高中物理电学实验基础.ppt

高中物理电学实验基础,一、电表、电表的改装,1.灵敏电流表G （1）三个主要参数 内阻Rg:电流表线圈的电阻，大约几欧到几十欧。 满偏电流Ig:指针批转到最大刻度时的电流，大约几十微安到几毫安。,满偏电压Ug:电流表通过Ig时两端的电压，大约零点几伏。 （2）三个参数间的关系：由欧姆定律可知 Ug=IgRg 注意：电表就是电阻。,2.电压表,（1）电压表的改装 电流表G 的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为U的电压表时，应串联一个电阻R分去多余的电压U-Ug，电阻R叫分压电阻。,（2）电压表的内阻：Rv=Rg+R,I,3.电流表的改装 电流表G 的电压量程Ug=IgRg，当改装成量 程为I的电流表时，应并联一个电阻R分去多余的电流I-Ig，电阻R叫分流电阻。,（2）电流表的内阻：RA=RgR/(R+Rg),4.电流表改装成欧姆表,原理：闭合电路的欧姆定律 如图所示，当红、黑表笔短接时，调节R，使电流表的指针达到满偏电流，此时指针所指表盘上满刻度处对应两表笔间电阻为零。这时有：,当两表笔间接入电阻Rx时，电流表的电流为：,当Rx改变时，Ix随着改变，将电流表表盘上Ix处标上对应的Rx值，就构成了欧姆表。 中值电阻：欧姆表的内阻即为中值电阻R中R内R+Rg+r 因Ix与Rx 不是线性关系，欧姆表表盘刻度不均匀。,二、滑动变阻器的两种接法,1.限流接法 如图所示。 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： 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。 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。 两种方法都满足时优先选用 限流接法。,2.分压接法,如图所示 Rx电压调节范围0UxE。 开关闭合前，P应在a端。,分压接法的选用原则： 测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。 待测电阻Rx远大于R，且要求电压变化范围较大时。 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。,三、电阻的测量,1.伏安法测电阻 （1）原理：部分电路的欧姆定律。 （2）电流表外接法，如图所示。 误差分析：,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。,（3）电流表内接法，如图所示。 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。,（4）内、外接法的选用原则 计算临界电阻：,若RxR0，待测电阻为大电阻，用内接法 若RxR0，待测电阻为小电阻，用外接法 即大电阻，内接法；小电阻，外接法。 可记为：大内小外。,试触法确定内外接法：在不知道RV、RA、RX 的大致值时，可用试触法，如图所示：,触头分别接触a、b两点：若V变化大，说明A 分压大，应用外接法；若A变化大说明V分流 大，应用内接法。,例1：某同学欲测一电阻Rx的阻值（约为300） 可供选择的仪器有：电流表A1，量程10mA;电流表A2，量程0.6A;电压表V1，量程3V;电压表V2，量程15V；电源电动势为4.5V。请同学们按图接好电路，闭合S1后，把开关S2拨至a时，发现两电表的指针偏转的角度都在满偏的4/5处；再把开关S2拨至b时，发现其中一个电表的指针偏转几乎不变，另一个电表的指针偏转的角度在满偏的3/4处；该同学在实验中所选电压表的量程为（ ）所选电流表的量程为（ ） Rx的测量值为（ ）。,3V,10mA,320,2.安安法测电阻,若电流表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用.,（1）如右图所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻R2=I1R1/I2.,（2）如右图所示，当两电表的满偏UA2UA1时，A1串联一电阻R1，同样则可测得R2的内阻R2=I1（R1+R0)/I2.,例2.用以下器材测量一待测电阻的阻值，器材如下：电流表A1（量程250mA，内阻r1=5); 标准电流表A2（量程300mA，内阻r2约为5); 待测电阻R1（阻值约为100）；滑动变阻器R2（最大阻值为10）；电源E（电动势约为10V，内阻r约为1）；开关S，导线若干。 （1）要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并表明代号。 （2）实验中，需要直接测量的物理量是（ ） 用测的量表示待测电阻R1的阻值的计算公式是（ ）,答案：（1）原理图如图所示. （2）设两电流表A1和A2的读数为I1、I2，待测电阻R1阻值的计算公式为：,（1）如图所示，当两电表的满偏电流接近时，如果已知V1的内阻R1，则可测得V2的内阻R2=U2R1/U1.,3.伏伏法测电阻,若电压表内阻已知，则可当作电流表、 电压表及定值电阻来使用。,（2）如右图所示，当两电表的满偏电流IV2IV1时，V1并联一电阻R0，同样则可测得R2的内阻,例3.用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：电源E（电动势约为9V，有一定内阻）；电压表V1（量程1.5V，内阻r1=750); 电压表V2（量程5V，内阻r2约为2500);滑动变 阻器R（最大阻值为100）；开关S，导线若干。 （1）测量中要求电压表的读数不小于量程的1/3，试画出实验中测量电阻Rx的异种原理图。 （2）若电压表V1的读数为U1，V2的读数为U2，则 用已知量和测的量表示待测电阻Rx的阻值的计算公式是 ,答案：（1）原理图如图所示. （2）待测电阻RX阻值的计算公式为：,4.电阻箱或定值电阻当电表用,（1）电阻箱作电压表用，如图所示：可测得电流表A2的内阻R2（I1-I2)R/I2 图中电阻箱R可测得电压为（I1-I2)R （2）电阻箱作电流表用 如图所示，若已知R及RV,则测得干路电流为：,5.比较法测电阻,如图所示，测得电阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示数I1、I2，可得Rx=I2R1/I1. 若考虑电表内阻的影响，则 I1(Rx+RA1)=I2(R1+RA2),6.替代法测电阻,如图所示，S接1，调节R2，读出电流表示数为I； S接2，保持R2不变，调节电阻箱R1，使电流表示数也为I。 由上可得：RX=R1,该方法的优点是消除了电表内阻对测量结果的影响 缺点是电阻箱内阻不可以连续调节。,7.半偏法测电阻,（1）半偏法测电流表内阻 方法一：如图所示，测电流表G的内阻： 将电阻箱R的电阻调到0； 闭合S调节R0，使电流表G达到满偏电流I0； 保持R0不变，调节R使电流表G示数为I0/2； 由上可得RG=R,注意：当RGR0时，测量误差小，此方法适合测大阻值电流表内阻，且测量值偏大。,方法二：如图所示测量电流表A的内阻,断开S2，闭合S1，调节R0，使A表满偏为I0; 保持R0不变，闭合S2，调节R，使电流表读数为I0/2； 由上得RA=R,注意：当R0RA时，测量误差小，此方法适合测小阻值电流表内阻，且测量值偏小。 电源电动势宜大一些。,（2）半偏法测电压表内阻,方法一：如图所示，测电压表V的内阻： 闭合S,将电阻箱R的电阻调到R1时，测得电压表示数为U1； 调节电阻箱阻值为R2，使电压表VD的示数为U1/2； 由上可得RV=R2-2R1,方法二：如图所示，测电压表V的内阻：,将滑动变阻器的画片P滑到最右端，电阻箱R的阻值调到最大； 闭合S1、S2，调节R0，使电压表示数指到满刻度； 打开S2，保持R0不变，调节R，使电压表示数指到满刻度的一半； 由上可得RV=R,8.欧姆表测电阻,机械调零 选档 欧姆调零 测电阻Rx. 改换档位 重新欧姆调零 测电阻 注意：待测电阻的读数应为表盘读数乘以倍数，指针应指在表盘刻度的1/32/3的部分，否则需换挡，换挡后需重新欧姆调零。,9.消除电表内阻对测量结果的影响,例4.伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响，不论电表内接还是外借都存在系统误差，为消除系统误差而设计的补偿电路如图所示，完成下列实验步骤并写出待测电阻Rx的表达式。 先将S1闭合。 将S2与1闭合，调节R，读出电压表读数U1，安培表读数I1 根据上述测量结果，算出Rx,答案：将S2与2闭合，调节R，读出电压表读数U2，电流表读数I2 ,四、实物图连线,要求：导线不能有交叉、分支，导线必须接在 接线柱上；电表的正负极与电源的正负极不能接错。 例5.为了测量一个“12V、5W”的小灯泡的不同电压下的功率，给定了以下器材： 电源：12V，内阻不计；电流表：00.6A，03A，内阻可忽略； 电压表：03V，015V，内阻很大； 滑动变阻器；阻值范围020，允许最大电流1A； 开关一个，导线若干。 实验时要求加在灯泡两端的电压可从0V调到12V. 请在右框中画出实验电路图.,按画出的电路图，在下面图3的实物图上连接.,某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图4所示。某次测量时，电流表指针位置如图5所示，电流表读数为 A，此时小灯泡的实际功率为 W。,答案：电路图如右图所示 电流表选0.6A量程，电压表选15V量程 。实物图连接如下图所示：,0.40 2.4,练习：1.现有器材：电压表（量程3V，内阻约几千欧），电压表（量程15V，内阻约几十千欧），定值电阻（3.0kW），滑动变阻器R（01750W），直流电源（约6V，内阻不计），开关、导线若干，要求利用这些器材测量电压表的电阻值 （1）在方框中画出实验电路图 （2）用已知量和直接测得量表示的电压表内阻的表达 式为r _ 式中各直接测得量的意义是：_,U1为电压表V1的示数，U2为电压表V2的示数,2.用伏安法测定一个阻值约1k的电阻，要求测量结果尽量准确 （1）下列器材中应选用的是（用字母代号表示） A电池组（6V，内阻很小）B电流表（010mA，内阻10） C电流表（01mA，内阻100）D电压表（03V，内阻5k） E电压表（06V，内阻10k）F滑动变阻器（020，1A） G滑动变阻器（0200，0.3A） H开关、导线 （2）在方框中画出实验电路图。 （3）将实物连接成实验电路。,【答案】（1）ABEFH （2）图像注意：分压式和外接法 （3）略,3.在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，采用的仪器有：电源E（电动势6V，内阻不计）；额定电压4.0V的小灯泡L；电流表A（量程0.6A，内阻约2）；电压表表V（量程5V，内阻约15k）；滑动变阻器R（最大阻值15）；开关S，导线若干。实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调。 I在做实验时，连成的实物电路图如下：,请你指出上述实验电路图中的错误之处： 请你在虚线方框中画出实验所用的正确电路原理图。,如图所示为某同学根据正确的实验电路图所测的几组数据画出的IU图象。图象是一条曲线而不是直线的原因是 ；从图象中可求得小灯泡正常发光时的电阻是 。,【答案】I电流表没有接成外接电路 滑动变阻器没有接成分压电路。 见右图 灯丝电阻随温度而改变（灯丝电阻随I或随U改变亦可） 10（9.5到10.5之间都给分）,4使用万用电表欧姆挡测电阻时： 测量前应检查指针是否停在“”刻度线的“”处； 每一次换档位，都要重新进行一次“欧姆调零”； 在外电路，电流是从黑表笔流经被测电阻到红表笔的。 测量时，若指针偏转很小(靠近附近)，应换倍率较大的档位再测。 以上做法正确的是（ ） A B C D,5.测量电流表内阻的电路图如图所示，实验的操作步骤如下： 将电阻箱R的电阻调到零； 闭合开关，调节滑动变阻器R1的滑片，使得电流表达到满偏电流I0； 保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱的电阻，使得电流表的示数为I0/2； 读出电阻箱的电阻值Rx，可以认为电流表的内阻rRx。,关于此实验的操作方面： （1）请用铅笔线代表导线，将示意图中的实物连成测量电路。 （2）已知电流表的量程是2mA，内阻约是40。电池的电动势约为6V。 可供选择的滑动变阻器有（A）阻值010，额定电流2A （B）阻值050，额定电流1.5