高中电学实验

1、高中物理电学实验描绘小灯泡的伏安特性曲线、伏安法测电阻、测量电阻的电阻率考虑:1)电压表、电流表的量程的选择；2)电流表的内外接；3)滑动变阻器的分压限、流接法：用分压接法时，滑动变阻器应该选用阻值小的；用限流 接法时，滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的；4)电流表的内外接产生误差的原因； 5)游标卡尺与螺旋测微器读数：游标卡尺不估读，螺旋测微器估读;1、实验原理在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，UHI图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡的电压U和电流I ,然后在坐标纸上以 U为纵轴，以I为横轴画出UI曲线。2、实验步骤(1)、适

2、当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。(2)、滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端，电路经检查无误后，闭合电键 S。(3)、改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数 I和U,记 入记录表格内，断开电键 S;(4)、在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I ,横轴表示电压U,用平滑曲线将各点连接起来,便得到伏安特性曲线。(5)、拆去实验线路，整理好实验器材。3、注意事项(1)、因本实验要作出IU图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此，变阻器要采用分压 接法；(2)、本实验中，因被测小

3、灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法；(3)、电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值(如0.5V)时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压；(4)、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；(5)、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定用平滑的曲线，不能画成折线。4、误差分析(1)、测量电路存在 系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；(2)、描绘IU线时作图不准确造成的 偶然误差。5、知识延伸5.1 电流表的解法：(1)内接法：如图所示

4、，待测电阻的测量值Ua Ur Ua Ur1 测 I A I RRARx显然R测,Rx所以RxR测Ra当Rx>>RA时，Rx R测，系统的相对误差很小，可以忽略不计，所以内接法适用于测量高阻值电阻。(2)外接法：如图所示，待测电阻的测量值%UjOuRx划 IhT IV IR Rv Rx显然有：Rs< Rx所以Rx"R测RvR测当Rx<<R/时，00R；Rx所以外接法适用于测量低阻值电阻。(3)试触法选择内、外接法：具体方法是，在如图所示的电路中，改变电表的连接方式，拿电压表的一个接线柱分别接触 M N两点，观察电压表和电流表的示数变化，如果电流表变化明显，

5、说明电压表内阻对电路影响较大，应采用内接法；如果电压表变化明显， 说明电流表内阻对电路影响较大，应采用外接法。5.2滑动变阻器的限流接法和分压接法:电路负载Rl上电压调节范围负载Rl上电流调节范围闭合开 美前触 电所处 ag相同条件 下消耗的 总功率限 流 接 法,_,r2tp 4,Rla R0be r0S-Rl-UlRlRoI L RlR0Rlb端IL分 压 接 法|a Ro b| I ro S0 U L0 IL R rla端(IL Iap)比较分压电路调节范围 大分压电路调节范围 大都为了 保护负 载电路限流电路 能耗小滑动变阻器的两种电路连接都能控制调节负载的电流和电压，但在相同条件下调

6、节效果不同，实际应用中要根据具体情况恰当的选择限流接法和分压接法。(1)通常情况下(满足安全条件)，由于限流电路能耗较小，电路结构简单，因此应优先考虑。(2)在下列情况下必须采用分压接法。要使某部分电路的电压或电流 从零开始连续调节，只有分压接法才能满足。如果实验所提供的电表量程或其它元件允许通过的最大电流很小，若采用限流接法，无论怎样调节，电路中实际电流(或电压)都会 超过电表量程或元件允许的最大电流(或电压)，为了保护电表或其它元件,必须采用分压接法。伏安法测电阻实验中，当滑动变阻器的阻值远小于待测电阻时，若采用限流接法，待测电阻上的电流（或电压）变化很小，不利于多次测量求平均值或用图像处

7、理数据，也起不到保护用电器的作用，应选用分压接法。6、游标卡尺与螺旋测微器读数6.1 游标卡尺（1）10分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.9mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出0.1毫米位的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，0.1毫米位就读几（不能读某）。其读数准确到 0.1mm。20分度的游标卡尺。游标上相邻两个刻度间的距离为0.95mm,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm。读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数，然后用游标读出毫米以下的数值：游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐，毫米以下的读数就是几乘

8、0.05毫米。其读数准确到 0.05mm o50分度的游标卡尺。游标上相邻 两个刻度间的距离为0.98mm ,比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm。这种卡尺的刻度是特殊的，游标上的刻度值，就是毫非以工的读数葭这种卡尺的逮爹巴以. 暹现到0.Q2mm。如右图中被测圆柱体的 直径为2.250cmq要注意：游标卡尺都是根据刻线对齐 来读数的，所以都不再往下一位 估读。6.2 螺旋测微器固定刻度上的最小刻度为0.5mm （在中线的上侧）；可动刻度每旋转一圈前进（或后退）0.5mm。在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线，所以 相邻两条刻线间代表 0.01mm o读数时，从固定刻度上读取整、11 Il

9、 i II II Il i -isnrv-v-nnmnnnnnmnrn-半毫米数，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，口 j，tt.uttT.nn . 一，!t r , h-, n .n.,.i部分读数相加一一得测量值屋上图中的读数应该是6.702mm。电压表和电流表改装考虑:1)电流表改装并联小电阻;2)电压表改装串联大电阻;1、电流表原理和主要参数电流表g是根据通电线圈在磁场中受磁力矩作用发生偏转的原理制成的，且指什偏角e与电流强度I成正比，即e =kI ,故表的刻度是均匀的。电流表的主要参数有，表头内阻 R：即电流表线圈的电阻；满偏电流I

10、g：即电流表允许通过的最大电流值，此时指针达到满偏；满偏电压U：即指针满偏时，加在表头两端的电压，故U=IgR调整R'Rg = R，。2、半偏法测电流表内阻 Rg方法：合上S1,调整R的阻值，使电转到满流表指针刻度，再合上开关S2,的阻值(不可再改变R),使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半， 可以认为 条件：当R比R'大很多2.1电流表半偏法测内阻的误差分析用如图1所示的电路测电流表的内阻时，设电流表的满偏电流为I g,则开关S2断开时RaR1RRaRaR12Ig Ir I,RRAR1开关S2闭合时，有R R1 , c c I g Ra I rR 2得显然，R Ra,即Ra的

11、测量值小于真实值.相对误差为Ra RRa100%RaRaR1100%2.1减小误差为使实验误差较小，必须使R1Ra3、电压表的改装(1)原理：Ug IgRg很小，不能直接换刻度测电压，需要串联一个如图所示的 分压电阻。(2)分压电阻的计算：由串联电路的特点知：U IqRq IqRg g g则：RRgUITR1 Rg1Rg因为电压扩大表头量程的倍数： n U所以R n 1 RUg注：相同的表头改装成的不量程的电压表串联，指针偏转角度相同。4、电流表的改装(1)原理：Ig很小，不能直接换刻度测电流， 需要并联一个如图所示的分流电阻。(2)分流电阻的计算：由并联电路的特点知IgRg (I Ig)R则

12、:R 旦 6因为电流扩大表头量程的倍数：n -I-所以R g-I Ig .L 1Ig n 1Ig注：相同表头改装成量程不同的电流表并联，指针偏转角度相同。三、测量电源电动势和电阻考虑:1)电压表、电流表的量程的选择;2)电流表的内接，即电压表直接测量电源的路端电压;3)滑动变阻器、电压表的选择;1.实验原理根据闭合电路的欧姆定律，其方法有:（1）如图甲所示，改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中H】14-1必1L 一读出几组U和I的值，由U=E-It可得1= -（2）为减小误差，至少测出六组 U和I值，且变化范围要大甲r(r =些，然后在U-1图中描点作图，由图线纵截距和斜率找出 E2.实验步骤

13、（1）恰当选择实验器材，照图连好实验仪器，使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入 电阻值最大的一端。(2)(3)(4)(5)(6)闭合开关S,接通电路，记下此时电压表和电流表的示数。将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置，记下此时电压表和电流表的示数。继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置，记下各位置对应的电压表和电流表的示数。 断开开关S,拆除电路。在坐标纸上以 U为纵轴，以I为横轴，作出U-1图象，利用图象求出 E、r。3.实验误差分析（1）偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作UI图象时描点不很准确。（2）系统误差：系统误差来源于 未计电压表分流，近

14、似地将电流表的示数看作干路电流。实际上电流表的示数比干路电流略小。如果由实验得到的数据作出图中实线（a）所示的图象，那么考虑到电压表的分流后，得到的U- I图象应是图中的虚线（b）,由此可见，按图所示的实验电路测出的电源电动势七犯二E就，电源内电阻,E工E蜀 5通-1K15)说明：外电路短路时，电流表的示数（即干路电流的测量值）（b）两图线交于短路电流处。当路端电压（即电压表示数）为%等于干路电流的真实值, Ui时，由于电流表示数所以图中（a）、遍小于干路电(1)(2)(3)(4)(5)流”鼠，所以（a）、 （ b）两图线出现了图中所示的差异。4 .注意事项电压表直接测量电源的路端电压电流表要

15、与变阻器靠近，即选用内阻适当大一些的电压表 两表应选择合适的量程，使 测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差。尽量多测几组 J I数据（一般不少于 6组），且数据变化范围要大些。作U- I图象时，让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直线两侧。5 .数据处理的方法(1)本实验中，为了减小实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的图象，所得图线延长线与 U轴的交点即为电动势 E,图线斜率的值即为电源的内阻U I 值，作 UI-1AU EJL =-=r,即11 一(2)应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图(甲)所示状态，下面大面积空间得不到利用，所

16、描得的点及作出的图线误差较大。为此，可使纵轴不从零开始，如图(乙)所示，把纵 坐标比例放大，可使结果误差小些。此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点 不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，本实验的系统误差来源于未计电压表的分流。为减小该误差，需要减小电压表的分流。减小电压表分流的方法有二方面，一是选取阻值范围小的滑动变阻器，二是在满足量程要求的前提下选取内阻较大的电压表。还需要滑动变阻器的额定电流较大。由于选用了阻值范围小的滑动变阻器，所以电路中电流较大，因而, 综上所述，本实验中 滑动变阻器的选择原则是：阻值范围较小

17、而额定电流较大；电压表的选择原则是：在满足量程要求的前提下选取内阻较大的;电流表的选择需根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定。四、多用表的使用：考虑：1）电路电流红表笔流入、黑表笔流出；2）机械调零、欧姆调零操作；3）刻度盘读数；4）每换一次档位，需重新调零 ；5）使用结束后将开关旋转至 OFF或交流高 压挡；欧姆表的改装：（1）主要部件：表头、可调电阻、电源、红黑表笔等。电路如图。（2）原理：由闭合电路欧姆定律得：I , I g Rg R0 rRg Ro r RxRx与I不成正比，I Ig时，Rx 0。（3）刻度盘的特点：零刻度线在最右端，从右向左读数；刻度不均匀，前疏后密。中值电阻附近误差小。当红、黑表笔不接触时（右图），相当于被