电学实验基础

物理电学实验复习电学实验基础常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的G_+一、电流表的构造和工作原理1、构造：永磁铁和放入永磁铁磁场的可转动线圈组成θ∝IUgGIgRg2、电路图：大约零点几伏约几十微安到几毫安。（1）满偏电流:电流表指针偏转到最大刻度时的电流Ig（2）电流表的内阻:表头G的电阻Rg（3）满偏电压:电流表G通过满偏电流时,加在它两端的电压UgUg=IgRg大约几欧到几十欧二、把灵敏电流计改为电压表电路图GIgRgUgURRVIgURV()ggggggUUUIRRUURRUg据串联电路的特点得：解得：（2）电压表的内阻：Rv=Rg+R三、把灵敏电流计G改为电流表AGIgRgIRRAUIRA电路图()gggggggUIRIIRIRRII据并联电路的特点得：解得：（2）电流表的内阻：RA=Rg×R/(R+Rg)1）、限流式：2）、分压式：AVRXRLAVRLRX四、滑动变阻器的两种接法优点：电路简单，省电不足：电压不能从零开始优点：电压能从零开始不足：电路复杂，费电AVSE,rRBACVAS（2）、滑动变阻器电路R0RV①、限流电路负载电阻两端的电压变化范围为：R0RRRR0当RR0时，也可用，此电路滑动变阻器消耗的功率较少。R0R内阻不计，电动势为εA（2）、滑动变阻器电路R0R②、分压式电路负载电阻两端的电压变化范围为：R0R常适用于R0R时，此电路滑动变阻器消耗的功率较多。电压变化范围较大。R0R0内阻不计，电动势为εVA⑵、选择方法①限流接法②分压接法：（通常情况）电流、电压能达到要求的调节范围；不超过测量仪表的量程，不超过各元件允许的最大电流。（三种特殊条件）a、要求某部分电路的电压或电流从零开始连续可调。b、采用限流接法时无论怎样调节滑动变阻器，电路中的电流（电压）都会超过电表量程或元件允许的最大电流。c、用电器电阻远大于滑动变阻器电阻，不利于测量获得多组数据。负载RX的电压调节范围可见滑动变阻器的总阻值R越大，电阻RX两端电压的变化范围越大。变阻器总阻值R是Rx的2--5倍时，限流接法对电流、电压控制作用显著，这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.(1)限流电路在合上开关以前，一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大．RXPabERr=0EERRRXX如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调，也没有要求多测几组数据，而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大，并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作，这时应从节省电能（）和电路简单考虑，选用限流电路。EIP＝源(2)分压电路RXPabERr=0负载RX的电压调节范围0---E在合上开关以前，一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端．以使负载上的电压和电流最小．（均为零）滑动变阻器的总阻值R越小，越便于调节用电器两端电压．一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在0.1—0.5倍之间为好。要求测量结果尽量准确，需要多测几组数据；要求待测电阻两端电压变化范围较大；或要求从零开始连读可调，应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多，为了能使待测电阻两端电压有较大变化，应选分压电路。如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程，应选分压电路比较项目限流式接法分压式接法电路电压调节的范围电流调节的范围电能损耗电路连接三、控制电路（滑动变阻器的接法）的选择：EIR电源负担轻E（IR+Iap）电源负担重简便复杂用电压表测电压用电流表测电流外接法？内接法？为减小误差，多测几组数据，求平均值滑动变阻器限流式？分压式？AVAV1.原理URIIUR一伏安法测电阻“同一性”2.电路限流器电路，安培表内接法RXAV··限流器电路，安培表外接法RXAV分压器电路，安培表内接法分压器电路，安培表外接法RXAVRXVA2、如何选择电流表的内接或外接方式？答：一般当RX较小时，即RX＜＜RV时，（RX与RA较接近）采用电流表的外接方式：而当RX＞＞RA时，一般采用电流表的内接方式。（一般RX较小时外接，RX较大时内接）ARVVAR待xAxRxARxRRRIUUIUR＝＝测测测由于电流表分压引起的。误差产生的原因:若时，采用电流表内接法XRARxVxVxVRxRxRRRRRIIUIUR＝＝测测测由于电压表分流引起的。误差产生的原因：内接法RXVA··RXAV··外接法XRVR若时，采用电流表外接法。①比值法b.选择方法：内接法与外接法的选择a.条件：已给出R的估计阻值内接法RXVA··RXAV··外接法结论：与哪个比值大Rx就与对应表“近接”RARxRVRx若时，采用电流表内接法。XRARXRVR若时，采用电流表外接法。1、采用电流表内接法的条件：RxRA采用电流表外接法的条件：RvRx例题解析电流表内、外接判断方法用试触法进行判断当（即)时用内接法大xAVRRR2、当不满足RxRA和RvRx关系时当（即)时用外接法小xAVRRR当时，用内、外接法均可xAVRRR3、当Rx、RA、Rv的阻值未知时xvAxRRRRxvAxRRRRxRxR②试触法b.选择方法：将电压表分别接a、b两点结论：两次接触，那个表示数变化明显,Rx就与那个表“近接”a.条件：未给出RX的估计阻值RXVA··Pab如果电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，不满足RXRV,不适应用电流表的外接法．应用电流表的内接法．安培表和伏特表示数变化显著（明显）的标志是它们的示数的变化量（绝对误差）占原来值的百分比大．（相对误差）从另一个角度来看，电压表的示数没有显著变化，说明电流表的分压作用很弱，满足RXRA,应选用内接法．P应接在b处。比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差来源测量结果适用条件实验电路（电流表内外接法）选择的依据R测＝U/I＞Rx偏大R测＝U/I＜Rx偏小电流表的分压电压表的分流请牢记给阻值看比值与比值大表近接无阻值看变化与变化大表近接内接和外接的确定小结:A2A1．．．．．A2A1Rx．．．．．伏安法测电阻之发散思维2．“安安法”电流表的创新使用－－测电压．条件：已知电流表A2的内阻,将A2看成一个电压表使用．1．“伏安法”测电压表的电阻VA．．．电压表（电流表）是一个能读出其两端电压（通过其电流）的电阻．没有系统误差IURV2122IIRIRAx1221IRIRAA没有系统误差此电路能否测量出电流表的内阻？根据并联分流进行测量没有系统误差V1v2．．．RxV2v1．．．．．3．“伏伏法”电压表的创新使用－－测电流．2211VVRUUR221VxRUUR条件：已知电压表V2的内阻,将V2看成一个电流表使用．没有系统误差存在系统误差RxV2v1．．．．．2221VxRUUURR0V2v1．．．．．02122RUUURV能否消除？根据串联分压进行测量没有系统误差没有系统误差【备考提示】在很多情况下，电压表和电流表（已知内阻）的功用可以互换。有时利用一块电表配合定值电阻也可以完成功能的互换。实际上就是部分电路欧姆定律的变形运用。在处理时，一定要明确原理，灵活运用。替代比较法测电阻替代法测量电阻RxRA比较法测量电阻I1ARRxARRxI2∵I2R=I1Rx∴Rx=I2R/I1（不计电源内阻）4.仪器的选择⑴安全性原则要保证所用仪器的安全，电源最大允许通过的电流、电压表和电流表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电源、电表和用电器时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。⑵精确性原则尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），电表达不到满偏的1/3是不允许的。⑶操作性原则：如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压(电流)比较方便；当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压(电流)比较方便．⑷选择的一般步骤①根据实验要求设计合理的实验电路；②找出唯一性的器材；③估算电路中电压和电流的最大值或最小值，结合已知器材的规格选定电源、选定电压表和电流表以及所用的量程；④根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器.例1.用伏安法测量金属导线的电阻R，试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的量程为0.6A，内阻接近1Ω，伏特表的量程为3V，内阻为5KΩ;电源的电动势为6V，变阻器的阻值为0—20Ω。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：+-RXAV··++例2：有一个电阻Rx，其阻值大约是25kΩ，可供选择的器材是：电流表A1(0----100μA,2kΩ)电流表A2(0----500μA,300Ω)电压表V1(0----10V,100kΩ）电压表V2(0----50V,500KΩ）直流稳压电源E（15V，1A）滑动变阻器R(1kΩ,1W)电键K和若干根导线．试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出电路图，再将如图示的实物连线。解：（1）电压表、电流表的选择由于滑动变阻器的电阻明显小于待测电阻，因此滑动变阻器必须用分压器接法。若电压表选V2（50V），因为电源电压15V不足其量程的1/3，所以电压表应选V1（10V）。+－（2）电流表内接法和外接法的选择实验电路图E=15V25KΩ1KΩRXA2V1因为RX=25KΩ＞＞RA=300Ω，所以采用电流表内接法由于用分压器接法时，电阻RX中的最大电流为Imax=10V/25KΩ=0.4mA=400μA所以电流表选A2（500μA）例3.如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100Ω）(2)直流毫安表（量程0～10mA，内阻50Ω）(3)直流电压表（量程0～3V，内阻5kΩ）(4)直流电源（输出电压4V，内阻可不计）(5)滑动变阻器（阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A）(6)电键一个，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．+－RXAV答：因毫安表内阻与待测电阻相近，必须“外接”．因为变阻器电阻很小，电源和滑动变阻器连接成分压电路，（全题6分．电源、滑动变阻器连接成分压电路，占3分．除电键接错扣1分外，其它任何错都不给这3分．伏安法测电阻的电路占3分，其中电流表应外接，即电压表应直接与待测电阻并联．这部分接线中有任何错误都不给这3分．）RXAV+－A1例4．某电压表的内阻在20～50kΩ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:待测电压表V(量程3V)电流表A1(量程200μA)电流表A2(量程5mA)电流表A3(量程0.6A)滑动变阻器R(最大阻1KΩ)电源ε(电动势4V)电键K.(1)所提供的电流表中,应选用_______(填写字母代号).(2)为了尽量减小误差,要求测多组数据.试在方框中画出符合要求的实验电路图．VA1．．解析：由于滑动变阻器用分压接法时，伏特表两端电压变化范围较大，可以多测几组数据，故滑动变阻器用分压接法．由于电压表中通过的最大电流为Imax=3V/20KΩ=150μA，因此电流表应选用A1．【例题2】（2006年全国Ⅰ、Ⅲ）现要测量某一电压表的内阻。给定的器材有：待测电压表（量程2V，内阻约4kΩ）；电流表（量程1.2mA，内阻约500Ω）；直流电源E（电动势约2.4V，内阻不计）；固定电阻3个：R1=4000Ω，R2=10000Ω，R3=15000Ω；电键S及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。⑴试从3个固定电阻中选用1个，与其它器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出测量电路的原理图。（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。）⑵电路接通后，若电压表读数为U，电流表读数为I，则电压表内阻RV=_