伏安法在电学实验中的应用

1、电学实验复习（伏安法）伏安法是物理电学实验中一种基本的测量方法，用电压表并联来测量电路两端的电压，用电流表串联来测量电路中通过的电流强度。而电压和电流强度是电路中基本的物理量，通过利用欧姆定律：r=u/i可测出电阻值；通过p=ui可以测出电功率；利用闭合电路欧姆定律u=-ir可以测出电源的电动势和内阻。因而伏安法的应用很多，学生如果能熟练的掌握伏安法的原理和应用，对于其他的电学实验将更加容易。我就结合到高中物理课本上的学生实验来谈谈伏安法的复习。一、 正确的认识仪器目前我们的实验教学都是老师先讲，学生再做。因而学生的实验基本技能和习惯大都比较差。正确认识器具和仪表是物理实验的前提，而我们老师和

2、学生往往都忽视了这个问题。在实验前，拿到器具和仪表要能说出他的名称，通过观察、教师的辅导、阅读说明书，了解它的主要功能、使用条件、量度范围、准确度及使用规范。对于伏特表和安培表，首先要弄清它们的工作原理和内部结构，知道安培表应该与被测电阻串联，伏特表与被测电阻并联。要明确伏特表和安培表都要有电流通过才有读数，要明确伏特表和安培表都有 “+”“-”接线柱，电流从“+”流入从“-”流出。其次要观察电表刻度盘的零刻度在哪里？指针是否指零？没有的话还要知道怎么调零。要弄清楚电表的量程（最大测量值）和准确度（最小测量值）。最后要知道怎么读数以及读数的规范，对于伏特表和安培表，读数的基本原则是：凡仪器最小

3、刻度是10分度的，要求读到最小刻度后再往下估读一位（估读的这位是不可靠数字）；凡仪器最小刻度不是10分度的，只要求读到最小刻度所在的这一位，不再往下估读。，这也是学生不注意和容易出错的地方。二、 器材和电路的选择电学实验器材和电路选择的总原则是安全、精确和方便。器材的选择与实验所用的电路密切相关，因此在选择器材前首先要根据实验目的和实验原理设计测量精确、安全可靠、操作方便的实验电路，再根据实验电路的需要选择器材。选择器材和电路时，为了使测量结果精确和保护仪器，应遵循以下原则：1、电源。一般可以根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。2、电表。通过估算确定电路中通过电流表的最大电

4、流和电压表两端的最大电压，所选择的电表的量程应大于最大电流和最大电压，以确保电表的安全；通过估算确定电路中通过电流表的最小电流和电压表两端的最小电压，选择的电表的量程应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度；在满足上述两个条件以后，在不计电表内阻时应选用内阻较小的电流表和内阻较大的电压表，以减小系统误差。3、变阻器。所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确保变阻器的安全；为满足实验中电流变化的需要和调节的方便，在分压式接法中，应选用电阻较小而额定电流较大的变阻器，在限流式接法中，应选用电阻比待测电阻大的多的变阻器。4、分压

5、式和限流式电路。在选择变阻器分压式和限流式电路两种接法时应优先考虑限流式接法，但在下列三种情况下，必须选择分压接法。a：题目所提供的实验仪器选择限流接法时，线路中的电流超过了电表的量程或某一元件的最大允许通过电流。b:  变阻器的电阻远小于被测电阻或电路中串联的其它电阻阻值，变阻器的阻值变化时，电路中的电流变化太小。c：要求待测电路的电压从零开始连续变化。vavaa b5、伏安法测电阻有a、b两种接法，a叫(安培计)外接法，b叫（安培计）内接法。外接法的系统误差是由电压表的分流引起的，测量值总小于真实值，小电阻应采用外接法；内接法的系统误差是由电流表的分压引起的，测量值总大于真实值，

6、大电阻应采用内接法。何时采用内接和外接有以下几种判断方法：a：阻值判断法：待测电阻值的阻值rx<<rv，即待测电阻rx阻值较小约几欧几十欧时，采用外接法误差较小。当rxra即阻值较大约几千欧以上时，采用内接法误差较小。b：倍率比较法：如果rv/rx>rx/ra采用外接法误差小，如果rv/rx<rx/ra采用内接法误差小。c：实验探测法： 如果无法估计被测电阻的阻值大小，可以利用试触法：如图将电压表的左端固定，而将右端第一次接a点，第二次接b点，观察电流表和电压表的变化，若电流表读数变化大，说明被测电阻是大电阻，应该用内接法测量；若电压表读数变化大，说明被测电阻是小电阻，

7、应该用外接法测量。（这里所说的变化大，是指相对变化，即i/i和u/u）。6、实物图连线技术连线时要注意电表的正负接线柱，滑动变阻器触头的位置，开关应该可以控制整个电路，连线过程不要交叉，所有连线一点要连接在接线柱上。对限流电路，只需用笔画线当作导线，从电源正极开始，把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可（注意电表的正负接线柱和量程，滑动变阻器应调到阻值最大处）。对分压电路，应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来，然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头，比较该接头和滑动触头两点的电势高低，根据伏安法部分电表正负接线柱的情况，将伏安法部分接入该两点间。三

8、、典型例题分析1、某一次测量的电压表和电流表的示意图如图所示，则这次测量的电压值是 ；电流值是 。答案：1.28v; 0.28a2、某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下一组u和i的数据：编号123456789u（v）00.200.601.001.401.802.202.603.00i（a）00.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205灯泡发光情况 不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光实验室提供的器材如下：a：直流电源e1（电动势约1.5v，内阻可不计）b：直流电源e2（电动势约4v，内阻可不计）c：电流表a1（量程为00.6a，内阻约1）d：电流表a2（量程为

9、03a，内阻约0.5）e：电压表v1（量程为03v，内阻约3k）f：电压表v2（量程为015v，内阻约15k）g：滑动变阻器r1（阻值010，额定电流2a）h：滑动变阻器r2（阻值0500，额定电流1.5a）i：开关s及导线若干（1）小灯泡的额定功率为 （2）在实验过程中应该选用的实验器材是 （填字母）（3）实验时，应该使用的电路图是： 答案：（1）0.615w （2）b c e g h i （3）如右图所示3欲用伏安法测定一段阻值约为5左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材： a电池组（3v，内阻1）； b电流表（03a，内阻0.0125） c电流表（00.6a，内阻0.

10、125） d电压表（03v，内阻3k） e电压表（015v，内阻15k） f滑动变阻器（020，额定电流1a） g滑动变阻器（02000，额定电流0.3a） h电键、导线。 （1）上述器材中应选用的是_。（填写各器材的字母代号） （2）实验时，应该使用的电路图是： 答案：（1） a c d f h （2）如图所示四、课本学生实验的复习建议 学生实验是课本要求的必做的，具有代表性和示范性，是考试的基础。要应对各类实验试题，包括高层次的实验试题，首先是把要求必做的学生实验真正做懂、做会，特别是在实验原理上要认真钻研，对每一个实验步骤都要问个为什么，即不但要记住怎样做，更应该知道为什么要这样做。对基

11、本的实验，复习过程中要注意以下五个方面的问题：（1）实验目的和原理（2）实验仪器和装置（3）实验步骤和注意事项（4）实验数据的处理（5）实验误差的定性分析1、描绘小灯泡的伏安特性曲线因为即小灯泡的电阻较小（10左右）所以应该选用安培表外接法。小灯泡的电阻会随着电压的升高，灯丝温度的升高而增大，所以u-i曲线不是直线。为了反映这一变化过程，灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压。所以滑动变阻器必须选用分压接法（如右图）。（注意实验前开关应断开，滑动变阻器滑片应在最左端）。u/vi/ao由实验数据作出的i-u曲线如右，说明灯丝的电阻随温度升高而增大，也就说明金属电阻率随温度升高而增大。（若用u-

12、i曲线，则曲线的弯曲方向相反。）作为数据处理的方法之一，作图法处理数据已成为最重要的手段了。这与它直观、误差小、易于发现错误数据、可以求平均值和求某些物理量有很大关系。目前此类题目正在从画直线向画曲线方面发展，要引起重视。典型考题（2006年上海）表格中所列数据是测量小灯泡ui关系的实验数据：u/(v)0.00.20.51.01.52.02.53.0i/(a)0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215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”）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”

13、或“不变”）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 a。【解析】由小灯泡 ui关系的实验数据可得，电路中灯泡两端的电压可调为0，只有甲电路具有此功能，而乙图的电路不具此功能。故确定实验电路为甲。ui曲线如右图所示，由所做出的ui曲线知，曲线上各点与原点连线的斜率越来越大，说明灯泡的电阻越来越大。 设b中的电流为i，依题意知a中的电流为3i，由，及，可估计。从曲线上得此时。502025152、测定金属的电阻率螺旋测微器的读数是重点也是难点。读数时，从固定刻度上读取整、半毫

14、米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是10分度，所以在最小刻度后应再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。右图中的读数应该是6.702mm。测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。闭合电键s之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。被测电阻丝的电阻较小，所以选用电流表外接法；本实验不要求电压调节范围，可选用限流电路。因此选用右图的电路。开始时滑动变阻器的滑动触头应该在右端。本实验通过的电流不宜太大，通电时间不能太长，以免电阻丝发热后电阻率发生明显变化。典型考题：在测定金属的电阻率的实验中，金属导线长约0.8m，直径小于1mm，电阻在5左右。实验主要步骤如下：用_测量金属导线的长度