新調(diào)零;使用結(jié)束后將開關(guān)旋轉(zhuǎn)至OFF或交流高壓擋；歐姆表的改裝：（1）主要部件：表頭、可調(diào)電阻、電源、紅黑表筆等。電路如圖。（2）原理：由閉合電路歐姆定律得：，，與不成正比，時，。（3）刻度盤的特點(diǎn)：①零刻度線在最右端，從右向左讀數(shù)；②刻度不均勻，前疏后密。中值電阻附近誤差小。③當(dāng)紅、黑表筆不接觸時（右圖），相當(dāng)于被測電阻，此時電流表的電流為零，所以電流表零刻度的位置是電阻擋刻度的“”位置。注：因歐姆表示數(shù)為零時：，中值時：，則中值電阻（電流表的指針指到刻度盤的中央時所對應(yīng)的Rx叫中值電阻）為。（4）使用方法：1．機(jī)械調(diào)零，用小螺絲刀旋動定位螺絲使指針指在左端電流零刻度處，并將紅、黑表筆分別接入“+”、“－”插孔。

2．選擋：選擇開關(guān)置于歐姆表“×1”擋。

3．短接調(diào)零：在表筆短接時調(diào)整歐姆擋的調(diào)零旋鈕使指針指在右端電阻零刻度處，若“歐姆零點(diǎn)”旋鈕右旋到底也不能調(diào)零，應(yīng)更換表內(nèi)電池。

4．測量讀數(shù):將表筆搭接在待測電阻兩端,讀