高中物理电学实验总结(内附例题与答案).doc

电学实验一、内容概述 1、掌握电流表、电压表的改装原理，掌握伏安法测电阻的两种解法，并能够分析测量误差。2、掌握滑动变阻器的两种用法。 3、理解多用电表的原理和读数方法。二、重点知识讲解（一）电表的改装1、电流表：把表头G改装成电流表，即把表头的量程Ig扩大到电流表的量程I，这时应并联一个电阻R，起分流作用。若电流表的扩大倍数为，由并联电路的特点得：电流表的内阻：2、电压表：把表头G改装成电压表，即把表头的量程Ug扩大到量程U，应串联一个电阻起分压作用。若电压表的扩大倍数为，由串联电路的特点得：电压表的内阻为：RV=RRg=nRg 量程：U=nUg=IgRV例1、有一块满偏电流Ig=1mA、线圈电阻Rg=1k的小量程电流表；（1）把它改装成满偏电压U=10V的电压表；（2）把它改装成满偏电流I=10mA的电流表。要求画出电路图，算出有关数据。（二）电阻的测量1、伏安法测电阻的两种电路形式（如图所示）2、实验电路（电流表内外接法）的选择测量未知电阻的原理是R，由于测量所需的电表实际上是非理想的，所以在测量未知电阻两端电压U和通过的电流I时，必然存在误差，即系统误差，要在实际测量中有效地减少这种由于电表测量所引起的系统误差，必须依照以下原则：（1）若，一般选电流表的内接法。如图（a）所示。由于该电路中，电压表的读数U表示被测电阻Rx与电流表A串联后的总电压，电流表的读数I表示通过本身和Rx的电流，所以使用该电路所测电阻R测RxRA，比真实值Rx大了RA，相对误差a（2）若，一般选电流表外接法。如图（b）所示。由于该电路中电压表的读数U表示Rx两端电压，电流表的读数I表示通过Rx与RV并联电路的总电流，所以使用该电流所测电阻R测也比真实值Rx略小些，相对误差a.例2、某电流表的内阻在0.10.2之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：A待测电流表A1（量程0.6A）；B电压表V1（量程3V，内阻约2k）C电压表V2（量程15V，内阻约10k）；D滑动变阻器R1（最大电阻10）E定值电阻R2（阻值5）F电源E（电动势4V）G电键S及导线若干（1）电压表应选用_；（2）画出实验电路图；（3）如测得电压表的读数为V，电流表的读数为I，则电流表A1内阻的表达式为：RA=_。（三）滑动变阻器的使用1、滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为限流接法，图（b）电路称为分压接法.负载RL上电压调节范围（忽略电源内阻）负载RL上电流调节范围（忽略电源内阻）相同条件下电路消耗的总功率限流接法EULEILEIL分压接法0ULE0ILE（IL+Iap）比较分压电路调节范围较大分压电路调节范围较大限流电路能耗较小其中，在限流电路中，通RL的电流IL=，当R0RL时IL主要取决于R0的变化，当R0RL时，IL主要取决于RL，特别是当R0R0Rap，所以RL与Rap的并联值R并Rap，而整个电路的总阻约为R0，那么RL两端电压UL=IR并=Rap，显然ULRap，且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作.若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过RL的额定值时，只能采用分压接法.（2）下列情况可选用限流式接法测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且RL与R0接近或RL略小于R0，采用限流式接法.电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法.没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.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5 ，额定功率为1 W）；电流表A1（量程00.6 A，内阻0.2 ）；电流表A2（量程03 A，内阻0.05 ）；电压表V1（量程03 V，内阻3 k）；电压表V2（量程015 V，内阻15 k）；滑动变阻器R0（050 ），蓄电池（电动势为6 V）、开关、导线.为了较准确测量Rx阻值，电压表、电流表应选_，并画出实验电路图.（四）万用电表的使用1、使用步骤及注意事项：（1）使用前应看一下指针是否指在刻度盘左端的零刻线处。如果不在，就应该进行机械调零：用小螺丝刀轻旋表头正下方中央处的调零螺丝，使指针指左端零刻线。（2）根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置。读数时还要注意选用刻度盘上对应的量程刻度。（如测量20mA左右的直流电流，应将选择开关对准左边100mA量程处，在刻度盘上，应该看最下方的刻度，即满偏刻度为10的刻度线，从刻度盘读出数据后还应再乘10，得测量结果。）（3）使用欧姆挡时，在选好倍率后，还必须进行欧姆调零。方法是：将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指右端零刻线处。因此用多用电表的欧姆挡测电阻的操作步骤是：选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级，如估计值为200就应该选10的倍率。进行欧姆调零。将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。将指针示数乘以倍率，得测量值。将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。用欧姆挡测电阻，如果指针偏转角度太小（即指针所指的刻度值太大），应该增大倍率重新调零后再测；如果指针偏转角度太大（即指针所指的刻度值太小），应该减小倍率重新调零后再测。（4）使用多用电表时，两只手只能握住表笔的绝缘棒部分，不能接触表笔上的金属部分。2、欧姆表测电阻（1）原理是闭合电路欧姆定律.（2）当红、黑表笔之间接入某一电阻Rx时，通过欧姆表的电流为.若I=0，则Rx=；I=Ig时，Rx=0。欧姆表刻度具有反向性和非线性特点，表盘刻度不均匀.当，表盘中值电阻，中值电阻一定，表盘刻度就唯一确定.欧姆表中的电池用久了，电动势和内阻都要发生变化，只能用来粗略测量电阻.例4、如图，电流表满偏电流Ig=500A，线圈电阻Rg=200，电动势E=1.5V，电流表盘刻有欧姆表刻度线，指针指在满刻度时共转过90.（1）指针半偏时所对应的阻值是多少？（2）指针转过30时所对应的阻值是多少？（3）若电池使用久了，电动势变为1.4V，这种情况下测电阻时若指针指在中间阻值处，求被测电阻真实值。（五）测定电池的电动势和内阻1、实验原理如图(1)所示电路，改变电阻R，从电压表和电流表可测出几组U、I值，利用闭合电路欧姆定律可以求出E、r2、数据处理测出两组U、I值，列方程组可解出E、r图象法处理数据，测出多组(不少于6组)、I值，在I直角坐标系中标出各点，画出I图象，如图(2)所示，图象的纵截距为E，横截距为短路电流，图象法比较好地利用各组测量数据，并能排除奇异点，能够减小偶然误差3、误差分析：由于电流表和电压表不是理想电表，就会带来一定的系统误差，下面分别分析电流表内接和外接两种情况下的系统误差(1)如图(3)所示，电流表接在了外边，电压表所测为电源的外电压，而电流表读数比流过电源的电流值要小，测量存在系统误差电压表的读数越大，越大，电流表的测量误差也越大，如图(4)所示，短路时，0，测量值与真实值相同由图象可知，定量分析：此函数式的纵截距为：斜率的绝对值为：当r时，(2)如图(5)所示，电流表接在了里边，电流表所测的电流为流过电源的电流，电压表所测电压比路端电压小当电路中电流增加时，电压表读数的误差随着增加，UI图象如图(6)所示，测量值图线比较陡，E，r由等效电路可知，一般安培表的内阻与r接近，所以这种方法测出的内阻误差较大（六）简单的逻辑电路逻辑关系真值表符号与门：仅当输入信号A和B均为1时，输出信号Z才为1。输入输出ABZ 00010100111或门：输入信号A和B只要有一个为1或者均为1时，输出信号Z为1。输入输出ABZ000011101111非门：输入信号A为1，则输出信号为0；输入信号A为0，输出信号为1。输入输出AZ0110例5、如图为包含某逻辑电路的一个简单电路图，L为小灯泡光照射电阻R时，其阻值将变得远小于R该逻辑电路是_门电路（填“与”、“或”或“非”）当电阻R受到光照时，小灯泡L将_（填“发光”或“不发光”）高考展望（2006年广东）某同学设计了一个如图7所示的实验电路，用以测定电源电动势和内阻，使用的实验器材为：待测干电池组（电动势约3V）、电流表（量程0.6A，内阻小于1）、电阻箱（099.99）、滑动变阻器（010）、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干考虑到干电池的内阻较小，电流表的内阻不能忽略（1）该同学按图7连线，通过控制开关状态，测得电流表内阻约为0.20试分析该测量产生误差的原因是_（2）简要写出利用图7所示电路测量电源电动势和内阻的实验步骤：_；_；（3）图8是由实验数据绘出的图象，由此求出待测干电池组的电动势E_V、内阻r_（计算结果保留三位有效数字）同步测试一、选择题1、一个电压表由表头G与电阻R串联而成，如图所示，若在使用中发现此电压表的读数总比准确值稍小一些，采用下列哪种措施可能加以改进（）A在R上串联一个比R小得多的电阻B在R上串联一个比R大得多的电阻C在R上并联一个比R小得多的电阻D在R上并联一个比R大得多的电阻2、如图所示，为多用表欧姆挡的原理示意图，其中电流表的满偏电流为300A，内阻rg=100，调零电阻最大阻值R=50k，串联的固定电阻R0=50，电池电动势E=1.5V，用它测量电阻Rx，能准确测量的阻值范围是（）A30k80k B3k8kC300k800kD3000k8000k 二、综合题3、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4k）电流表（量程1.2mA，内阻约50)；直流电源E（电动势约2.4V，电阻不计）；固定电阻3个：R14000，R210000，R315000；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）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_ 4、（1）现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡（图中用表示）的伏安特性曲线要求所测电压范围为0.1V4V现有器材：直流电源E（电动势4.5V，内阻不计），电压表V（量程4.5V，内阻约为4104），电流表A1（量程250mA，内阻约为2），电流表A2（量程500mA，内阻约为1），滑动变阻器R（最大阻值约为30），电键S，导线若干如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是_，下面两个电路应该选用的是_5、某同学用图2所示电路，测绘标有“3.8V，0.3A”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象。除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：电流表A1（量程100mA，内阻约2）；电流表A2（量程0.6A，内阻约0.3）；电压表V1（量程5V，内阻约5k）；电压表V2（量程15V，内阻约15k）；滑动变阻器R1（阻值范围010）；滑动变阻器R2（阻值范围02k）；电源E1（电动势为1.5V，内阻为0.2）；电源E2（电动势为4V，内阻约为0.04）为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表_，电压表_，滑动变阻器_，电源_（填器材的符号）根据实验数据，计算并描绘出RU的图象如图3所示。由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_；当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为_，灯泡实际消耗的电功率为_W根据RU图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系符合该关系的示意图是下列图中的_ABCD6、一多用电表的电阻档有三个倍率，分别是1、10、100用10档测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到_档如果换档后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是_，若补上该步骤后测量，表盘的示数如图，则该电阻的阻值是_7、某研究性学习小组利用如图所示电路测量电池组的电动势E和内阻r根据实验数据绘出如下图所示的图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E_V，r_8、（1）用已调零且选择旋钮指向欧姆挡“10”位置的多用电表测某电阻阻值，根据如图所示的表盘，被测电阻阻值为_若将该表选择旋钮置于1mA挡测电流，表盘仍如图所示，则被测电流为_mA9、表格中所列数据是测量小灯泡UI关系的实验数据：（1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图_（填“甲”或“乙”）；（2）在方格纸内画出小灯泡的UI曲线分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而_（填“变大”、“变小”或“不变”）；（3）如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为_A10、现在按图所示的电路测量一节旧干电池的电动势E（约1.5V）和内阻r（约20），可供选择的器村如下：电流表A1、A2（量程0500A，内阻约为500），滑动变阻器R（阻值0100，额定电流1.0A），定值电阻R1（阻值约为100），电阻箱R2、R3（阻值0999.9），开关、导线若干由于现有电流表量程偏小，不能满足实验要求，为此，先将电流表改装（扩大量程），然后再按图电路进行测量（1）测量电流表A2的内阻按图电路测量A2的内阻，以下给出了实验中必要的操作A断开S1B闭合S1、S2C按图连接线路，将滑动变阻器R的滑片调至最左端，R2调至最大D调节R2，使A1的示数为I1，记录R2的值E断开S2，闭合S3F调节滑动变阻器R，使A1、A2的指针偏转适中，记录A1的示数I1请按合理顺序排列实验步骤（填序号）：_（2）将电流表A2（较小量程）改装成电流表A（较大量程）如果（1）中测出A2的内阻为468.0，现用R2将A2改装成量程为20mA的电流表A，应把R2调为_与A2并联，改装后电流表A的内阻RA为_（3）利用电流表A、电阻箱R3测电池的电动势和内阻用电流表A、电阻箱R3及开关S按图所示电路测电池的电动势和内阻实验时，改变R3的值，记录下电流表A的示数I，得到若干组R3、I的数据，然后通过作出有关物理量的线性图象，求得电池电动势E和内阻ra请写出与你所作线性图象对应的函数关系式_b请在虚线框内坐标中作出定性图象（要求标明两上坐标轴所代表的物理量，用符号表示）c图中_表示E，图中_表示r电学实验答案例 题例1、解析：因电流表的满偏电流IgI，所以并联一个适当的分流电阻，即可改装成量程为10mA的电流表，原来电流的满偏电压Ug=IgRg=1VU，故应串联一个适当的分压电阻，即可改装成量程为10V的电压表，其电路图如（a）、（b）所示。改装成电压表时，由串联分压 即需串联一个阻值为9k的分压电阻.改装成电流表时，由并联分流： 即需并联一个阻值为0.11k的分流电阻.例2、解：本题利用电压表指电压，电流表指电流的功能，根据欧姆定律R=计算电流表的内阻。由于电源电动势为4V，在量程为15V的电压表中有的刻度没有利用，测量误差较大，因而不能选；量程为3V的电压表其量程虽然小于电源电动势，但可在电路中接入滑动变阻器进行保护，故选用电压表V1。由于电流表的内阻在0.10.2之间，量程为0.6A ，电流表上允许通过的最大电压为0.12V，因而伏特表不能并联在电流表的两端，必须将一个阻值为5的定值电阻R2与电流表串联再接到伏特表上，才满足要求。滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求，但考虑限流的连接方式节能些，因而滑动变阻器采用限流的连接方式。故本题电压表选用V1；设计电路图如图1所示；电流表A1内阻的表达式为：RA =-R2。例3、错解分析：没能据安全性、准确性原则选择A1和V1，忽视了节能、方便的原则，采用了变阻器的分压接法.解题方法与技巧：由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值，可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为U=2.2 V，I=0.45 A.则电流表应选A1，电压表应选V1.又因=24.5 Rx，则电流表必须外接.因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法，若用限流接法，则被测电阻Rx上的最小电流为Imin=0.11 AI额，故可用限流电路.电路如图所示. 例4、解析：（1）设电源内阻为r，指针满偏时，指针指在表盘正中央时， （2）指针转过30时对应阻值为Rx，则：（3）电动势E=1.4V时对应的中值电阻指针半偏处仍刻着3000，而实际电阻只有2800，可见用欧姆表测电阻时，由于电动势变小，电阻的测量值偏大，电阻的测量将产生系统误差。 例5、解析：逻辑电路分为或门电路、与门电路和非门电路，由图示符号可知，该逻辑电路是非门电路；当光照射电阻R时，其阻值将变得远小于R，则R两端电压很小，由非门电路的特点可知，其输出电压较大，小灯泡L将发光。 答案：非，发光 高考展望答案：（1）并联电阻箱后电路总阻值减小，从而使总电流增大。 （2）见解题详析 （3）2.86，2.37解析：（1）测量电流表内阻的实验方法是半偏法，其实验步骤是：断开开关S，闭合开关K，调节滑动变阻器的滑动头P，使电流表指针满偏；将开关S接C，保持滑动变阻器的滑动头P的位置不变，调节电阻箱R，使电流表指针半偏，此时电阻箱的读数等于电流表的内阻。由于电阻箱的并入，使电路中的总电流增大，电流表内阻的测量值偏小。（2）断开开关K，将电阻箱R的阻值调到最大，再将开关S掷向D；调节电阻箱R直到电流表有一合适的示数，改变R的阻值，进行多次测量，记录每次电阻箱的阻值和电流表示数。（3）此实验测定电源电动势和内阻的原理式是：，即显然，图线的斜率的倒数表示电源电动势E，图线的截距表示，由图线可得，则。同步测试1 2 D B 提示：1、说明电流稍小，串联的电阻略大，校正方法是适当减小电压表的电阻，而表头的内阻Rg是确定的，所以只有适当减小分压电阻R，在R上串联电阻不行，只能并联一个电阻，而并联电路的总电阻比任何一个分电阻都小，不能并联小电阻，否则分压电阻改变较多，误差更大，所以D正确。2、红、黑表笔短接调零时当指针指中间时，Rx=5000。使用欧姆表读数时在中值电阻5k左有读数最为准确，所以能准确测量的阻值范围是3k8k.3、答案：R1，如图所示；R1U/（IR1U）解析：由题给参数可知，允许通过待测电压表的最大电流因此，要满足两电表指针偏转均超过其量程的一半的条件，应在待测电压表上并联一个分流电阻，如图所示。实验测量中，当待测电压表示数接近2V时，通过电流表的电流应接近1.2mA，所以，并联的分流电阻的阻值R应满足： 代入数据解得若并联的分流电阻过大，其分流作用太小，两表配置不好，读数引起的偶然误差较大，所以，应选择阻值接近2.9k的固定电阻，即选择R1较合理。由并联电路的特点和欧姆定律可得，解得。4、答案： A2，甲解析：当加在小灯泡两端电压为额定电压时，通过的额定电流 为满足实验要求，测绘小灯泡的伏安特性曲线，电流表应选用A2。小灯泡在额定电压下的电阻，R远小于电压表的内阻，为减小由于电表接入引起的系统误差，电流表应采用外接法，即应选用电路甲进行实验。5、答案：A2，V1，R1，E2；1.5，11.5，0.78；A解析：小灯泡允许通过的最大电流，则电流表应选用A2；加在小灯泡两端的最大电压，为减小电表读数引起的偶然误差，应选用量程接近3.8V的电压表，即选用V1；小灯泡的最大电阻，调节滑动变阻器时为使电表读数有明显的变化，应选用阻值较小的滑动变阻器R1；为了较完整测绘小灯泡的RU图象，电源电动势不应小于小灯泡的额定电压，电源应选用E2。由图象可知，U=0时，R=1.5；U=3V时，R=11.5，此时，小灯泡实际消耗的电功率。由RU图象可知，图线的割线斜率的倒数随电压U的增大而增大；小灯泡实际消耗的电功率，则，由于I随电压U的增大而增大，所以，在PU图象中图线的割线斜率应逐渐增大