103电学实验.docx

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103电学实验

电学实验专题复习系列

高考分析：

根据近几年高考试题来看，电学实验基本上成了一个必考知识点。

目前理科综合比较倾向于一个小实验＋一个电学实验的考查方式。

电学实验的考查注重基本的实验操作，最近几年更加注重学生对实验原理、方法的理解程度和迁移应用能力的考查。

在每年的高考中均有设计性实验，而设计实验的依据就是基本实验的实验原理中蕴藏的思想方法的迁移。

只有深刻理解实验的思想方法才能根据实际情况设计出最佳实验方案。

在设计实验方案的时候要注意题中所给信息的隐含意义。

比如：

要求尽可能多次测量，测量精度尽可能高。

电源要关心其电动势和内电阻，电动势用于估算，内电阻是否考虑也往往有用。

对于电表要关心量程和内电阻，量程主要考虑安全、可读数，而内电阻考虑内外接法，误差校正，甚至可以视为一个电阻使用。

滑动变阻器要看电阻和额定电流，电阻一般考虑限流或者分压，额定电流主要考虑安全性。

看到电阻箱更加多的信息，它可以充当限流电路中的滑动变阻器，也可以作为一个（甚至几次达到多个）已知阻值的电阻使用（替代法、半偏法、只用一个电表测电阻）。

开关也不可小视，如果给出几个开关或者单刀双掷开关往往别用用意。

专题一、电表的使用、改装、校准

一、电表的使用

1、安全的原则：

不能超量程测量；电流从正极流入，负极流出；电压表与待测电路串联，电流表与待测电路并联

2、准确（可读）的原则：

电表指针偏转至少1／3以上才能准确读数。

3、读数的原则：

凡仪器最小刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字）；凡仪器最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读（小数位数与最小刻度一致）。

备注：

对于刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数都需要估读，游标卡尺、电阻箱不需要估读，秒表既可估读也可不估读，欧姆表刻度不均匀可以按照半刻度估读。

估读一般可以根据仪器的最小分度分别采用1／2、1／5、1／10估读的方法。

一般：

最小分度是2的（包括0.2、0.02）采用1／2估读，最小分度是5（0.5、0.05）的，采用1／5估读，最小分度是1（0.1、0.01）的采用1／10估读。

4、内阻的影响：

理论上电压表的内阻越大越好，电流表的内阻越小越好。

（对原电路影响小）

实际电表的等效：

电流表等效为一个理想电流表和一个小电阻串联；电压表等效为一个理想电压表与一个大电阻并联。

二、电表的改装

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，且指针偏角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Rg：

即电流表线圈的电阻；满偏电流Ig：

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Ug＝IgRg。

当指针不动的时候，可以应用欧姆定律计算：

表头能够承担的电压和电流都比较小，要承担较大的电压，就必须用一个器件来分担电压….

2、电流表改装成电压表

方法：

串联一个分压电阻R，如图所示，若量程扩大n倍，即n＝

，则根据分压原理，需串联的电阻值

，故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。

实际上加在表头上的电压并没有增加，依靠R来分担电压。

3、电流表改装成电流表

方法：

并联一个分流电阻R，如图所示，若量程扩大n倍，即n＝

，则根据并联电路的分流原理，需要并联的电阻值

，故量程扩大的倍数越高，并联的电阻值越小。

需要说明的是，改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。

例1、一电流表G，内阻Rg＝100Ω，满偏电流Ig＝3mA，把它改装成量程为3V的电压表，需串联一个多大的电阻？

该电压表的内阻多大？

解析：

当电压表两端电压3V时，G表头分担的电压Vg＝IgRg＝0.3V，分压的内阻R分担的电压VR＝V－Vg＝2.7V，由串联电路的分压原理得R＝RgUR/Ug＝900Ω，即电流表G串联900Ω的分压电阻后，就改装成量程为3V的电压表．

电压表的内阻RV＝R＋Rg＝1000Ω

点拨：

电流表改装成电压表，串联一个阻值越大的电阻，改装后的电压表量程就越大，与电流表G串联的分压电阻越大，改装后的电压表的内阻就越大．

例2、如图所示，四个相同的电流表分别改装成两个安培表和两个伏特表。

安培表A1的量程大于A2的量程，伏特表V1的量程大于V2的量程，把它们按图接入电路，则

安培表A1的读数安培表A2的读数；

安培表A1的偏转角安培表A2的偏转角；

伏特表V1的读数伏特表V2的读数；

伏特表V1的偏转角伏特表V2的偏转角；

（填“大于”，“小于”或“等于”）解：

大于等于大于等于

跟踪发散：

练习1、如图所示，电压表由电流表G与电阻R串联而成。

若在使用中发现此电压表的读数总比准确值偏小一些，可采用下列哪种措施加以改进（）

A．在R上并联一个比其小得多的电阻B．在R上并联一个比其大得多的电阻

C．在R上串联一个比其小得多的电表D．在R上串联一个比其大得多的电阻

练习2、两块电压表V1和V2是由完全相同的电流表改装成的，V1的量程是15V，V2的量程是5V，为了测量5～20V的电压，把V1和V2串联起来使用，在这种情况下（）

A．V1和V2的读数相等

B．V1和V2的指针偏转角度相等

C．V1和V2的读数之比等于两个电压表内阻之比

D．V1和V2的指针偏转角度之比等于两个电压表内阻之比

练习3、有两只完全相同的电流表，分别改制成一只电压表和一只电流表，一位同学在做实验时误将这两只表串联起来连接在电路中，则两只表上的指针可能出现下列哪种情况（）

A．两表指针都不偏转B．两表指针偏转相同

C．电流表的指针有偏转，电压表的指针几乎不偏转

D．电压表的指针有偏转，电流表的指针几乎不偏转

练习4、有一电流表G内阻Rg＝10Ω，满偏电流Ig＝1mA，现把它改装成量程是6V的伏特表和量程为2A的安培表，电路如图15－41所示．

（1）当S1和S2都断开和都闭合时各是什么表？

（2）R1和R2各应等于多少？

点拨：

在S1和S2都断开和都闭合时，分析电阻R1和R2谁起作用，与电流表G的连接方式怎样，从而确定是什么表，并根据改装的量程求出R1和R2．

练习5、如图15－44所示，一个有3V和30V的两种量程的电压表，表头内阻为15Ω，满偏电流为1mA，求R1、R2的阻值各为多少？

备注：

电表的改装主要考查：

1、测电表的内电阻：

既是待测电阻又是电表（可能能显示自身的电压或电流）

2、多用电表：

三个接线柱既可以是电流表也可以是电压表，求电阻值

3、电表的校准：

（1）电流表校准将电流表与标准表串联，电压表校准将电压表与标准电压表并联

（2）要求从零连续起调必须用分压电路

（3）保护电阻的设置：

限流电路依据滑动变阻器电阻为零的时候电流的最大值来计算，分压电路依据滑到电压最高的时候来计算

（4）滑动变阻器的选择：

分压电路的滑动变阻器要远小于改装的电表内阻可调节性较好；

限流电路的滑动变阻器要依据最小电流来计算需要的滑动变阻器电阻值。

专题二、伏安法测电阻

1、测量原理：

依据电阻的定义式R＝

，测量出电阻两端电压和通过电阻的电流即可。

电压表的目的是测量R两端的电压，电流表的目的是测量R的电流。

2．安培表内接法（如图a所示）

由于安培表存在一个较小的电阻，所以实际上电压表测量出的电压不是R的电压，而是R和RA的电压之和。

；

误差校正方法：

测量值减去安培表电阻即可。

注意：

凡是看到电流表内阻给出一个确定值要思考：

（1）伏安内接法测电阻误差校正问题；

（2）可以作为一个特殊的已知电阻使用：

可能可以显示出自身的电流（如果量程太大就不能读数，量程太小就可能烧毁）。

3、安培表外接法（如图b所示）：

R测=U测/I测=UR/（IR+IA）,测出电阻是RX与RV并联的值，R测＜RX,即测量值较真实值小

误差原因：

伏特表分流作用，测量值实际上是电压表和待测电阻并联后的总电阻。

注意：

凡是看到电压表内阻给出一个确定值要思考：

（1）伏安外接法测电阻误差校正问题；

（2）可以作为一个特殊的已知电阻使用：

可能可以显示出自身的电压（如果量程太大就不能读数，量程太小就可能烧毁）。

4．电流表内外接法的选择

测量未知电阻的原理是R＝

，由于测量所需的电表实际上是非理想的，所以在测量未知电阻两端电压U和通过的电流I时，必然存在误差，即系统误差。

要在实际测量中有效地减少这种由于电表测量所引起的系统误差，必须依照以下原则：

（1）若

＞

，一般选电流表的内接法。

如图（a）所示。

由于该电路中，电压表的读数U表示被测电阻Rx与电流表A串联后的总电压，电流表的读数I表示通过本身和Rx的电流，所以使用该电路所测电阻R测＝

＝Rx＋RA，比真实值Rx大了RA，相对误差a＝

（2）若

＜

，一般选电流表外接法。

如图（b）所示。

由于该电路中电压表的读数U表示Rx两端电压，电流表的读数I表示通过Rｘ与RV并联电路的总电流，所以使用该电流所测电阻

R测＝

也比真实值Rx略小些，相对误差a＝

.

（3）实验室操作方法：

如图，先把单刀双掷开关合到a记下安培表的读数I1，伏特表的读数U1，再把电键合到b，记下安培表的读数I2，伏特表的读数U2，比较安培表和伏特表的读数变化率。

如果电压表变化较电流表更明显（

），则说明电流表分压较明显，故选用外接法。

（这里所说的变化大，是指相对变化，即ΔI/I和ΔU/U）

例3、某电流表的内阻在0.1Ω～0.2Ω之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：

A．待测电流表A1（量程0.6A）；B．电压表V1（量程3V，内阻约2kΩ）

C．电压表V2（量程15V，内阻约10kΩ）；D．滑动变阻器R1（最大电阻10Ω）

E．定值电阻R2（阻值5Ω）F．电源E（电动势4V）

G．电键S及导线若干

（1）电压表应选用_____________；

（2）画出实验电路图；

（3）如测得电压表的读数为V，电流表的读数为I，则电流表A1内阻的表达式为：

RA=______________。

解：

本题利用电压表指电压，电流表指电流的功能，根据欧姆定律R=

计算电流表的内阻。

由于电源电动势为4V，在量程为15V的电压表中有

的刻度没有利用，测量误差较大，因而不能选；量程为3V的电压表其量程虽然小于电源电动势，但可在电路中接入滑动变阻器进行保护，故选用电压表V1。

由于电流表的内阻在0.1Ω～0.2Ω之间，量程为0.6A，电流表上允许通过的最大电压为0.12V，因而伏特表不能并联在电流表的两端，必须将一个阻值为5Ω的定值电阻R2与电流表串联再接到伏特表上，才满足要求。

滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求，但考虑限流的连接方式节能些，因而滑动变阻器采用限流的连接方式。

故本题电压表选用V1；设计电路图如图1所示；电流表A1内阻的表达式为：

RA=

-R2。

跟踪发散：

用伏安法测一个阻值约为12Ω的电阻，要求测量结果尽量准确，下列器材中应选用的是________，画出电路图．

A．电池组（6V，内阻很小）B．电流表（0－3A，内阻是0.0125Ω）

C．电流表（0－0.6A，内阻0.0125Ω）D．电压表（0－3V，内阻3KΩ）

E．电压表（0－6V，内阻6KΩ）F．滑动变阻器（0－20Ω1A）

G．滑动变阻器（0－200Ω0.3A）H．电键、导线

5、滑动变阻器的使用

（1）滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点

如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为限流接法，图（b）电路称为分压接法.

负载RL上电压调节范围（忽略电源内阻）

负载RL上电流调节范围（忽略电源内阻）

相同条件下电路消耗的总功率

限流接法

E≤UL≤E

≤IL≤

EIL

分压接法

0≤UL≤E

0≤IL≤

E（IL+Iap）

比较

分压电路调节范围较大

分压电路调节范围较大

限流电路能耗较小

其中，在限流电路中，通RL的电流IL=

，当R0＞RL时IL主要取决于R0的变化，当R0＜RL时，IL主要取决于RL，特别是当R0<

（2）滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法

滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑，灵活择取.

（1）下列三种情况必须选用分压式接法

①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：

测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.

②当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法.因为按图（b）连接时，因RL>>R0＞Rap，所以RL与Rap的并联值R并≈Rap，而整个电路的总阻约为R0，那么RL两端电压UL=IR并=

·Rap，显然UL∝Rap，且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.

实验中选择滑动变阻器时，在通过变阻器实际电流小于变阻器额定电流（或电压）的条件下，尽量选用变阻器总阻值小的变阻器做分压电路使用。

③若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法.

（2）下列情况可选用限流式接法

①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL与R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法.

②电源对滑动变阻器的放电电流大于滑动变阻器的额定电流时，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.

③没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.

例1、用伏安法测量某一电阻Rx阻值，现有实验器材如下：

待测电阻Rx（阻值约5Ω，额定功率为1W）；电流表A1（量程0~0.6A，内阻0.2Ω）；电流表A2（量程0~3A，内阻0.05Ω）；电压表V1（量程0~3V，内阻3kΩ）；电压表V2（量程0~15V，内阻15kΩ）；滑动变阻器R0（0~50Ω），蓄电池（电动势为6V）、开关、导线.

为了较准确测量Rx阻值，电压表、电流表应选________，并画出实验电路图.

错解分析：

没能据安全性、准确性原则选择A1和V1，忽视了节能、方便的原则，采用了变阻器的分压接法.

解题方法与技巧：

由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值，可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为

U=

≈2.2V，I=

=0.45A.

则电流表应选A1，电压表应选V1.

又因

=24.5Ω＞Rx，则电流表必须外接.

因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法，若用限流接法，则被测电阻Rx上的最小电流为Imin=

=0.11A＜I额，故可用限流电路.

专题三、实物连线

注意：

A．滑动变阻器的限流和分压连接区别；

分压电路先连主电路（滑动变阻器两端），再连测量电路；连接测量电路要注意分压的大小，特别是滑片滑到某一端时候为了安全要分电压最小的一端的电压。

一般连接的时候，先串联，再并联。

B．电表的极性，忌正负极接反；

C．双量程电表应注意量程的选择；

D．导线连接美观，清晰，连接要到位，不能交叉，尽量使用铅笔作图。

E、实物图电路要和电路原理图一致。

例1、下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100欧）；

（2）直流毫安表（量程0～10毫安，内阻50欧）；

（3）直流电压表（量程0～3伏，内阻5千欧）；

（4）直流电源（输出电压4伏，内阻可不计）；

（5）滑动变阻器（阻值范围0～15欧，允许最大电流1安）；

（6）电健一个，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。

例2、欲用伏安法测定一段阻值约为5Ω左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：

A．电池组（3V，内阻1Ω）；　　B．电流表（0~3A，内阻0.0125Ω）

C．电流表（0~0.6A，内阻0.125Ω）　　D．电压表（0~3V，内阻3kΩ）

E．电压表（0~15V，内阻15kΩ）　　F．滑动变阻器（0~20Ω，额定电流1A）

　G．滑动变阻器（0~2000Ω，额定电流0.3A）

H．电键、导线。

（1）上述器材中应选用的是________。

（填写各器材的字母代号）

（2）实验电路应采用电流表_________接法。

（填“内”或“外”）

（3）设实验中，电流表、电压表的某组示数如图所示，图示中I=____________A，U=________V。

（4）将图中给定的器材连成实验电路。

　　答案：

（1）ACDFH；

（2）外；（3）0.48，2.20；

　　（4）

专题四、测定小灯泡的伏安特性曲线

技巧：

1、实验器材的选择：

要抓小灯泡的额定值（电压、电流、功率）

2、实验电路的选择：

由于要作曲线图，要考虑点越多图越准确，所以选用分压电路；

由于小灯泡的电阻较小，一般选择外接法。

3、图像：

（1）坐标纸的合理利用：

要根据坐标纸的格数和数据中的最大值选择一个较为合理的标度，尽可能的利用好坐标纸。

（2）曲线的作图：

要平滑，要能看出点，要一次成型

（3）其他非线性元件：

区别U－I和I－U，区别金属电阻和热敏电阻的特性差异。

（4）由于电阻随温度变化，所以要学会从图像中去看结果。

特别是计算实际功率的时候要考虑电阻随温度（I）变化，要假设——计算——修正。

另外还要注意区别图像：

U－I图、I－U图，R－U图，P－U图等等。

4、实物连线

例1、在一个小灯泡上面标有“6v0.1A”的字样，现在要测量这个灯泡的I—U图线。

下列器材可供选用

A.伏特表（0～5v，内阻2.0kΩ）B.伏特表（0～10v，内阻3.0kΩ）

C.安培表（0～0.3A，内阻2Ω）D.安培表（0～0.6A，内阻1.5kΩ）

E.滑动变阻器（30Ω，2A）F.学生电源（直流9v）开关、导线等。

（1）实验中所用伏特表应选，安培表应选。

（2）在方框内画出实验电路图。

（2006年北京理科综合卷）某同学用图2所示电路，测绘标有“3.8V,0.3A”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.

①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择:

电流表：

A1:

（量程100mA,内阻约2Ω）;A2:

（量程0.6A,内阻约0.3Ω）;

电压表：

V1（量程5V,内阻约5kΩ）;V2（量程15V,内阻约15kΩ）;

电源：

E1（电动势为1.5V，内阻为0.2Ω）;E2（电动势为4V,内阻约为0.04Ω）.

为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表___________，电压表______________,滑动变阻器________________，电源___________________.（填器材的符号）

②根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图3所示.由图象可知，此灯泡在不不作时，灯丝电阻为___________；当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为____________,灯泡实际消耗的电功率为___________W.

③根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系.符合该关系的示意图是下列图中的__________．

专题五、测定金属的电阻率

技巧：

1、由于金属的电阻较小，所以一般采用限流电路来完成该实验。

2、由于金属的电阻较小，所以一般使用伏安内接法。

3、长度的测量（刻度尺、螺旋测微器）要有估读数据，螺旋测微器使用毫米作单位要有3位小数。

4、变化：

测空心金属管线、液体导体。

专题六、用电流表和电压表测定电源的电动势和内电阻

考查要点：

1、要理解这个实验一定要明确实验的电压表和电流表的目的：

测定电源的输出电压（外电压）和总电流

电流表接在不同地方的误差分析，误差修正。

2、图像：

（1）图像处理数据中间的截距和斜率的物理意义：

图像与U轴的交点是电动势E，与I轴交点是短路电流，直线斜率是r。

但是要注意，如果纵坐标不是从0开始的，与横坐标的交点就不是短路电流，但是斜率不变。

（2）实际连接时候测量结果误差分析：

极限分析法，两点确定一条直线。

（3）图像的作图：

尽量多的点在这条直线上，不能的均匀分布在两侧，个别偏离很大的点舍弃。

3、用电流表和电阻箱测电动势和内电阻；利用

图像求内电阻和电动势。

4、用电压表和电阻箱测电动势和内电阻。

以上两种情况，还可以使用两个已知电阻替代电阻箱，两个方程联解即可。

练习、用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内电阻分别为0.1Ω和lkΩ，如图为所需的器材。

（1）请你把它们连成实验电路，注意两个电表要选用适当量程，并要求变阻器的滑动片在右端时其电阻值最大。

（2）一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在图中画出U—I图线，根据图线求出电池的电动势ε＝_________V，内阻r＝________Ω。

　　I/A

　　0.12

　　0.20

　　0.31

　　0.32

　　0.50

　　0.57

　　U/V

　　1.37

　　1.32

　　1.24

　　1.18

　　1.19

　　1.05

（2006年天津卷理综）某研究性学习小组利用右图所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。

根据实验数据绘出如下图所示的R～1/I图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E＝V，r＝Ω。

（2006年广东卷）某同学设计了一个如图7所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：

待测干电池组（电动势约3V）、电流表（量程0.6A，内阻小于1

）、电阻箱（0～99.99

）、滑动变阻器（0～10

）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干。

考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略。

（1）该同学按图7连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为0.20

。

试分析该测量产生误差的原因是_________________________________________。

（2）简要写出利用图7所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：

①_______________________________________________________________________；

②_______________________________________________________________________；

（3）图8是由实验数据绘出的

图象，由此求出待测干电池组的电动势E＝____________V、内阻r＝_____________

。

（计算结果保留三位有效数字）