初三电学实验基础.docx

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初三电学实验基础

课题2电学实验

富兰克林与避雷针的故事

在十八世纪以前，人们还不能正确地认识雷电到底是什么。

当时人们普遍相信雷电是上帝发怒的说法。

一些有识之士试图解释雷电的起因，但从未成功，学术界比较流行的是雷电是“气体爆炸”的观点。

在一次试验中，富兰克林的妻子不小心碰到了莱顿瓶被击中倒地，面色惨白，足足在家躺了一个星期才恢复健康。

这虽是的一起意外事件，但富兰克林却由此而想到了空中的雷电。

他经过反复思考，断定雷电也是一种放电现象，它和在实验室产生的电在本质上是一样的。

于是，他写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论文，并送给了英国皇家学会。

但富兰克林的伟大设想竟遭到了许多人的嘲笑，有人甚至嗤笑他是“想把上帝和雷电分家的狂人”。

富兰克林决心用事实来证明一切。

1752年6月的一天，阴云密布，电闪雷鸣。

富兰克林和他的儿子威廉一道，带着上面装有一个金属杆的风筝来到空旷地带。

富兰克林高举起风筝，他的儿子拉着风筝线飞跑，风筝很快就被放上高空。

刹那，雷电交加，大雨倾盆。

富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线，焦急的期待着，此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝，立即掠过一种恐怖的麻木感。

他抑制不住内心的激动，大声呼喊：

“威廉，我被电击了！

”随后，他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。

回到家里以后，富兰克林用雷电进行了各种电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。

富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说，在这次实验中得到了光辉的证实。

风筝实验使富兰克林在全世界科学界的名声大振。

英国皇家学会给他送来了金质奖章，聘请他担任皇家学会的会员。

他的科学著作也被译成了多种语言。

他的电学研究取得了初步的胜利。

然而，在荣誉和胜利面前，富兰林没有停止对电学的进一步研究。

1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是做电实验的第一个牺牲者。

血的代价，使许多人对雷电试验产生了戒心和恐惧。

但富兰克林在死亡的威胁面前没有退缩，经过多次试验，他制成了一根实用的避雷针。

他把几米长的铁杆，用绝缘材料固定在屋顶，杆上紧拴着一根粗导线，一直通到地里。

当雷电袭击房子的时候，它就沿着金属杆通过导线直达大地，房屋建筑完好无损。

1754年，避雷针开始应用，但有些人认为这是个不祥的东西，违反天意会带来旱灾。

就在夜里偷偷地把避雷针拆了。

然而，科学终于将战胜愚昧。

一场挟有雷电的狂风过后，大教堂着火了；而装有避雷针的高层房屋却平安无事。

事实教育了人们，使人们相信了科学。

避雷针相继传到英国、德国、法国，最后普及世界各地。

一、基本实验

1．伏安法测灯泡的额定功率

（1）原理：

P=UI

（2）电路图：

如右图

（3）选择和连接实物时须注意：

电源：

其电压高于灯泡的额定电压

滑动变阻器：

接入电路时要变阻，且调到最大值。

根据能否调到灯泡的额定电压选择滑动变阻器。

电压表：

并联在灯泡的两端“+”接线柱流入，“－”接线柱流出。

根据额定电压选择电压表量程。

电流表：

串联在电路里“+”接线柱流入，“－”接线柱流出。

根据I额=P额/U额或I额=U额/R选择量程。

2．电功率测量实验的故障分析

（1）灯泡不亮，电压表有明显偏转（接近或等于电源电压），电流表无偏转——灯泡断路（灯丝熔断或灯座接触不良）或电压表电流表互相接错位置；

（2）灯泡不亮，电流表有明显偏转，电压表无偏转——灯泡短路；

（3）灯泡不亮或很暗，电流表、电压表偏转均很小，移动滑动变阻器的滑片时电路无明显变化——滑动变阻器电阻丝两端接线柱接入电路；

（4）灯泡过亮，电流表、电压表偏转均很大，移动滑动变阻器的滑片时电路无明显变化——滑动变阻器金属杆两端接线柱接入电路；

（5）灯泡过亮，电流表、电压表偏转均较大，移动滑动变阻器的滑片使其处于电阻最大一端时，灯泡仍不能下降至正常亮度——选择滑动变阻器的最大量程太小；

（6）灯泡过暗，电流表、电压表偏转均较小，移动滑动变阻器的滑片使其处于电阻最小一端时，灯泡仍不能达到至正常亮度——电源电压过低；

（7）灯泡正常发光，移动滑动变阻器的滑片时，灯泡也能正常改变亮度，但当电流表示数增大（或减小）时，电压表示数不变——电压表误接在电源两端；

（8）灯泡正常发光，移动滑动变阻器的滑片时，灯泡也能正常改变亮度，但当电流表示数增大（或减小）时，电压表示数减小（或增大）——电压表误接在滑动变阻器两端。

归纳总结：

常见电路故障：

断路、短路（电路连接错误）

状态

电路中电流

用电器

断路

无电流

不工作

短路

有大电流

不工作

电压表没示数：

（1）电压表以外发生断路；

（2）电压表以内发生短路。

电流表没示数：

（1）电流表以外发生断路；

（2）电流表被短路。

【见例1】

二、根据实验现象及数据总结规律

1．影响电阻大小因素

（1）实验原理：

在电压不变的情况下，通过电流的变化来研究导体电阻的变化。

（也可以用串联在电路中小灯泡亮度的变化来研究导体电阻的变化）

（2）实验方法：

控制变量法。

所以定论“电阻的大小与哪一个因素的关系”时必须指明“相同条件”

（3）结论：

导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，还与温度有关。

（4）结论理解：

导体电阻的大小由导体本身的材料、长度、横截面积决定。

与是否接入电路、与外加电压及通过电流大小等外界因素均无关，所以导体的电阻是导体本身的一种性质。

结论可总结成公式R=ρL/S，其中ρ叫电阻率，与导体的材料有关。

记住：

ρ银<ρ铜<ρ铝，ρ锰铜<ρ镍隔。

假如架设一条输电线路，一般选铝导线，因为在相同条件下，铝的电阻小，减小了输电线的电能损失；而且铝导线相对来说价格便宜。

【见例2】

2．探究电流与电压、电阻的关系（欧姆定律）

（1）实验步骤

①提出问题：

电流与电压电阻有什么定量关系？

②制定计划，设计实验：

要研究电流与电压、电阻的关系，采用的研究方法：

控制变量法。

即：

保持电阻不变，改变电压研究电流随电压的变化关系；保持电压不变，改变电阻研究电流随电阻的变化关系。

③进行实验，收集数据信息：

（会进行表格设计）

④分析论证：

（分析实验数据寻找数据间的关系，从中找出物理量间的关系，这是探究物理规律的常用方法。

）

⑤得出结论：

在电阻一定的情况下，导体中的电流与加在导体两端的电压成正比；在电压不变的情况下，导体中的电流与导体的电阻成反比。

（2）实验电路图：

【见例3】

3．伏安法测电阻

（1）定义：

用电压表和电流表分别测出电路中某一导体两端的电压和通过的电流就可以根据欧姆定律算出这个导体的电阻，这种用电压表电流表测电阻的方法叫伏安法。

（2）原理：

I=U/R

（3）电路图：

（右图）

（4）步骤：

①根据电路图连接实物。

连接实物时，必须注意开关应断开

滑动变阻器变阻：

（“一上一下”）

阻值最大（“滑片远离接线柱”）

电压表：

并联在灯泡的两端“+”接线柱流入，“－”接线柱流出。

根据额定电压选择电压表量程。

电流表：

串联在电路里“+”接线柱流入，“－”接线柱流出。

量程选择：

算最大电流I=U/Rx。

②检查电路无误后，闭合开关S，三次改变滑动变阻器，分别读出电流表、电压表的示数，填入表格。

③算出三次Rx的值，求出平均值。

④整理器材。

（5）讨论：

本实验中，滑动变阻器的作用：

改变被测电阻两端的电压（分压），同时又保护电路（限流）。

测量结果偏小是因为：

有部分电流通过电压表，电流表的示数大于实际通过Rx电流。

根据Rx=U/I电阻偏小。

【见例4】

4．焦耳定律

（1）“控制变量法”的运用

①控制电流和电阻相同，改变通电时间，研究电热与通电时间的关系。

②控制通电时间和电阻不变，改变电流，研究电热与电流的关系。

③控制通电时间和电流不变，改变电阻，研究电热与电阻的关系。

（2）实验电路图

串联式并联式

（3）实验过程与分析依据

①在两个相同的烧瓶中装满煤油，瓶中各放一根电阻丝，甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大，通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高，体积膨胀，煤油在玻璃管内上升，电流产生的热量越多，煤油上升得越高，观察煤油在玻璃管内上升的情况，就可以比较电流产生的热量的大小。

②接通电路一段时间，比较两瓶中的煤油哪个上升得高。

③在两玻璃管中的液柱降回原来高度后，调节滑动变阻器，加大电流重做上述实验，通电时间与前次相同，在两次实验中，比较甲瓶（或乙瓶）中的煤油哪次上升得高。

【见例5】

特别注意：

根据实验现象及数据总结规律的方法

1、认真读题，明确实验的目的；

2、回忆、提取相关规律；

3、观察实验数据，识别变量；

4、分析变量间的关系，用科学、准确的语言描述规律。

三、根据要求设计实验

1．测量性实验

（1）伏阻法测电阻

（2）安阻法测电阻

特别注意：

测量性实验步骤要写清：

1、用什么仪器？

2、测什么物理量？

3、用什么符号表示？

【见例6】

2．探究性实验

以研究电流与电阻的关系为例：

（1）写出所需要的实验器材。

6个阻值不同的定值电阻R1、R2、R3…，滑动变阻器、电源、电压表、电流表、开关、导线。

（2）画出实验电路图：

（3）完成实验步骤

①按电路图连接实物；

②移动变阻器滑片，观察电流表、电压表示数，记录实验数据；

③用R2代替R1，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数与第一次相同，观察电流表示数；记录实验数据；

④用其它电阻代替R2，重复实验步骤③，记录实验数据。

特别注意：

探究性实验设计的关键：

（1）谁是自变量？

自变量怎么变？

怎么测？

（2）谁是因变量？

因变量怎么测？

（3）谁是控制变量？

怎么控制？

【见例7】

【例1】为测量规格“6.3V，0.15A”小灯泡的额定功率，提供的实验器材有：

蓄电池（输出电压约10V）、滑动变阻器（有“10Ω，2A”、“50Ω，1.5A”两种规格）、电流表、电压表各一只。

（1）下图是小张测量时所连接的部分实物连线图，请你根据电路图补全实物连线图。

（2）实验中，小徐同学选择了规格为“10Ω，2A”的滑动变阻器，你预计会出现什么现象？

说明理由。

（3）在某次测量中，电流表、电压表读数如图所示，则电流表读数为，电压表读数为，此时应如何改变滑动变阻器的阻值才能测量小灯泡的额定功率？

（选填“变大”“变小”“不变”）。

1．如图甲所示，是“测定小灯泡的功率”实验的电路图；图乙是连接不完整的实验电路，其中电源为三节新的干电池，灯泡的额定电压为3.8V，其灯丝的电阻约为10，标有“101A”字样的滑动变阻器．要求：

（1）对照电路图用笔画线代替导线，将图乙实验电路中未连接部分连接好（注意两电表量程的选择）；

（2）当闭合电路的开关时，电路中可能出现的不正常的现象（见下表）．

顺序

电路中出现的不正常现象

原因

电灯的亮暗

电流表示数（A）

电压表示数（V）

甲

不亮

0

4.5

乙

很亮

0.42

4.2

丙

不亮

0.45

0

请你参考下列选项，把表中空白部分补充完整（只要填选取的选项代号）．

A．电路中e、f间断路B．电路中e、f间短路C．滑动变阻器连入电路中的电阻太小

（3）为了测出小灯炮的额定功率应调节的元件是________，使电压表示数为_______V．如果此时电流表的示数如图丙所示，则该灯泡的额定功率为______W．

2．在“测定小灯泡电功率”的实验中，小东同学已连接了下图所示的部分电路，小灯泡的额定电压为2.5V。

（1）在小东所连的电路中，有两根导线还未连好，请你帮他完成电路的连接（其它导线不要变动）；

（2）开关试触时，若发现电流表无示数，电压表示数较大，其故障原因可能是；

（3）实