高中物理电学实验专题

高中物理电学实验专题

实验专题一：伏安法测电阻一. 伏安法测电阻基本原理

伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律R

U

I

，只要测出元件两端电压和通过的电流，

即可由欧姆定律计算出该元件的阻值。

二．认识电流表和电压表：

1.理想表：理想电流表内阻=0, 理想电压表内阻=∞,用理想电表测量电路，对电

路不产生影响。

2.实际表：实际电流表内阻很小，但不为零；实际电压表内阻很大，但不会是无穷

大。因此，电流表和电压表对测量电路造成影响，产生误差。为了减小误差，必须考虑电流表和电压表的接法。

三．电流表的两种接法

（一）电流表外接法

$

1、电路如图所示

电压表示数＝R

电流表示数＝＋＞

测量值,小于R的真实值

只有当R＜＜时，才有≈R,因此外接法适合测小电阻

2、“小外”的含义：

在实际应用中，如果推导整个过程很费时，若形象地用“小外”来描述电流表外接法的特点，学生记忆起来很方便。“小外”含义：小电阻用外接法。

（二）电流表内接法

1.电路图如图所示

]

电压表示数＝＋

电流表示数＝R

测量值,大于R的真实值

只有当R＞＞时，才有≈R,因此外接法适合测大电阻

2、“大内”的含义：

在实际应用中，如果推导整个过程很费时，若形象地用“大内”来描述电流表外接法

的特点，学生记忆起来很方便。“大内”含义：大电阻用内接法。

四．电流表内、外接法的选择

为了达到减小误差的目的，小电阻用电流表外接法，大电阻用电流表内接法。但电阻阻值为多大算是大电阻电阻阻值大小依什么电阻为标准下面我们一起探讨：

（一） 定量判定法：当被测电阻R 的大约值和R A 、R V 已知时，可用比较和大小来确定

1. 若＞，则说明R 远大于，选用电流表内接法。

2.

，

3.

若＞，则说明R 远小于

, 选用电流表外接法。

4. 若＝ ，选用两种接法都可以。 （二）试触法：

在利用伏安法测电阻的实验中，若不知道被测电阻的大约值，可借助试触法确定内、外接法.具体做法是:如图所示组成电路，其中电流表事先已经接好，拿电压表的一个接线柱去分别试触M 、

N 两点，观察先后两次试触时两电表的示数变化情况，如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即

U

U

I I ?>

?)，说明接M 点时电压表分流作用引起的误差大于接N 点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法(即电压表接N 点)；如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即

U

U

I I ?<

?)，说明接N 点时电流表分压作用引起的误差大于接M 点时电压表分流作用引起的误差，这时应采用外接法(即电压表接M 点).

五．总结

所谓内、外接法是相对电流表的位置而言的．无论哪种接法，都会由于电表的内阻影响而带来测量误差．从下表的分析可以看出，合理的选择接法有利于减小误差．

比较项目

电流表内接法

电流表外接法

,

电路

误差原因

由于电流表内阻分压的影响，电压表测量值偏大，结果偏大 由于电压表内阻分流的影响，电流表测量值偏大，结果偏小

测量结果

I

U

R =

测＞Rx I

U

R =

测＜Rx 适用条件 Rx 远大于RA

Rx 远小于RV

&

V A

Rx

V A

&

Rx

六．同步训练

1.如图所示，电压表和电流表的读数分别为10V和,已知电流表的内阻为Ω，那么待测电阻的

测量值比真实值

，真实值为

2.某同学在利用伏安法测电阻时，由于不知待测电阻的阻值范围，而无法确定电流表是内接还是外接，他利用试触法进行确定.当如下图(a)所示，○V的示数为,○A的示数为；改为如右图(b)所示，○V的示数为，○A的示数为.该同学要获得较精确的测量结果，应选取; 被测量电阻的阻值是

（a）(b)

&

3．某待测电阻估值在100左右，电压表内阻为3000，电流表内阻为，采用伏安法测电阻时，电流表选择何种接法，测量误差小（）

A.内接

B.外接

C.内接、外接均可

D.无法确定

4.一只小灯泡，标有“3V、”字样。现用右下图给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻R1。（滑动变阻器最大阻值为10Ω；电源电动势为12V，内阻为1Ω；电流表内阻为1Ω，电压表的内阻为10kΩ）。

在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用（选填“内接”或“外接”）法，说明理由。并画出伏安法部分的电路。

5.在伏安法测电阻的实验中，被测电阻值

x

R约2400，备用器材有电压表（内阻约为20k）、电流表（内阻约为10）、电池、滑动变阻器（最大值20）、电键、导线.

在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用（选填“内接”或“外接”）法。并说明理由。并画出伏安法部分的电路。

{

实验专题二：滑动变阻器的使用

一．滑动变阻器的两种接法：

为改变被测电阻两端的电压（或被测电阻中的电流强度），常用滑动变阻器与电源的连接有两种不同的形式：限流接法和分压接法，这两种接法区别之处是：

限流法分压法

!

合上电键前要使滑动变阻器的电阻处于最大值，对应图中应是滑动头移至最右端.

合上电键前要使用电器得到的电压最小，对应图中滑动变阻器的滑动头应移到最右端

实物图中只用到上下两个接头实物图中用到上面一个下面两个接头

电压调节范围：～U（调节范围小，电压不可调零）电压调节范围：0～U（调节范围大，电压可调零）

滑动变阻器的电阻与用电器的电阻差不多大时电压调节作用最理想滑动变阻器的电阻越小调节用电器的电压作用越好

同等条件下消耗功率较小同等条件下消耗功率较大

）

二．滑动变阻器两种接法的选择

1.在限流、分压两种电路都满足实验要求时，由于限流电路结构简单，损耗的电功率小，应优先选用．

2.在下列情况下必须选择分压电路：

（1）实验要求待测电阻两端电压从零开始连续调节（或题目暗示调零）。

（2）当滑动变阻器全电阻远小于测量部分电阻时，用限流接法在调节过程中电表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要求．必须用分压式接法。

（3）限流不能保证安全，即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流，为了保护电表和其他元件的安全，必须用分压式接法。

三．同步训练

6.为了用伏安法测定一个定值电阻的阻值，实验所需器材如下：

（1）待测电阻（约100）

（2）、

（3）直流电流表A（量程0～20mA，内阻约50）

（4）直流电压表V（量程0～3V，内阻约5K）

（5）直流电源E（输出电压6V,内阻不计）

（6）滑动变阻器（阻值范围0～15，最大允许电流1A）

（7）开关1个，导线若干。

根据器材规格，设计实验电路。电流表应采用；滑动变阻器应采用。画出实验电路。

7. 例3：有一小灯泡上标有“Ｗ”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的I—U图线，已知所用器材有：是电流表（0～Ａ，内阻1Ω）；电压表（0～15Ｖ，内阻20kΩ）；滑动变阻器（0～30Ω，2Ａ）；学生电源（直流9Ｖ）；开关一只、导线若干．为使实验误差尽量减小，画出合理的实验电路图．

]

8.为测量金属丝的电阻率，需测出金属丝的电阻。下面给出实验器材：电阻约５Ω的金属丝、０－０.6A 的电流表、０－３Ｖ的电压表、０－２０Ω的滑动变阻器、电键一个、导线若干。（1）在方框中画出实验电路；（2）在实物图中连线

实验专题三：电路设计

理科综合对实验能力提出了明确的要求，即是“设计和完成实验的能力”，它包含两个方面：

1．独立完成实验的能力．包括： …

（1）理解实验原理、实验目的及要求； （2）掌握实验方法步骤；

（3）会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题； （4）会观察、解释实验现象，会分析、处理实验数据； （5）会分析和评价实验结果，并得出合理的实验结论．

2．设计实验的能力．能根据要求灵活运用已学过的物理理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题． 一．实验设计的基本思路

→→→→??

???实验器材明确目的确定原理待测物理量数据处理误差分析

实验步骤．

实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用

（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤．而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件．

二．电学实验电路设计的方法

~

（一）电路结构

完整的实验电路包括三个部分：①测量电路，②控制电路（变阻器、开关），③电源．

（二）思路

·

（三）方法

1.实验器材的选择：一般应考虑三个原则：

①安全性原则：各电表的读数不能超过量程，电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。

②精确性原则：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差。电压表、电流表在使用时指针应偏转到满刻度的以上。

》

③操作性原则：实验时需考虑调节方便，便于操作。如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流和它的阻值范围，还要考虑便于调节，滑动变阻器调节时要用到大部分电阻丝，否则不便于操作。

2. 实验器材的选择。一般步骤如下：

①找出唯一性的器材；

②草画电路图（暂不把电表接入）；

③估算电路中电流和电压可能达到的最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值），当然，如果题目被测电路的额定值，就不必再估算。

④根据电路最大电流、电压选择电流表和电压表的量程。

⑤根据电路选择滑动变阻器。在滑动变阻器的电流不超过它额定值条件下．要考虑便于操作。由于高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，使电流电压有很大变化的，不便于操作，不宜采用．

在滑动变阻器作限流作用时，为使负载既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流变化均匀，选择变阻器时，应使其总电阻，大于，一般在2—5倍为好。

在滑动变阻器作为分压作用时，应使其总电阻，小于，一般在—之间为好。

3.实验电路的选择

.

①根据电压表和电流表确定电流表内、外接法

②根据实验要求确定滑动变阻器接法（是限流还是分压）

4.画出实验电路

5.连接实物图

①依照电图，把元件符号与实物一一对应，再连接实物，

②一般的连接步骤是：从电源的正极出发，沿电流方向把元件一一连接，最后到电源的负极，

③按先串联后并联，先干路后支路的顺序连接

④要注意连线不能相交，连线尽量短、简洁。

⑤要注意所有的连线都要接在器材的“接线柱”上。

%

三．同步训练

9. 有一电阻R ，其阻值大约在40 Ω至50 Ω之间，需进一步测定其阻值，现有下列器材：

电池组E ，电动势为9V ，内阻忽略不计； 电压表Ｖ，量程为0至10Ｖ，内阻20Ω； 电流表，量程为0至50ｍＡ，内阻约20Ω； 电流表

，量程为0至300m Ａ，内阻约4Ω；

滑动变阻器

，阻值范围为0

至100Ω，额定电流1A ； 滑动变阻器

，阻值范围为0

至

1700Ω，额定电流0.３Ａ， 开关Ｓ及导线若干． 》

实验电路图如图所示，实验中要求多测几组电流、电压值．在实验中应选电流表 和滑动变阻器 ．

10.欲用伏安法测定一个阻值约12Ω的电阻，要求测量结果尽量准确，下列器材中应选用的是_________，画出应采用的电路图。 A 、电池组（6V ，内阻很小） B 、电流表（0—3A ，内阻Ω） C 、电流表（0—0.6A ，内阻Ω） 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—20Ω，1A ）

G 、滑动变阻器（0—200Ω，0.3A ） H 、电键、导线

11.（11年深圳一模）有一个额定电压为，功率约为的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的I-U 图线，有下列器材供选用： Ｉ/A

*

。

& — $ ，

\

>

—

！

0 ！

1

2

3

u/v

%

(a)

(b)

A ．电压表(0~3V ，内阻6k Ω)

B ．电压表(0~15V ，内阻30k Ω)

C ．电流表(0~3A ，内阻Ω

D ．电流表(0~0.6A ，内阻Ω

E ．滑动变阻器(10Ω，2A)

F ．滑动变阻器(200Ω，0.5A)

G ．蓄电池(电动势6V ，内阻不计)

；

①用如图所示的电路进行测量，电压表应选用__________，电流表应选用__________，滑动

变阻器应选用__________。（用序号字母表示）

②通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图所示，由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻

为________Ω；

③若将此灯泡与电动势6V 、内阻不计的电源相连，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为

_____Ω的电阻。

12.(11年江门一模）测量额定电压为的小灯泡在电压下的实际功率和电阻值，备有下列器材：

A ．待测小灯泡：额定电压为，额定电流约为0.3A

B ．电压表：0-3-15V ：O-3V 量程的内电阻为3k Ω，0-15V 量程的内电阻为15k Ω

C ．电流表：-3A ：O-0.6A 量程的内电阻为Ω,0-3A 量程的内电阻为 Ω

D ．电池组：电动势约3V ，内电阻不详 |

E ．滑动变阻器：最大阻值为20Ω，额定电流2A

F ．电键，导线若干

①根据本实验的需要，电流表应当选用 量程，电压表应当选用____量程。

>

; 《

、

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.

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)

!

甲

②当电压表示数为时，电流表示数如图所示，则这个小灯泡在额定电压下的实 际功率为 W ，灯丝电阻为 Ω。（保留两位有效数字） ③按照实验要求，将图中的器件连接成完整实验电路。

13.如图甲是某电器元件的伏安特性曲线，有实验小组想用伏安法验证该伏安特性曲线，已有符合实验要求的电压表V （内阻约为10kΩ）；滑动变阻器R ；直流电源E （电动势6V ，内阻不计）；开关S 和导线若干，另有电流表A 1（量程0~50mA ，内阻约为50Ω）、电流表A 2（量程0~300mA ，内阻约为10Ω）可供选择.

<

①从图像可判断该元件的电阻随温度的增大而 . ②电流表应选用 （填A 1或 A 2）.

③图乙实物图中，已正确连接部分电路，请完成余下电路的连接. ④请完成主要实验的步骤：

A 、连接好实验电路，把变阻器的滑动片调到 （A 或

B 端）；

B 、闭合开关， ，使通过元件的电流从小到大变化，读出数据．

– +

– 6

元件

A

B

乙

答案：

1.大

2.（a ） 1000 4.外接（电路略） 5.内接（电路略）6.外接 ,分压：若用限流电路电流最小值I ＝＝36mA ＞量程，故用分压（电路略） 7.外接，分压，（电路略） 8.外接，限流，（电路略）

9. 【分析与解】首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流表A1，则，Im≈E/(Rx+RA1)≈0.14A 超过了 A1的量程，假设选电流表 A2，则I’m≈E/(Rx+RA2)≈0.18A ，未超出A2的量程，故应选电流表A2，这一选择遵循了安全性原则． 对滑动变阻器的选择。对于

而言，有效的调节长度太小，不便操作，故选

10【分析与解答】

①找出唯一性器材：被测电阻、电池组A 、电键和导线H ； ②草画电路图；

③估算最大值：当滑动变阻器的使用阻值为零时，电路中电流最大Im=ε/RX≈6/12=0.5A ； ④因此选用C 和E 都可同时使电流表和电压表指针半偏以上。 变阻器选F （若选G 则因额定电流小而容易烧毁，且不方便调节） ⑤把电表接入时，用电流表外接法。

11. ①A ， D ， E …… 各2分 ②10Ω…… 2分 ③11Ω……2分 12.①0-0.6A 量程， 量程。

②， . ③

13.①减小（2分）②A 2 （2分） ③如图所示（4分）

（说明：电流表内接，其他连接正确得2分；变阻器限流接法，其他连接正确得2分） ④B 端（2分），调节滑动变阻器的阻值（或调节变阻器的滑动片）（2分）.

– +

– 6

元件 A B