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高中物理电学实验

高中物理电学实验. 江苏省泰兴中学物理实验室. 第一部分. 一、基本仪器的读数. 高考要求会正确使用的电学仪器有：电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。除了滑动变阻器以外，其它仪器都要求会正确读出数据。 读数的基本原则是 ：凡仪器最小刻度是 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。

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高中物理电学实验

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  1. 高中物理电学实验 江苏省泰兴中学物理实验室

  2. 第一部分 一、基本仪器的读数 高考要求会正确使用的电学仪器有：电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。除了滑动变阻器以外，其它仪器都要求会正确读出数据。 读数的基本原则是：凡仪器最小刻度是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。 电阻箱是按照各个数量级上指针的对应数值读数的，指针必须指向某一个确定的数值，不能在两个数值之间，因此电阻箱测量结果的各位读数都是从电阻箱上指针所指位置直接读出的，不再向下估读。

  3. 1 2 0 3 5 10 V 0 15 1、刻度均匀的电表 例. 下图是电压表的刻度盘。若当时使用的是该表的0-3V量程，那么电压表读数为多少？若当时使用的是该表的0-15V量程，那么电压表度数又为多少？ 解：0-3V量程最小刻度是0.1V，是10分度的，因此要向下估读一位，读1.15V（由于最后一位是估读的，有偶然误差，读成1.14V-1.17V之间都算正确）。0-15V量程最小刻度为0.5V，不是10分度的，因此只要求读到0.1V这一位，所以读5.7V（5.6V-5.8V之间都算正确）。

  4. 0.2 1 0.4 2 0 0 0.6 3 A V 练习： 0.15 0.73

  5. ×100 ×1 ×10 0 0 0 0 0 0 9 9 9 9 9 9 1 1 1 1 1 1 8 8 8 8 8 8 2 2 2 2 2 2 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 6 6 6 6 6 6 4 4 4 4 4 4 ×10000 5 5 5 5 5 5 ×100000 ×1000 2、变阻箱 　　电阻箱面板上有6个旋钮，每个旋钮上方都标有倍率。将每个旋钮的指针所指的数值（都为整数）乘以各自的倍率，从最高位到低位依次读出来，就得到这时电阻箱的实际阻值。（两个黑点为接线柱。）

  6. 练习： 84580.2Ω

  7. 5 15 0 10 20 25 20 15 3、螺旋测微器 螺旋每旋转一周,前进或后退0.5mm.将圆周50等分,作为可动刻度,每一条刻度线表示0.01mm. 动画演示

  8. （2005年全国卷Ⅰ 第22（1）） 用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图所示，此示数为mm。 （5分） 在8.116±0.002范围内都给5分

  9. 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 测量结果 R测 Rx R测 Rx 误差原因 适用条件 = U/I > ＝U/I< 电流表的分压 电压表的分流 R>>RA RV>>R 二、基本电路的选择 1.伏安法测电阻

  10. 内接法和外接法的选择 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Rx》RA即阻值较大约几千欧以上时，采用内 接法误差较小。

  11. 如果 ，则为小电阻，采用外接法误差小 如果 ，则为大电阻，采用内接法误差小。 a A V b 内接法和外接法的选择 b：倍率比较法： c：实验探测法（试触法）：

  12. I /mA 1.5 1.0 0.5 0 1.0 3.0 U / V 图1、2 2.0 例（96年高考题）： 在伏安法测电阻的实验中，所用的电压表的内阻约为20kΩ，电流表的内阻约为10Ω，选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图1所示。 ⑴根据各点表示的数据描出I－U图线，由此求得该电阻的阻值Rx=___________。（保留两位有效数字） ⑵画出实验电路图，连接好实物器材。 2.2×10 3Ω

  13. ＿ + p + ＿ a b ＿ + 分析与解答 描出的 I－U 图线如图2所示，由Rx= U/I可知，待测电阻阻值为2.2×10 3Ω，已知RA= 10Ω，RV = 20×103Ω，可得临界电阻为：R0= [RA+（RA2 + 4RARV）1/2 ]／2 = ······ = 452Ω. 待测电阻阻值Rx＞R0 ，属高阻范围，应采用电流表内接的电路；又根据所加电压从 0 伏开始调节的要求，应采用变阻器分压式接法，故实验电路图与实物接线如图3、4所示。

  14. V2 V1 Rx S 用电压表、电阻箱(或定值电阻)测电阻大小 若没有电流表，但有二只电压表和电阻箱(定值电阻)，则可用一只电压表V1和电阻箱(定值电阻)并联替代电流表，设计电路如图所示。 思考：用二只电流表和电阻箱测电阻大小？

  15. 比较项目 限流接法 分压接法 电路 RX电压调节范围 RX电流调节范围 灯泡电流相同时电路消耗总功率 闭合前触头的位置 2、滑动变阻器的限流接法与分压接法 0 ~ E IE (I+I’)E b a

  16. 选择方法―― 通常变阻器以限流接法为主，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。

  17. V V A A

  18. A R0 Rx V S 滑线变阻器采用限流式接法

  19. A Rx V P R0 S 滑线变阻器采用分压器接法

  20. 3、电表的量程选择 测量值不超过电表的量程； 测量值应使表针有较大的偏转范围，一般在1/2量程以上。

  21. 第二部分 考纲要求的学生实验

  22. - + 1、用描迹法画出电场中平面上的等势面 • 实验原理:用电流场模拟静电场 动画演示

  23. M M N M N M N 例. 用恒定电流的电流场模拟静电场 描绘等势线时，下列哪些模拟实验的 设计是合理的 A.如图⑴所示圆柱形电极M、N都接电源的正极，模拟等量正点电荷周围的静电场 B.如图⑵所示圆柱形电极M接电源正极，圆环形电极N接电源负极，模拟正点电荷周围附近的静电场 C.如图⑶所示两个平行的长条形电极M、N分别接电源正、负极，模拟平行板电容器间的静电场 D.如图⑷所示圆柱形电极M接电源负极，模拟负点电荷周围的静电场

  24. 2.测定金属的电阻率 由于该实验中选用的被测电阻丝的电阻较小，所以测量电路应该选用伏安法中的电流表外接法。本实验对电压的调节范围没有特殊要求，被测电阻又较小，因此供电电路可以选用限流电路。 　　本实验通过的由于金属的电阻率随温度的升高而变大，因此实验中通电时间不能太长，电流也不宜太大，以免电阻丝发热后电阻率发生较明显的变化。由于选用限流电路，为保护电表和电源，闭合电键开始实验前应该注意滑动触头的位置，使滑动变阻器接入电路部分的电阻值最大。

  25. 例. 在测定金属的电阻率的实验中，待测金属导线的长约0.8m，直径小于1mm，电阻在5Ω左右。实验主要步骤如下：⑴用______测量金属导线的长度l，测3次，求出平均值；⑵在金属导线的3个不同位置上用______________测量直径d，求出平均值；⑶用伏安法测量该金属导线的电阻R。在左边方框中画出实验电路图，并把右图中所给的器材连接成测量电路。安培计要求用0-0.6A量程，内阻约1Ω；伏特计要求用0-3V量程，内阻约几kΩ；电源电动势为6V；滑动变阻器最大阻值20Ω。在闭合电键前，滑动变阻器的滑动触点应处于正确位置。 根据以上测量值，得到该种金属电阻率的表达式为　　　　　。 米尺 螺旋测微器

  26. 电阻率测定实验接线改错 第④、⑤根线接错。应把④线与电压表“+”极连接；⑤线与变阻器滑动臂连接。

  27. d c ＋ － p － ＋ a b ＋ － e f 图1 图3 Rx mA . . V ＋ － R ＋ － ε K p . a b 图2 【问题】图1为伏安法测量一个电阻阻值的实验所 需的器材实物图，器材规格如下： ⑴ 待测电阻Rx（约为100Ω）； ⑵ 电流表（量程0 ~ 10mA，内阻50Ω）； ⑶ 电压表（量程0 ~ 3 V，内阻5KΩ）； ⑷ 蓄电池（电动势4V，内阻不计）； ⑸ 滑动变阻器（阻值范围0 ~ 15Ω，允许最大电流1A）； ⑹ 电键一个，导线若干条。 【解析】 因为Rx》RA，故采用电流表外接。又电流表量程I量=10mA，若变阻器与待测电阻串联，则电路中最小电流I小=ε/R≈4/165≈0.024A=24mA,超过电流表量程.所以滑动变阻器只能采用分压接法. 电路图如图2.实物接线如图3.

  28. 例. 下右图中的P是一根表面均匀地镀有一层很薄的电阻膜的长陶瓷管（碳膜布满圆柱体的外侧面）。陶瓷管的长度约为50cm，外径约为6cm，所用电阻膜材料的电阻率已知为ρ，管的两端有导电箍M、N。该电阻的长度就是陶瓷管的长度，其截面积可看作等于膜的厚度与圆周长的乘积。现有器材为：A.米尺、B.游标卡尺、C.螺旋测微器、D.电压表、E.电流表、F.电池组、G.滑动变阻器、H.电阻箱、I.电键和导线。请你设计一个测量该电阻膜厚度d的实验方案。 　⑴所须选用的器材有：__________________（填器材前的字母即可）。 　 ⑵所须测量的物理量有：_____ 、_____、 _____、 _____。 　 ⑶根据实验测得的以上数据计算电阻膜厚度d的数学表达式为：d=________________。 　 ⑷在左下图的方框中画出实验电路图（MN间的电阻膜的电阻约几个ｋΩ，滑动变阻器的总阻值为50Ω）。并将右下图中的实物按电路图连接起来（有３根导线已经连好，不得改动）。

  29. M N P ⑴A（用来测量MN间的长度）、B（用来测量陶瓷管的外径）、D、E、F、G、I（以上用来测量电阻膜的阻值） ⑵MN间距离L、管的外径D、电流I、电压U ⑶ ⑷测量大电阻所以要采用电流表内接法；由于被测电阻阻值远大于滑动变阻器的总阻值，所以只有采用分压电路才能做到多取几组数据测电阻值，减小偶然误差。

  30. ε=？ R . γ=？ A ＋ － V ＋ － . . ε K 图2 图2 图2 3、用电流表和电压表测电源的电动势和内电阻 实验原理：

  31. U/V U/V U 1.5 1.4 1.3 1.2 I/A I/A 0 1.1 1.1 0 0 Im 1.0 0 0.8 0.6 0.4 I 0.2 图线法处理数据： I=0，U=ε 不考虑

  32. V A R S 根据闭合电路欧姆定律：E=U+Ir，本实验电路中电压表的示数是准确的，电流表的示数比通过电源的实际电流小，所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的。为了减小这个系统误差， 电阻R的取值应该小一些，所选用的电压表的内阻应该大一些。 为了减小偶然误差，要多做几次实验，多取几组数据，然后利用U-I图象处理实验数据：将点描好后，用直尺画一条直线，使尽量多的点在这条直线上，而且在直线两侧的点数大致相等。这条直线代表的U-I关系的误差是很小的。它在U轴上的截距就是电动势E（对应的I=0），它的斜率的绝对值就是内阻r。（特别要注意：有时纵坐标的起始点不是0，求内阻的一般式应该是r=|ΔU/ΔI |）。

  33. V R ε γ K 得： 【问题】 【解析】 a.调节变阻器为R1值，使电压表示数为V1值，分别记下测量值。再调节变阻器为R2值，使电压表示数为V2 ，记下测量值。 1、利用一只电压表来测定电池的电动势和内阻。 画出实验原理图和实物连接图，列出实验的步骤 和算式。（其它器材任选） b.根据电动势和内、外电路电压的关系，有：

  34. 例、测量电源B的电动势E及内阻r（E约为4.5V，r约为1.5Ω）例、测量电源B的电动势E及内阻r（E约为4.5V，r约为1.5Ω） 器材：量程3V的理想电压表V，量程0.5A的电流表A（具有一定内阻），固定电阻R=4Ω，滑线变阻器R′，电键K，导线若干。 ①画出实验电路原理图。图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。 ②实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为U1；当电流表读数为I2时，电压表读数为U2。则可以求出 E=，r=。（用I1，I2，U1，U2及R表示）

  35. 0.5A A V 3V I0=0.5A时，U0=3.75V，大于电压表量程 约4.5V，1.5Ω U0=3V时，IA=1A，大于电流表量程 搜寻基本方案 找出问题所在

  36. 0.5A A V 3V 约4.5V，1.5Ω 比较后解决问题 增大电压表量程 增大电流表量程 使U端减小 使IA减小

  37. A 4Ω V A V 4Ω 约3.5Ω——11Ω 约5.45Ω——12Ω E=U1+I1（r+R） E=U2+I2（r+R） E=U1+（I1+ U1/R）r E=U2+（I2+ U2/R）r

  38. A × V P R0 S I/A U/V 4、描绘小电珠的伏安特性曲线 动画演示

  39. 例：用如图的实验器材测定额定电压为2.5V的小电灯的伏安特性曲线，要求加在电灯上的电压从零开始逐渐增大到额定电压。例：用如图的实验器材测定额定电压为2.5V的小电灯的伏安特性曲线，要求加在电灯上的电压从零开始逐渐增大到额定电压。 (1)在方框中画出实验所用的电路图，并按电路图用导线把实物图连接起来。 (2)某同学根据实验所测的几组数据画出如图所示的图线，图线是一条曲线而不是直线，原因是，小灯泡正常发光时电阻大约是。

  40. 附、图解法的简单应用 1、由已知的伏安特性曲线，结合电路规律，在图线中寻找相关点。 2、作出等效电阻的复合伏安特性曲线，由已知电压(或电流)，在曲线上找出相应的电流(或电压)值。

  41. 例1：（2003年上海春季卷）右图为甲、乙两灯泡的I-U图象。根据图象，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220V的电路中，实际发光的功率约为例1：（2003年上海春季卷）右图为甲、乙两灯泡的I-U图象。根据图象，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220V的电路中，实际发光的功率约为 A 15W、30W B 30W、40W C 40W、60W D 60W、100W

  42. 上题若甲、乙两灯泡串联在电压为220V的电路中，则实际发光的功率又为多少？上题若甲、乙两灯泡串联在电压为220V的电路中，则实际发光的功率又为多少？ 约为18.2W, 11.2W

  43. 例2：如图所示是一个小灯泡的电流强度与小灯泡两端电压的变化关系图，则根据小灯泡的伏安特性曲线判定以下说法正确的是例2：如图所示是一个小灯泡的电流强度与小灯泡两端电压的变化关系图，则根据小灯泡的伏安特性曲线判定以下说法正确的是 A．小灯泡的电阻随着所加电压的增加而增大 B．通过小灯泡的电流与所加的电压成正比． C．小灯泡灯丝的电阻率随着灯丝温度的升高而增大 D．欧姆定律对小灯泡不 适用

  44. 例3：若如图所示，将两个与上述相同的小灯泡并联后再与一个4Ω的定值电阻串联，接入内阻为lΩ、电动势为5V的直流电源上，求通过每个小灯泡的电流强度和小灯泡的电阻。

  45. 有 小灯泡电阻为

  46. 例4: 如图所示，一线性电阻R1=50 Ω与一非线性电阻R2串联，R1、 R2的伏安特性如图所示，当外加电压Us=1.0V时，求线路电流和R1、R2上的电压．

  47. 并联时：

  48. 延伸（热敏电阻的伏安特性）：（2003上海物理卷）图1为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I—U关系曲线图。延伸（热敏电阻的伏安特性）：（2003上海物理卷）图1为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I—U关系曲线图。 （1）为了通过测量得到图1所示I—U关系的完整曲线，在图2图3两个电路中应选择的是图； 简要说明理由： （电源电动势为9V，内阻 不计，滑线变阻器的阻值 为0－100 Ω ）

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