高中电学实验专题总结

电学实验专题第1页（共4页）电学实验专题一、电阻测量的方法归类在高中电学实验中，涉及最多的问题就是电阻的测量，电阻的测量方法也比较多，最常用的有：（1）欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。（2）替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。替代法是用与被测量的某一物理性质等效，从而加以替代的方法。如图1所示。先把双刀双掷开关S2扳到1，闭合S1，调整滑动变阻器，使电流表指针指到某一位置，记下此时的示数I（最好为一整数）。再把开关S2扳到2，调整电阻箱R0，使得电流表指针仍指到示数I。读出此时电阻箱的阻值r，则未知电阻Rx的阻值等于r。说明：①在此实验中的等效性表现在开关换位后电流表的示数相同，即当电阻箱的阻值为r时，对电路的阻碍作用与未知电阻等效，所以未知电阻Rx的阻值等于r。②替代法是一种简捷而准确度很高的测量电阻的方法，此方法没有系统误差，只要电阻箱和电流表的精度足够高，测量误差就可以忽略。（3）伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表时，可以用标准电阻（电阻箱或给一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律I=U/RV，电压表同时可以当电流表使用，同样根据U=IRA，电流表也可以当电压表用。（4）比例法：如果有可以作为标准的已知电阻的电表，可以采用比例法测电表的电阻。用比例法测电表内阻时，两个电流表一般是并联（据并联分流原理），两个电压表一般是串联（据串联分压原理）。所谓“比例法”是：要测量某一物体的某一物理量，可以把它与已知准确数值的标准物体进行比较。例如，使用天平称量物体的质量，就是把被测物体与砝码进行比较，砝码就是质量数准确的标准物体。天平的结构是等臂杠杆，因此当天平平衡时，被测物体的质量与标准物体的质量是相等的，这就省去了进一步的计算。有很多情况下，被测物体与标准物体的同一物理量间的关系并不是相等，而是在满足一定条件下成某种比例的关系，这种方法又称为“比例法”。例如，测电流表和电压表的内阻，如果有可以作为标准的已知电阻的电表，都可以使用比例法。采用比例法测电阻的依据是：串联电路电压与电阻成正比，并联电路电流与电阻成反比。电压表可显图1图2电学实验专题第2页（共4页）示电阻两端的电压值，电流表可显示电阻中通过的电流，所以测电流表内阻应把两电流表并联，测电压表内阻应把两电压表串联，电路图分别如图2（甲）、（乙）所示。测电流表内阻时，应调节滑动变阻器R01，使两电流表的指针都有较大偏转，记录下两电表的示数I1和I2，根据并联电路分流原理，若已知电流表A1的内阻为r1，则电流表A2的内阻r2=121rII。测电压表内阻时，应调节滑动变阻器R02，使两电压表的指针都有较大偏转，记录下两电表的示数U1和U2，根据串联电路分压原理，若已知电压表V1的内阻r1，则电流表V2的内阻r2=112rUU。以上例子中，甲图采用限流电路而乙图采用分压电路，这是由于电流表内阻都较小，若采用分压电路，则滑动变阻器的阻值必须更小，这时电路近似于短路，是不允许的；而电压表内阻都很大，若采用限流电路，则滑动变阻器的电阻必须更大，这在实际上行不通。（5）半值法（半偏法）。半值法是上面比例法的一个特例，测电流表内阻和测电压表内阻都可以用半值法，电路图如图3所示。甲图实验时先断开开关S’，闭合S，调整滑动变阻器R01（限流法连接），使电流表A满度（即指针指满刻度处）；再闭合S’，调整电阻箱R1，使电流表A的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电流表A的电阻rA=R。（测量结果偏小）乙图实验时先闭合开关S’及S，调整滑动变阻器R02（分压法连接），使电压表V满度；再断开S’，调整电阻箱R2，使电压表V的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值R，则电压表V的电阻rV=R。（测量结果偏大）二、常见实验电路：（一）测定电池的电动势和内阻：1．利用一只电压表和一只定值电阻测E、r。此法因电压表的分流作用而产生较大的误差，因此只有在仪器不足的情况下采此法。误差结果：测量值E偏小，r偏小。2．利用一只电压表和二只定值电阻测E、r。此法误差产生原因同上，误差结果同上。图3电学实验专题第3页（共4页）3.利用一只电流表和二只定值电阻测E、r。此法误差产生原因是电流表的分压作用，若电池内阻较小，测定的内阻误差会很大，因此只有电流表内阻已知的条件下方采用此法。4．利用一只电表和一只电阻箱测E、r。此法与方法2、3相比，仅用电阻箱替代二只定值电阻。5.利用一只电压表、一只电流表和一只滑动变阻器测E、r。此法可结合作U—I图象以减小误差。（1）因电压表的分流作用将导致误差。实验结果：E测量值偏小，r测量值偏小。电池内阻通常较小，因此常用图a法。（2）因电流表的分压作用将导致误差。实验结果：E测量值较准确，r测量值偏大。只有当电流表内阻远小于电池内阻时（如水果电池），方用此法。（二）测导体电阻：1．伏安法：需用两只电表和一只滑动变阻器来完成。两只电表中：一只测量电压，一只测量电流。选择电表时要注意每只电表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，题目中若有定值电阻，通常要从扩大电表量程的角度来思考问题。串联考虑满偏电流，并联考虑满偏电压。图b图a电学实验专题第4页（共4页）2．替代法：需一只电表和一只电阻箱（三）测电表内阻：1．伏安法：需一只测量电表和一只滑动变阻器来完成。待测电压（电流）表能测定自身的电压（电流），只需用另一只电表来测量它的电流（电压），根据欧姆定律就能求出待测电表电阻。若量程不匹配，可与题定的定值电阻搭配来完成。滑动变阻器起调节作用，接法与前2．半偏法：不需测量电表，利用一只电阻箱和电源、电键、电线、调节用的变阻器来完成实验。待测电表电阻较小采此法。要求滑动变阻器阻值远大于电表内阻，电源E要大些（图a）待测电表电阻较大采此法。要求滑动变阻器阻值远小于电表内阻，电源E要大些（图b）图a图b（四）描绘伏安特性曲线：工作电路部分与伏安法测电阻一样，而调节电路部分必须由分压器（有较大的调节范围）来完成。