高中物理电学实验总结

第1页共19页高中物理电学实验总结电学实验是高考考察的重要内容，几乎每年都涉及到，有时侧重：1、电子仪器的选用共和读书2、电路的设计3、数据的处理和误差分析一．专题要点1.测定金属的电阻率2.描绘小灯泡的伏安特性曲线3.电表的改装4.测电源电动势和内阻5.多用表探索黑箱内的电学原件二．重点摘要1.测定金属的电阻率实验目的：用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。实验原理：根据电阻定律公式R=Sl，只要测量出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。实验器材：被测金属导线，直流电源（4V），电流表(0-0.6A)，电压表（0-3V），滑动变阻器（50Ω），电键，导线若干，螺旋测微器，米尺。实验步骤：①用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S。②按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。③用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l。④把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S。改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。第2页共19页⑤将测得的R、l、d值，代入电阻率计算公式lIUdlRS42中，计算出金属导线的电阻率。⑥拆去实验线路，整理好实验器材。注意事项：①本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。②在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用0~0.6A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。2.测定电源电动势和内阻实验目的：⑴经历实验过程，掌握实验方法，学会根据实验合理外推进行数据处理的方法。⑵进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量减小误差的方法。实验原理：电源电动势和内阻不能直接进行测量，但电源在电路中，路端电压和电流与电动势和内阻可以通过闭合电路欧姆定律建立联系，因此，通过测量路端电压和电流，可以计算电动势和内阻。由于有电动势和内阻两个未知量，所以要改变路端电压和电流至少获得两组数据，才能利用闭合电路欧姆定律（E=U+Ir)建立两个方程，解得电动势和内阻。实验方法：⑴由（E=U+Ir)可知，测量器材为一个电压表、一个电流表、一个滑动变阻器、电源、导线、开关⑵由（E=U+Ir)变形（E=IR+Ir)可知，测量器材为一个变阻箱、一个电流表、电源、导线、开关⑶由（E=U+Ir)变形（E=U+Ur/R)可知，测量器材为一个变阻箱、一个电压表、电源、导线、开关3.练习使用多用电表实验目的：练习使用多用电表测电阻实验原理：多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成（如图），表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满度电流约几十到几百A，第3页共19页转换开关和测量线路相配合，可测量交流和直流电流、交流和直流电压及直流电阻等。测量直流电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的，原理如图所示，当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有Ig=Rrrg=中R（1）当电笔间接入待测电阻Rx时，有Ix=xRR中（2）联立（1）、（2）式解得gxII=中中RRRx（3）由（3）式知当Rx=R中时，Ix=21Ig，指针指在表盘刻度中心，故称R中为欧姆表的中值电阻，由（2）式或（3）式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I，如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上直接读出它的阻值。由于电流和电阻的非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度是不均匀的，电阻的零刻度在电流满刻度处。实验器材：多用电表，标明阻值为几欧、几十欧、几百欧、几千欧的定值电阻各一个，小螺丝刀。实验步骤：①机械调零，用小螺丝刀旋动定位螺丝使指针指在左端电流零刻度处，并将红、黑表笔分别接入“+”、“-”插孔。②选挡：选择开关置于欧姆表“×1”挡。③短接调零：在表笔短接时调整欧姆挡的调零旋钮使指针指在右端电阻零刻度处，若“欧姆零点”旋钮右旋到底也不能调零，应更换表内电池。④测量读数：将表笔搭接在待测电阻两端，读出指示的电阻值并与标定值比较，随即断开表笔。⑤换一个待测电阻，重复以上2、3、4过程，选择开关所置位置由被测电阻值与中值电阻值共同决定，可置于“×1”或“×10”或“×100”或“×1k”挡。第4页共19页⑥多用电表用完后，将选择开关置于“OFF”挡或交变电压的最高挡，拔出表笔。注意事项：①多用电表在使用前，应先观察指针是否指在电流表的零刻度，若有偏差，应进行机械调零。②测量时手不要接触表笔的金属部分。③合理选择量程，使指针尽可能指在中间刻度附近（可参考指针偏转在5R中~5R中的范围）。若指针偏角太大，应改换低挡位；若指针偏角太小，应改换高挡位每次换挡后均要重新短接调零，读数时应将指针示数乘以挡位倍率。④测量完毕后应拔出表笔，选择开头置OFF挡或交流电压最高挡，电表长期不用时应取出电池，以防电池漏电。3.描绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的1、描绘小灯泡的伏安特性曲线；2、分析曲线的变化规律并得出结论；3、能根据题目给出的实验数据，正确描出实验曲线，并由此计算相关物理量；能正确选择适的仪表和器材，选择适的量程和进行正确的实物连路，4、能处理相关的拓展性的实验课题；能够根据伏安特性曲线求出功率或导体电阻大小。二、实验原理在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，U—I图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡的电压U和电流I，然后在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴画出U—I曲线。三、实验器材小灯泡、4V～6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干。四、实验步骤1、适当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。2、滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端，电路经检查无误后，闭合电键S。3、改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开电键S；第5页共19页4、在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，用平滑曲线将各点连接起来，便得到伏安特性曲线。5、拆去实验线路，整理好实验器材。五、注意事项1、因本实验要作出I—U图线，，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此，变阻器要采用分压接法；2、本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法；3、电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压；4、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；5、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定用平滑的曲线，不能画成折线。六、误差分析1、测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；2、描绘I—U线时作图不准确造成的偶然误差。三、相关的基础知识1滑动变阻器的两种接法⑴限流接法如图2所示。用电器Rx的电压调节范围：电路消耗的总功率为：EI限流接法的选用原则：①测量时电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只在小范围内变化，且待测电阻Rx与R接近时。②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时。③两种方法都满足时优先选用限流接法。（2）.分压接法如图3所示①Rx电压调节范围0≤Ux≤E。②开关闭合前，P应在a端。分压接法的选用原则：①测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。②待测电阻Rx远大于R，且要求电压变化范围较大时。③采用限流接法时，电路中实际电压或电流的最小值仍超过Rx的额定值或电表量程时。2、电流表的内外接①电流表外接法，如图4所示。误差分析：(0)xERxUErRxRSaRbErRxP图3VVXVAVXAVURRURRIRRII测真＝＝VAR待图4第6页共19页产生误差的原因：电压表V分流。适用于测小阻值电阻，即Rx远小于Rv时。②电流表内接法，如图5所示。误差分析：产生误差的原因：电流表A分压。适用于测大阻值电阻，即Rx远大于RA时。③内、外接法的选用原则3.关于用U—I线修正法定性分析测电源电动势和内阻的测量误差用伏安法测量电源电动势、内电阻的学生实验中,有两种可供选择的实验电路。在两种电路中，由于伏特表的分流和安培表的分压引起的误差是不同的，我们可以用图线修正法简洁明快的分析两种电路引起的测量误差。第一种测量电路：如图10-20和10-21中的a线，分别为测量电路和由此电路测出的数值画出的路端电压与电流强度的关系图线。误差分析方法如下：①根据测量电路分析误差原因：本测量电路产生误差的原因是由于伏特表的分流使得安培表的读数I小于干路总电流所致。考虑伏特表的内阻RV,全电路的欧姆定律的方程IrU应修正为//()UUIrRv……①②根据①式寻找图线的准确点：因电流的修正值为URUI，可见当U=0时，电流误差为零。因此，图线与横轴的交点P为准确点，不须修正。③在图线上任选一点Q进行修正：如图1—2，Q点的纵坐标UQ不变，把(IQ+UQRU)做为Q点修正后的Q/点的横坐标，连接P和Q/得修正后的U—I图线为b线。.④比较两条图线的纵截距和斜率：因图线的纵截距等于电源电动势，图线斜率的绝对值等于电源内阻。所以，＜/,r＜r/.可见电动势和内阻的测量值均小于真实值。第二种测量电路：如图10-22和10-23中的a线,分别为测量电路和由此测量电路画出的路端电压与电流强度的关系图线，误差分析方法如下：①根据测量电路分析误差原因：本测量电路产生误差的原因是由于安培表的分压使得伏特表的读数小于电源的路端电压所致。考虑安培表的内阻RA,全电路的欧姆定律的方程IrU应修正为VVAXAAAUUURRRRII测真＝＝R待AV图5aVAR待b图60AVRRR图10-20图10-21图10-22第7页共19页)(//ARrIU……②②根据②式寻找图线的准确点：因电压的修正值为AIRU，可见当I=0时，电压修正值为零.所以,图线与纵轴的交点P准确。③在图线上任选一点Q进行修正：如图2—2，Q点的横坐标IQ不变，（UQ+IQRA）做为修正后Q/点的纵坐标，连接P和Q/得修正后的U—I图线为b线。④比较两条图线的纵截距和斜率：得=/，r＞r/。可见，电动势的测量值与真实值相等，而内阻的测量值大于真值。题型1.（多用电表的使用）如图所示的电路中，1、2、3、4、5、6为连接点的标号。在开关闭合后，发现小灯泡不亮。现用多用电表检查电路故障，需要检测的有：电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各点连接。（1）为了检测小灯泡以及3根导线，在连接点1、2已接好的情况下，应当选用多用电表的挡。在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的挡。（2）在开关闭合情况下，若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势，则表明___可能有故障（3）将小灯泡拆离电路，写出用多用表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤。。例2：如图10-3所示，滑动变阻器电阻最大值为R，负载电阻R1=R，电源电动势为E,内阻不计.（1）当K断开，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？（2）当K闭合，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？（3）设R的长度ab=L,R上单位长度的电阻各处相同，a、c间长度为x，当K接通后，加在R1上的电压U1与x的关系如何？例3：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