高中物理电学实验专题(经典).doc
电学实验 ( 经典 )
实验设计的基本思路
明确目的→选择方案→选定器材→拟定步骤→
数据处理→误差分析
（一）电学实验中所用到的基本知识
电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）、测电源的电动势与内电阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为：
R U
, E U Ir 。I
可见，对于电路中电压U 及电流 I 的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量
和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。
1．电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，解决时应掌握和遵循一些基本的原
则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电
少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。
（1）正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。
（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注
意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大
允许电流，不能烧坏仪器。
（3）方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。
（4）精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。
2．电学实验仪器的选择：
（1）选择电表：首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3 ），以减少测读误差。
（2）选择滑动变阻器：注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。
（3）应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰
当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效
数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值
的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。
3．测量电路的选择
1. 电流表接法
（1）原理：部分电路的欧姆定律。
（2）电流表外接法，如图所示。适用于测小阻值电阻，即Rx 远小于 Rv 时。
V
A
R X
误差分析：
＝U
V R V R X
R真
＝
U
V
R测I
A R V R X I A I V
系统误差的原因：电压表V 分流。
（3）电流表内接法，如图所示。适用于测大阻值电阻，即Rx 远大于 R A时。
V
A
R X
误差分析：
＝U
V
R X R A
＝
U
V
U
A
R测I
A R真I
A
系统误差的原因：电流表 A 分压。
（4）内、外接法的选用原则
V
A
R X
b a
方法一：算临界电阻： R0 R A R V
若 Rx>R0，待测电阻为大电阻，用内接法
若 Rx 即大电阻，电流表内接；小电阻，电流表外接。 方法二：在 R V、 R A均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将 a 端与 b、 c 接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。 a b c 2 滑动变阻器的分压、限流接法： 为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测量电路的电流），常使滑动变阻 器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：限流式，分压式。 如图（甲）为滑动变阻器的限流式接法，R X为待测电阻。它的接线方式是电源、滑动 变阻器与待测电阻三者串联。 ER X ~E(R X是对待测电阻供电电压的最大调节范围是： R X R 待测电阻， R是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻) 。 如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是： 0 ~ E （不计电源内阻时）。 甲乙 选取接法的原则： ①要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。 ②负载电阻 R x远大于滑动变阻器总电阻R时，须用分压式接法，此时若采用限流式接 法对电路基本起不到调节作用。 ③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的 额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。 ④负载电阻的阻值R x小于滑动变阻器的总电阻R 或相差不大，并且电压表、电流表示 数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。 ⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小。 例 1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻R（约100 Ω） ; 直流电流表 x （量程 0~10 mA、内阻 50 Ω） ; 直流电压表（量程 0~3 V、内阻 5 k Ω） ; 直流电源（输出电压 4 V、内阻不计）；滑动变阻器（ 0~15 Ω、允许最大电流 1 A）；开关 1 个，导线若干 . 根据器材的规格和实验要求画出实验电路图. 【审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法，各仪器的量程和电阻都已经给出，只需计算两种接法哪种合适。 【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于x ＜ R R A R v，故电流表应采用外接法.在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻 器阻值调至最大，通过负载的电流最小， I min= E =24 mA R R A R x ＞10 mA, 此时电流仍超过电流表的量程，故滑动变阻器必须采用分压接法 . 如图 10-5 所示 . 【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全，这是电学实验的首要原则，限流接法虽然简洁方便，但必须要能够控制电路不超过电流的额定值，同时，能够保证可获取一定的电 压、电流范围，该题中，即便控制电流最小值不超过电流表的量程，因滑动变阻器全阻值相 对电路其它电阻过小，电流、电压变化范围太小，仍不能用限流接法。 4．实物图的连接：实物图连线应掌握基本方法和注意事项。 ⑴注意事项： ①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。 ②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。 ③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能 将线接到滑动触头上。 ⑵基本方法： ①画出实验电路图。 ②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。 ③画线连接各元件。( 用铅笔画线，以便改错 ) 连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联 电路，再画并联电路。 一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中 要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕， 应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。 （二）定值电阻的测量方法 1．欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的 测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。 2．替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等 效。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定 的仪器中要有电阻箱）。 例 2、在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值R x，现有如下器材：读数 不准的电流表A、定值电阻R0、电阻箱 R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关 S2、电源和导线。 ⑴画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。 ⑵写出主要的实验操作步骤。 【解析】⑴实验电路如右图所示。 ⑵①将 S2与 R x相接，记下电流表指针所指位置。②将S2与 R1相接，保持R2不变，调节R1 的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下R1的值，则 R x＝ R1。 3．伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律）， 需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表（或给定的电表不能满足要求时）， 可以用标准电阻（电阻箱或一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定律I =U/ R 电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当电压表用。 4．伏安法拓展：某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制， 或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选 择实验原理，用“伏安法”的替代形式——“比较法”来设计实验方案。 ⑴利用已知内阻的电压表: 利用“伏伏”法测定值电阻的阻值 例 3、用以下器材测量一待测电阻R x的阻值（900～1000Ω）： 电源 E，具有一定内阻，电动势约为； 电压表 V1，量程为，内阻r 1＝750Ω； 电压表 V2，量程为5V，内阻 r 2＝2500Ω； 滑动变阻器R，最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关K，导线若干。 测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3 ，试画出测量电阻R x的一种实验电路原理图。 【解析】如图所示 ⑵利用已知内阻的电流表：利用“安安”法测定值电阻的阻值 例 4 用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下： 电流表 A1（量程 250mA,内阻 r 1为 5Ω) ；标准电流表A2（量程 300mA,内阻 r 2约为 5Ω）； 待测电阻R1（阻值约为100Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）； 电源 E（电动势约为10V，内阻 r约为1Ω）；单刀单掷开关S，导线若干。 ⑴要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号. ⑵需要直接测量的物理量是_______, 用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1＝ ________。【解析】⑴实验电路图如图所示。 ⑵两电流表A1、 A 2的读数为I 1、I 2和电流表A1的内阻为r 1，待测电阻R1的阻值的计算公式 是： R1 I 1 r1 I 2 I1 ⑶电压表、电流表混合用 例 5 有一电阻 R x，其阻值在 100～ 200Ω之间，额定功率为。要用伏安法较准确地测量它的 阻值，实验器材有： 安培表 A1，量程为 50mA， R A1=100Ω 安培表 A2，量程为 1A，R A2=20Ω 电压表 V1，量程为5V，R V1=10kΩ 电压表 V2，量程为15V， R V2=30kΩ 变阻器 R1，变阻范围0～20Ω， 2A 变阻器 R2，变阻范围0～1000Ω， 1A 9V 电源，电键，导线。 ⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是：。 ⑵画出所用实验电路图。 【解析】⑴允许通过电阻中电流可能的最大值由：P I 2 R 得，I135mA I2 50mA 。因为电阻可能为200Ω，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA，应用电流表的示数 U 2 , 所以来控制通过电阻的电流，因此，电流表应选 A。又因为P 1 R U1 5V U2 7.1V 。因为电阻可能为100 Ω，所以允许加在电阻两端的电压的最大值 可能是 5V，应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应选 V 。因为 R＜ R , 1 1 2 且 2A＞ 35mA, 所以应选变阻器 R 。因为 R ＜ R 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。 1 1x 因为 R x ⑵实验所用电路如图所示 （三）电表内阻的测量方法 1．互测法： ⑴电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻： V A V A ⑵两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻： A2 V1V2 A1 ⑶两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻： R V1 R A1 A2 V2 2．替代法： 2 2 3、半值法（半偏法）。 半值法是上面比例法的一个特 例，测电流表内阻和测电压表内阻都 可以用半值法，电路图如图10-15 所 示。 甲图实验时先断开开关S’，闭 合 S，调整滑动变阻器01（限流法连 R 图 10-15 接），使电流表 A 满度（即指针指满刻度处）；再闭合S ，调整电阻箱1，使电流表A的 ’R 指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值，则电流表 A 的电阻 A 。（测量结果偏 R r =R 小） 乙图实验时先闭合开关S’及 S，调整滑动变阻器R02（分压法连接），使电压表V满度；再断开 S’，调整电阻箱R2，使电压表V 的指针恰好指到半满度处，读出此时电阻箱的阻值 R，则电压表V 的电阻r V=R。（测量结果偏大） 例 6（ 2000 年全国）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻 r 1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。 ⑴在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。 器材（代号）规格 电流表（ A1）量程10mA，内阻r1待测（约40Ω） 电流表（ A2）量程500μA，内阻r2=750Ω 电压表（ V）量程10V，内阻r3=10Ω 电阻（ R1）阻值约100Ω，作保护电阻用 滑动变阻器（ R）总阻值约50Ω 电池（ E）电动势，内阻很小 导线若干，电键 K ⑵若选测量数据中的一组来计算r 1，则所用的表达式为r 1=____________，式中各符号的意 义是 ____________ 。 【解析】⑴如图所示。 ⑵ r1 I 2 r2，I1表示通过电流表A1的电流，I2表示通过电流表A2的电流， I 1 r 2表示电流表A2的内阻。 【备考提示】在很多情况下，电压表和电流表（已知内阻）的功用可以互换。有时利用一块 电表配合定值电阻也可以完成功能的互换。实际上就是部分电路欧姆定律的变形运用。在处理时，一定要明确原理，灵活运用。 例 7（2006年全国Ⅰ、Ⅲ）现要测量某一电压表V的内阻。给定的器材有：待测电V mA 压表（量程 2V，内阻约 4kΩ）；电流表（量程，内阻约500Ω）；直流电源E（电动势约，内阻不计）；固定电阻 3 个： R1=4000Ω， R2=10000Ω， R3=15000Ω；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。 ⑴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。） ⑵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 V mA R =_________。R1 V 【解析】⑴实验电路如图所示，若S E 选用电阻 R1，则并联电阻R并＝2000Ω，电压表读数 ＝ 并E ·R 并 ＝ 2.4 × 2000＝＞ 1V，电流表读数I ＝ E ＝ 2.4 U r mA 2000 500 R并＋r 2000 500 R mA ＝＝＞， R1符合要求，同理可得R2、 R3不符合要求，故选R1。 ⑵电路接通后，通过 R1的电流 I 1＝U ，则通过电压表的电流为I 2＝I －I 1＝I － U ，所以R1 R1 电压表的内阻V＝U ＝RU R 1 R1I－U I 2 v1.0 可编辑可修改【提示】本题涉及实验器材选取和电路设计等，对分析综合能力提出了较高要求，解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材，由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点。 例 8（ 2006 年全国Ⅱ）现要测定一个额定电压4V、额定功率的小灯泡（图中用○×表示）的伏安特性曲线。要求所测电压范围为～4V。 现有器材：直流电源 E（电动势，内阻不计），电压表（量程，内阻约为4× 104Ω）， V 1 2 A （量程 250mA，内阻约为2Ω），电流表 A 电流表（量程 500mA，内阻约为 1Ω），滑动变阻器 R（最大阻值约为30Ω），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。 【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，由于题目要求 电压范围为～ 4V，因此滑动变阻器采用分压式接法。 A2 I =，因此电流表应 根据估算通过小灯泡的额定电流为 该选用。在伏安法测量过程中，由于 临界电阻 RR A R V 200 大于小灯泡电阻，因 此应该选择电流表外接法即选择甲电路进行测量。 测电动势和内阻 （1）测量电路如图 （2）测量方法 第一、计算方法 测两组端电压 U和电流 I 值，然后通过以下式子求解。 E＝ U1＋I 1r E＝ U2＋I 2r 第二、作U—— I 图象方法 通过调节滑动变阻器，取得多组（U， I ）值，然后在坐标中描点，连成直线 用图象处理问题，须注意以下几点： ①连直线的方法：让尽可能多的点在直线上，直线两则分布的点的个数大致均匀偏离直线较远的点舍去。 ②纵轴截距的含义：电动势 E ③横轴截距的含义：短路电流I 0 ④斜率的含义：电阻。求解方法：r= E 或用直线上任意两点求解斜率的绝对值。 I 0 （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U— I 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，电源内电阻。 说明：①外电路短路时，电流表的示数（即干路电流的测量值）等于干路电流的真实值，所以图中（ a）、（ b）两图线交于短路电流处。②当路端电压（即电压表示数）为时，由于电流表示数小于干路电流，所以（a）、（b）两图线出现了图中所示的差异。(4)特殊方法（一）即计算法：画出各种电路图 E I1(R 1 r) I I (R - R ) r I1R1 -I 2R2 ( 一个电流表和两个定值电阻 ) E I2(R2 E 1 2 1 2 I2 -I1 r) I2-I1 E u1 I 1r I1u 2 - I2u1 r u 2 - u1 E ( 一个电流表及一个电压表和一个滑动变阻器) E u 2 I 2 r I1-I2 I1-I2 E u 1 u1 r E u1 u2 (R 1 - R 2 ) (u 1 - u 2 )R 1 R 2 (一个电压表和两个定值电阻) R 1 r E u 2 u 2 r u 2 R1 - u 1 R 2 u2 R 1 - u1R 2 R 2 例 9、用右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止 在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导 线外，可供使用的实验器材还有： （a）电流表（量程、 3A）； （b）电压表（量程 3V、 15V） （c）定值电阻（阻值 1 、额定功率 5W） （d）定值电阻（阻值 10 ，额定功率 10W） （e）滑动变阻器（阴值范围 0--10、额定电流2A） （ f ）滑动变阻器（阻值范围0-100、额定电流1A） 那么 （ 1）要正确完成实验，电压表的量程应选择V，电流表的量程应选择A；R0 应选择的定值电阻，R 应选择阻值范围是的滑动变阻器。 （ 2）引起该实验系统误差的主要原因是。 II．答案： （1） 3，， 1， 0～ 10。（ 2）由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输 出电流小。 解析：由于电源是一节干电池（），所选量程为3V 的电压表；估算电流时，考虑到干电 池的内阻一般几Ω左右，加上保护电阻，最大电流在左右，所以选量程为的电流表；由于电 池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差 大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取0～ 10Ω能很好地控制电路中的电流和电压，若取0～ 100Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。 关于系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者 偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测 < 真。 r 例 10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材：A．待测干电池B．电流表G（0~3mA，内电阻r1=20Ω）C．电流表 A（0~，内电阻r2=）D．滑动变阻器甲（最大阻值10Ω） E．滑动变阻器乙（最大阻值100Ω）F．定值电阻R1=100Ω G．定值电阻R2=500ΩH．定值电阻R3=Ω 开关、导线。 由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测 量 ①为了方便并能较准确测量，滑动变阻器应选，定值电阻应 选用。（填写定值电阻前的序号） ②若某次测量中电流表G的示数为I 1，电流表A的示数为 I 2；改变滑 动变阻器的位置后，电流表G的示数为I 1′，电流表A的示数为 I 2′。则可知此电源的内电 阻测量值为 r = ，电动势测量值为 E= 。 【解析】干电池的电动势和内阻的测量，一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表，故需要将电流表 G 改装为电压表，且改装后电压表的量程应该达到，则总电阻为1.5V ，故定值电阻应选用的序号为G的电阻，而滑动变阻器应选用阻值较小的D； 500 3mA ②在两次测量过程中，通过电源的电流是两只电表的电流之和，则根据全电路欧姆定律有 E I1 (R2 r1) ( I1 I 2 )r ， E I1( R2 r1 ) (I I )2 r I1 I1 R2 r1， E I2I1 I1I 2 R2 r1 解之，得 r I1 I2 I 1 I 2 I1 I2 I1 I2 高中物理电学实验专题 知识点回顾 一、描绘小灯泡的伏安特性曲线： 二、电流表和电压表的改装： 三、测定电源电动势和内阻： 四、测定金属电阻和电阻率： 五、器材选择： 六、电路纠错： 七、示波器的使用： 八、用多用电表探索黑箱内的电学元件 九、传感器 知识点和考点 一、描绘小灯泡的伏安特性曲线 原理：欧姆定律IR U= 处理方法：内接和外接（都有误差） 例1、某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一电器元件。图Array 为该电器元件的伏安特性曲线，有同学对其提出质疑，先需进一步验证该伏安特性曲线，实 验室备有下列器材： ①为提高实验结果的准确程度，电流表应选用 ；电压表应选用 ；滑动变阻器应选用 。（以上均填器材代号） ②为达到上述目的，请在虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号。 ③若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？ 相同点： ， 不同点： 。 二、电压表和电流表 （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θ与电流强度I 成正比，即θ＝kI ，故表的刻度是均匀的。电流表的主要参数有，表头内阻R g ：即电流表线圈的电阻；满偏电流I 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 g ＝I g R g （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，调整R ′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Rg = R ′。 条件: 当 R 比R ′大很多 （3）电流表改装成电压表 方法：串联一个分压电阻 R ，如图所示，若量程扩大n 倍，即n ＝ g U U ，则根据分压原理，需串联的电阻值 g g g R R n R U U R )1(-== ，故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。 高中物理电学实验总结 电学实验是高考考察的重要内容，几乎每年都涉及到，有时侧重： 1、电子仪器的选用共和读书 2、电路的设计 3、数据的处理和误差分析 一． 专题要点 1. 测定金属的电阻率 2. 描绘小灯泡的伏安特性曲线 3. 电表的改装 4. 测电源电动势和内阻 5. 多用表探索黑箱内的电学原件 二． 重点摘要 1. 测定金属的电阻率 实验目的： 用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。 实验原理： 根据电阻定律公式R=S l ，只要测量出金属导线的长度l 和它的直径d ，计算出导线的横截 面积S ，并用伏安法测出金属导线的电阻R ，即可计算出金属导线的电阻率。 实验器材：被测金属导线，直流电源（4V ），电流表(0-0.6A)，电压表（0-3V ），滑动变阻器（50Ω），电键，导线若干，螺旋测微器，米尺。 实验步骤： ①用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d ，计算出导线的横截面积S 。 ②按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。 ③用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l 。 ④把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的 位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S 。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 的值，断开电键S ，求出导线电阻R 的平均值。 ⑤将测得的R 、l 、d 值，代入电阻率计算公式lI U d l RS 42 πρ= =中，计算出金属导线的电 阻率。 ⑥拆去实验线路，整理好实验器材。 注意事项： ①本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。 ②在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I 的值不宜过大（电流表用0~0.6A 量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。 2.测定电源电动势和内阻 实验目的： ⑴经历实验过程，掌握实验方法，学会根据实验合理外推进行数据处理的方法。 ⑵进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量减小误差的方法。 实验原理： 电源电动势和内阻不能直接进行测量，但电源在电路中，路端电压和电流与电动势和内阻可以通过闭合电路欧姆定律建立联系，因此，通过测量路端电压和电流，可以计算电动势和内阻。由于有电动势和内阻两个未知量，所以要改变路端电压和电流至少获得两组数据，才能利用闭合电路欧姆定律（E=U+Ir)建立两个方程，解得电动势和内阻。 实验方法： ⑴由（E=U+Ir)可知，测量器材为一个电压表、一个电流表、一个滑动变阻器、电源、导线、开关 ⑵由（E=U+Ir)变形（E=IR+Ir)可知，测量器材为一个变阻箱、一个电流表、电源、导线、开关 ⑶由（E=U+Ir)变形（E=U+Ur/R)可知，测量器材为一个变阻箱、一个电压表、电源、导线、开关 3.练习使用多用电表 实验目的： 练习使用多用电表测电阻 实验原理：多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成（如图）， 表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满度电流约几十到几百μA ， 高中物理电学实验 高中物理电学实验是物理实验高考的重点，是高考的必考内容。电学实验共有6个，可归纳为四二三，即知道四种测量电路（描绘小灯泡的伏安特性曲线及分压电路、伏安法测电阻电路、半偏法测电表内阻和电表的校对电路、测定电源电动势和内阻电路），会画二种曲线（电阻或小灯泡的伏安特性曲线、电源的伏安特性曲线），掌握三类仪器（多用电表、螺旋测微器和游标卡尺、电压表电流表电阻箱等）的读数 2.在半偏法测电流表内阻实验中，串联在电路中的可变电阻R应选择最大阻值远大于电流 表内阻的滑动变阻器，在能够满足电流表满偏的条件下，电源电动势尽可能选择大的测量误 差小。选择电源电动势的方法是：滑动变阻器的最大阻值与电流表满偏电流的乘积等于或稍 大于电源电动势。半偏法测电流表内阻实验中，当闭合与电流表并联支路中的电键时，电路 中总电阻减小，电流增大，调节电阻箱的电阻值使电流表半偏，与电流表并联的电阻箱R1 中电流将大于电流表中的半偏电流，R1小于电流表内阻r g，所以测量值R1与r g的真实值相 比偏小。电表的校对电路由于需要从零刻度开始校对，所以采用分压电路。 3. 测定电源电动势和内阻实验采用电流表和电压表测出外电路的几组电流和电压值， 为了消除偶然误差，一般采用图像法处理实验数据。由闭合电路欧姆定律可知电源路端电压 U=E—Ir，电源的伏安特性曲线应该是一直线，所以将图像中数据点连线时一定要画成直线， 直线与纵轴（U轴）的交点纵坐标值等于电源电动势，图线斜率的绝对值等于电源内阻。 4. 多用电表是一种可以用来测量电流、电压、电阻等的磁电式测量仪表，直流电流档、 电压档刻度是均匀的。多用电表欧姆档（欧姆表）是根据闭合电路欧姆定律制成的，由于电 流I与待测电阻R是非线性关系，且电流为零时电阻值为无限大，所以多用电表欧姆档（欧 姆表）的刻度不均匀，且电流零刻度处对应电阻值为无限大，电流满偏处对应电阻值为零。 用多用电表欧姆档（欧姆表）测量电阻时首先要选档、调零，将电阻从电路中断开然后测量。 电学实验 测定金属的电阻率 1.在“测定金属的电阻率”的实验中，所测金属丝的电阻大约为5，先用伏安法测出该金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。用米尺测出该金属丝的长度L，用螺旋测微器测量该金属丝直径时的刻度位置如图所示。 (1)从图中读出金属丝的直径为______________mm。 (2)实验时，取来两节新的干电池、开关、若干导线和下列器材： A．电压表0～3 V，内阻10 k B．电压表0～15 V，内阻50 k C．电流表0～0.6A，内阻0.05 D．电流表0～3 A，内阻0.01 E．滑动变阻器，0～10 F．滑动变阻器，0～100 ①要较准确地测出该金属丝的电阻值，电压表应选_______________，电流表应选______________，滑动变阻器选_____________(填序号)。 ②实验中，某同学的实物接线如图所示，请指出该实物接线中的两处明显错误。 错误l：_____________________________； 错误2：_____________________________。 2.为了测量某根金属丝的电阻率，根据电阻定律需要测量长为L的金属丝的直径D.电阻R。某同学进行如下几步进行测量： （1）直径测量：该同学把金属丝放于螺旋测微器两测量杆间，测量结果如图，由图可知，该金属丝的直径d= 。 （2）欧姆表粗测电阻，他先选择欧姆×10档，测量结果如图所示，为了使读数更精确些，还需进行的步骤是。 A.换为×1档，重新测量 B.换为×100档，重新测量 C.换为×1档，先欧姆调零再测量 D.换为×100档，先欧姆调零再测量 （3）伏安法测电阻，实验室提供的滑变阻值为0～20Ω，电流表0～0.6A（内阻约0.5Ω），电压表0～3V（内阻约5kΩ），为了测量电阻误差较小，且电路便于调节，下列备选电路中，应该选择。 3.在测定金属电阻率的实验中，某同学连接电路如图（a）所示．闭合开关后，发现电路有故障（已知电源、电表和导线均完好，电源电动势为E）： 恒定电流实验复习题 一、电阻的测量 2.1利用“安安”法测电流表的内阻 1、从下列器材中选出适当的实验器材，设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并测量多组数据。 （1）画出实验电路图：标明所用器材的代号。 （2）若选取测量中的一组数据来计算r1，则所用的表达式r1= ，式中各符号的意义是：。器材（代号）与规格如下： 电流表A1，量程10mA，内阻待测（约40Ω）； 电流表A2，量程500μA，内阻r2=750Ω； 电压表V，量程10V，内阻r2=10kΩ 电阻R1，阻值约为100Ω； 滑动变阻器R2，总阻值约50Ω； 电池E，电动势1.5V，内阻很小； 电键K，导线若干。 2.2利用“安安”法测定值电阻的阻值 2、用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下： 电流表A1（量程250mA，内阻r1为5Ω）； 标准电流表A2（量程300mA，内阻r2约为5Ω）； 待测电阻R1（阻值约为100Ω），滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）； 电源E（电动势约为10V，内阻r约为1Ω），单刀单掷开关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，并标明每个器材的代号。 （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R1= 。 3、用以下器材测量待测电阻R x的阻值 待测电阻R x，阻值约为100Ω 电源E（电动势约为6V，内阻不计） 电流表A1（量程0-50mA，内阻r1=20Ω） 电流表A2（量程0-300mA，内阻r2约为4Ω） 定值电阻R0（20Ω） 滑动变阻器R（总阻值10Ω） 单刀单掷开关S，导线若干 （1）测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的的1/3，请画出实验电路图， （2）若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2。则由已知量和测得的量计算R x表达式为R x= ㈡“伏伏”法 1.1利用“伏伏”法测电压表的内阻 4、为了测量量程为3V的电压表V的内阻（内阻约2000Ω），实验室可以提供的器材有： 电流表A1，量程为0.6A，内阻约0.1Ω； 电压表V2，量程为5V，内阻约3500Ω； 变阻箱R1阻值范围为0-9999Ω； 变阻箱R2阻值范围为0-99.9Ω； 滑动变阻器R3，最大阻值约为100Ω，额定电流1.5A； 电源E，电动势6V，内阻约0.5Ω； 单刀单掷开关K，导线若干。 （1）请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验电路，画出电路原理图（图中的元件要用题中相应的英文字母标注），要求测量尽量准确。 （2）写出计算电压表V的内阻R V的计算公式为R V= 。 高中电学实验第一讲：电阻的测量方法及原理 一、伏安法测电阻 1、电路原理 “伏安法”就是用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I,再根据欧姆定律求出电阻 R= U/I 的测量电阻的一种方法。 电路图如图一所示。 如果电表为理想电表，即 R V=∞，R A=0用图一（甲）和图一（乙）两种接法测出的电阻相等。但实际测量中所用电表并非理想电表，电压表的内阻并非趋近于无穷大、电流表也有内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。如何分析其误差并选用合适的电路进行测量呢？ 若将图一（甲）所示电路称电流表外接法，（乙）所示电路为电流表内接法，则“伏安法”测电阻的误差分析和电路选择方法可总结为四个字：“大内小外”。 2、误差分析 （1）、电流表外接法 由于电表为非理想电表，考虑电表的内阻，等效电路如图二所示，电压表的测量值 U 为ab间电压，电流表的测量值为干路电流，是流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，故：R测 = U/I = Rab = (Rv∥R)= (Rv×R)/(Rv+R) < R(电阻的真实值) 可以看出，此时 R测的系统误差主要来源于 Rv 的分流作用，其相对误差为δ外= ΔR/R = (R-R测)/R = R/(Rv+R) （ 2）、电流表内接法 其等效电路如图三所示，电流表的测量值为流过待测电阻和 电流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流表两端的电压之和， 故：R测 = U/I = RA+R > R 此时R测的系统误差主要来源于RA的分压作用，其相对误差为: δ内= ΔR/R = (R测-R)/R = RA/R 综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即" 大内"；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“小外”。 3、电路的选择 （一）比值比较法 电学实验(经典) 实验设计的基本思路 （一）电学实验中所用到的基本知识 电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）、测电源的电动势与内电阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为： Ir U E I U R +== ,。 可见，对于电路中电压U 及电流I 的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。 1．电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。 （1）正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。 （2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注 意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。 （3）方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。 （4）精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。 2．电学实验仪器的选择： （1）选择电表：首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差。 （2）选择滑动变阻器：注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。 （3）应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。 电学实验重要知识点归纳 学好物理要记住：最基本的知识、方法才是最重要的。秘诀：“想” 1.关于实验要注意： 描图要时分析点的走势，确定直线或曲线；用直线或圆滑曲线连线，点不一定都在线上；反比关系常画成一个量与另一个量倒数成正比 用多次测量求平均值的方法能减小偶然误差 2.测量仪器的读数方法 需要估读的仪器：在常用的测量仪器中，刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读。 根据仪器的最小分度可以分别采用1/2、1/5、1/10的估读方法，一般： 最小分度是2的，（包括0.2、0.02等），采用1/2估读，如安培表0～0.6A档； 最小分度是5的，（包括0.5、0.05等），采用1/5估读，如安培表0～15V档； 最小分度是1的，（包括0.1、0.01等），采用1/10估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表0～3A档、电压表0～3V档等 不需要估读的测量仪器：游标卡尺、秒表、电阻箱在读数时不需要估读；欧姆表刻度不均匀，可以不估读或按半刻度估读。 3.游标卡尺的读数量游标卡尺的读数方法是：以游标零刻度线为准在主尺上读出整毫米数L1，再看游标尺上哪条刻度线与主尺上某刻度线对齐，由游标上读出毫米以下的小数L2，则总的读数为：L1+ L2。 螺旋测微器的读数:螺旋测微器的读数方法是：______________________________________试读出下列螺旋测微器的读数（工作原理及读数方法与双缝干涉测波长中的测微目镜手轮的读数相同） 〖解析〗从左到右测微目镜手轮的读书分别为：0.861mm；3.471mm；7.320mm；11.472mm 按照有效数字规则读出下列电表的测量值。 ⑴⑵ 接0~3V量程时读数为________V。接0~3A量程时读数为_______A。 接0~15V量程时读数为_______V。接0~0.6A量程时读数为______A。 〖解析〗⑴2.17；10.8；⑵0.80；0.16 4微安表改装成各种表：关健在于原理 首先要知：微安表的内阻、满偏电流、满偏电压。 (1)改为V表：串联电阻分压原理 g g g g g g1)R - (n R) u u-u ( R R u-u R u = = ? = (n为量程的扩大倍数) (2)改为A表：并联电阻分流原理 1 2 3 5 10 15 V 0.2 0.4 0.6 1 2 3 A 电学实验：1.描绘小灯泡的伏安特性曲线 2.改表 3.伏安法测电阻 4.测电阻率（游标卡尺、螺旋测微器的使用） 5.测电池的阻与电动势 一. 基本电路 1. 滑动变阻器的分压、限流接法： 分压与限流的选择依据： 1） 题目中明确要求待测电阻两端的电压U ，通过待测电阻的电流I 从零开始连续可调 2） 若用限流式接法，电路中的最小电流仍大于某个串连在电路中的用电器（比如安培 表）的额定电流（或最大量程），则必须用分压式接法。 3） ·待测电阻Rx 与变阻器R 相比过大，这时，我们可以认为如果采用限流式，变阻器 电阻的改变对电路的影响十分微弱，从而起不到改变电流的作用。 ·与之相反，如果待测电阻Rx 与变阻器R 相比过小，则应采用限流式。 有些题目中采用试触的办法来判断。如果电流表变化较大（这里的变化指的事变化率），说明电压表分压作用明显，说明待测电阻阻值和电压表接近，说明是大电阻。反之，如果电压表变化明显，说明电流表分流作用明显，说明待测电阻是小电阻。 2. 电流表的接与外接 原因：大电阻接，测安培表（电阻小）的分压效果不明显，小电阻用外接，则电压表（阻值很大）的分流效果不明显 ·当待测电阻R x 二.实验器材的选择 标准：安全（这里所指的应该是用电器的最值，而不是电源与元件的）、达到要求 顺序：电源----电压表----电流表----变阻器 ·电源：不超过最大即可 ·电表：如果示数不超过量程的1/3，则选用较小的 ·滑动变阻器：安全、确定围是否足够，参考电路（分压与限流对其要求不同） 分压式： 如图1所示，在滑动变阻器分压式接法中待测部分电压随滑动变阻器调节滑动距离变化图像，图中的k表示滑动变阻器总阻值与待测电阻的比例。 从图中可以看出当滑动变阻器与待测电阻的比值越大时，滑动变阻器先移动较长距离时待测电阻电压变化较小，而后移动很小距离时待测电阻电压却急剧上升，这在实验操作中是难以控制待测电阻取适当电压的；而当滑动变阻器与待测电阻的比值越小，待测电阻上电压随滑动变阻器调节距离变化越接近线性关系。 因此，分压式电路中滑动变阻器的阻值应选用阻值较小的（小于待测电阻）。 2、限流式接法中应选择阻值与待测电路电阻接近的滑动变阻器 如图2所示，在滑动变阻器限流式接法中待测部分电压随滑动变阻器调节滑动距离变化图像，图中的k表示滑动变阻器总阻值与待测电阻的比例。 从图2中可以看出：滑动变阻器与待测电阻比值越小，待测电阻上电压随滑动变阻器调节距离变化越接近线性变化，但电压变化幅度却很小，不便于取多组有明显差别的数据多次测量；而当滑动变阻器与待测电阻比值越大时，虽然待测电阻上的电压变化幅度很大，但滑动变阻器先移动较长距离电压变化幅度较小，而后移动很小距离电压却急剧上升，这在实验操作中是难以控制待测电阻取适当电压的；而当滑动变阻器与待测电阻阻值相接近时，待测电阻上电压随滑动变阻器调节距离变化接近线性关系，且待测电阻上的电压变化幅度较大。 因此，限流式电路中滑动变阻器的阻值应选用阻值与待测电阻相接近的。 高中物理电学实验专题 实验专题一：伏安法测电阻一. 伏安法测电阻基本原理 伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律R U I ，只要测出元件两端电压和通过的电流， 即可由欧姆定律计算出该元件的阻值。 二．认识电流表和电压表： 1.理想表：理想电流表内阻=0, 理想电压表内阻 =∞,用理想电表测量电路，对电路不产生影响。 2.实际表：实际电流表内阻很小，但不为零；实际电压表内阻很大，但不会是无穷大。因此，电流表和电压表对测量电路造成影响，产生误差。为了减小误差，必须考虑电流表和电压表的接法。 三．电流表的两种接法 （一）电流表外接法 1、电路如图所示 电压表示数＝ R 电流表示数＝＋＞ 测量值 ,小于R的真实值 只有当R＜＜时，才有≈R,因此外接法适合测小电阻 2、“小外”的含义： 在实际应用中，如果推导整个过程很费时，若形象地用“小外”来描述电流表外接法的特点，学生记忆起来很方便。“小外”含义：小电阻用外接法。 （二）电流表内接法 1.电路图如图所示 电压表示数＝＋ 电流表示数＝ R 测量值 ,大于R的真实值 只有当R＞＞时，才有≈R,因此外接法适合测大电阻 2、“大内”的含义： 在实际应用中，如果推导整个过程很费时，若形象地用“大内”来描述电流表外接法的特点，学生记忆起来很方便。“大内”含义：大电阻用内接法。 四．电流表内、外接法的选择 为了达到减小误差的目的，小电阻用电流表外接法，大电阻用电流表内接法。但电阻阻值为多大算是大电阻？电阻阻值大小依什么电阻为标准？下面我们一起探讨： （一）定量判定法：当被测电阻R的大约值和R A、R V已知时，可用比较和大小来确定 1. 若＞，则说明R 远大于，选用电流表内接法。 2. 若＞，则说明R 远小于, 选用电流表外接法。 3. 若＝ ，选用两种接法都可以。 （二）试触法： 在利用伏安法测电阻的实验中，若不知道被测电阻的大约值， 可借助试触法确定内、外接法.具体做法是:如图所示组成电路， 其中电流表事先已经接好，拿电压表的一个接线柱去分别试触M 、 N 两点，观察先后两次试触时两电表的示数变化情况，如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即U U I I ?>?)，说明接M 点时电压表分流作用引起的误差大于接N 点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法(即电压表接N 点)；如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即 U U I I ? 电学实验图象问题归纳 物理图象是物理知识重要的组成部分，利用图象提取物理信息解决物理问题是近几年高高考考查的热点问题。对于图象获取信息主要有这样几方面：一看轴二看点三看斜率四看线五看截距六看面（积）。在电学实验中对图象的考查尤为突出。 一.I U 图象 此类图象主要看斜率和图线交点的物理意义 例1．某同学通过实验研究小灯泡的电流与电压的关系．可用的器材如下：电源（电动势3V ，内阻1Ω）、电键、滑动变阻器（最大阻值20Ω）、电压表、电流表、小灯泡、导线若干． （1）实验中移动滑动变阻器滑片，得到了小灯泡的U -I 图象如图a 所示，则可知小灯泡的电阻随电压增大而 （填“增大”、“减小”或“不变”）． （2）根据图a ，在图b 中把缺少的导线补全，连接成实验的电路（其中电流表和电压表分别测量小灯泡的电流和电压）。 （3）若某次连接时，把AB 间的导线误接在AC 之间，合上电键，任意移动滑片发现都不能使小灯泡完全熄灭，则此时的电路中，小灯泡可能获得的最小功率是 W 。（电压表和电流表均为理想电表） 答案：（1）增大……2分 （2）如图……3分（3）0.32W （0.30~0.34都对）…… U 图a A B C － + 图b U 图a A B C － + 二.I I -图象 此类图象多为I U -图象的变式,需认清斜率和截距的含义 例2.某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时发现，里面除了一节1.5V 的干电池外，还有一个方形的电池（层叠电池）。为了测定该电池的电动势和内电阻，实验室中提供有下列器材： A ．电流表G （滿偏电流10mA ，内阻10Ω） B ．电流表A （0～0.6 A ～3A ，内阻未知） C ．滑动变阻器R 0（0～100Ω，1A ） D ．定值电阻R （阻值990Ω） E ．开关与导线若干 （1）该同学根据 现有的实验器材，设计了如图甲所示的电路，请你按照电路图在乙图上完成实物连线． （2）丙图为该同学根据上述设计的实验电路利用测出的数据绘出的I 1-I 2图线（I 1为电流表G 的示数，I 2为电流表A 的示数），则由图线可以得到被测电池的电动势E ＝ V ，内阻r = Ω。 答案：图略，10.02 , 1.02 三. R U 1 1-图象 根据闭合电路欧姆定律导出斜率和截距的含义 例3.某同学利用DIS ，定值电阻0R 、电阻箱1R 等实验器材测量电池a 的电动势和内阻，实验装置如图1所示，实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R ，用电压传感器测得端电压U ，并在计算机上显示出如图2所示的1/1/U R -关系图线a ，重复上述实验方法测量电池b 的电动势和内阻，得到图2中的图线b. 物理电学实验专题 一、伏安法测电阻及拓展 1.下表中选出适当的器材，试设计一个测量阻值约为15k Ω的电阻的电路。要求方法简捷，R X 两端电压能从0开始变化，要求有尽可能高的精确度。 电流表A 1：量程1mA 内阻约50Ω； 电流表A 2：量程300A μ 内阻约300Ω 电流表A 3：量程100A μ 内阻约500Ω；电压表V 1：量程10V 内阻约15K Ω 固定电阻：R 0=9990Ω； 电流表G ：I g =300A μ、R g =10Ω。 滑动变阻器R 1： 阻值约50Ω；额定电流为1A 滑动变阻器R 2： 阻值约100K Ω 额定电流为0.001A 电池组：E=3V ；内阻小但不可忽略； 开关，导线若干 2. 两块电压表测电阻 用以下器材测量一待测电阻R x 的阻值（900～1000Ω）： 电源E ，具有一定内阻，电动势约为9.0V ； 电压表V 1，量程为1.5V ，内阻r 1＝750Ω； 电压表V 2，量程为5V ，内阻r 2＝2500Ω； 滑线变阻器R ，最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关K ，导线若干。 （1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的3 1 ，试画出测量电阻R x 的 一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。 （2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。 （3）若电压表V 1的读数用U 1表示，电压表V 2的读数用U 2表示，则由已知量和测得量表示R x 的公式为R x ＝_________________。 3. 两块电流表测电阻 从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A 1的内阻r 1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，器材代号 规格 电流表（A 1） 量程100mA ，内阻r 1待测（约40Ω） 电流表（A 2） 量程500uA ，内阻r 2＝750Ω 电压表（V ） 量程10V ，内阻r 3=10k Ω 电阻（R 1） 阻值约100Ω，作保护电阻用 滑动变阻器（R 2） 总阻值约50Ω 电池（E ） 电动势1.5V ，内阻很小 开关（K ） 导线若干 （2）若选测量数据中的一组来计算r 1，则所用的表达式r 1＝________________，式中各符号的意义是____________________________________。 4.现有实验器材如下： 电池E ，电动势约10V ，内阻约1Ω 电流表A 1，量程300mA ，内阻r 1约为5Ω 电流表A 2，量程10A ，内阻r 2约为0.2Ω 电流表A 3，量程250mA ，内阻r 3约为5Ω 电阻箱R 0，最大阻值999.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω 滑动变阻器R 1，最大阻值100Ω，开关及导线若干 要求用图1所示电路测定图中电流表A 的内阻 （1）在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测定其电阻？ （2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，简要写出按电路图的主要连接方法． A A ′ R 1 R 0 欢迎阅读 电学实验重要知识点归纳 学好物理要记住：最基本的知识、方法才是最重要的。 秘诀：“想” 1.关于实验要注意： 描图要时分析点的走势，确定直线或曲线；用直线或圆滑曲线连线，点不一定都在线上； 反比关系常画成一个量与另一个量倒数成正比 用多次测量求平均值的方法能减小偶然误差 2.测量仪器的读数方法 需要估读的仪器：在常用的测量仪器中，刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读。 根据仪器的最小分度可以分别采用1/2、1/5、1/10的估读方法，一般： 最小分度是2的，（包括0.2、0.02等），采用1/2估读，如安培表0～0.6A 档； 最小分度是5的，（包括0.5、0.05等），采用1/5估读，如安培表0～15V 档； 最小分度是1的，（包括0.1、0.01等），采用1/10估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表0～3A 档、电压表0～3V 档等 不需要估读的测量仪器：游标卡尺、秒表、电阻箱在读数时不需要估读；欧姆表刻度不均匀，可以不估读或按半刻度估读。 3.游标卡尺的读数量游标卡尺的读数方法是：以游标零刻度线为准在主尺上读出整毫米数L 1，再看游标尺上哪条刻度线与主尺上某刻度线对齐，由游标上读出毫米以下的小数L 2，则总的读数为：L 1+ L 2。 螺旋测微器的读数:螺旋测微器的读数方法是：______________________________________ 试读出下列螺旋测微器的读数（工作原理及读数方法与双缝干涉测波长中的测微目镜手轮的读数相同） 〖解析〗从左到右测微目镜手轮的读书分别为：0.861mm ；3.471mm ；7.320mm ；11.472mm 按照有效数字规则读出下列电表的测量值。 ⑴ ⑵ 接0~3V 量程时读数为________V 。 接0~3A 量程时读数为_______A 。 接0~15V 量程时读数为_______V 。 接0~0.6A 量程时读数为______A 。 〖解析〗⑴2.17；10.8；⑵0.80；0.16 4微安表改装成各种表：关健在于原理 首先要知：微安表的内阻、满偏电流、满偏电压。 (1)改为V 表：串联电阻分压原理 g g g g g g 1)R -(n R )u u -u (R R u -u R u ==?= (n 为量程的扩大倍数) (2)改为A 表：并联电阻分流原理 g g g g g g g R 1 -n 1 R I -I I R )R I -I (R I = = ?= (n 为量程的扩大倍数) 5．电学实验仪器的选择： ⑴根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差。 0 1 2 3 0 5 10 15 V 0 0.2 0.4 0.6 0 1 2 3 A 八、电学实验题集粹（33个） 1．给你一只内阻不计的恒压电源，但电压未知，一只已知电阻Ｒ，一只未知电阻Ｒｘ，一只内阻不计的电流表但量程符合要求，以及开关、导线等，用来测Ｒｘ接在该恒压电源上时的消耗功率Ｐｘ，画出测量线路图并写出简要测量步骤，以及Ｐｘ的表达式． 2．如图3－94所示是研究闭合电路的内电压、外电压和电源电动势间关系的电路．（1）电压表Ｖ的（填“正”或“负”）接线柱应接在电源正极Ａ上，电压表Ｖ′的（填“正”或“负”）接线柱应接在探针Ｄ上．（2）当滑片Ｐ向右移动时，Ｖ′的示数将（填“变大”、“变小”或“不变”）． 图3－94 图3－95 3．有一只电压表，量程已知，内阻为ＲＶ，另有一电池（电动势未知，但不超过电压表的量程，内阻可忽略）．请用这只电压表和电池，再用一个开关和一些连接导线，设计测量某一高值电阻Ｒｘ的实验方法．（已知Ｒｘ的阻值和ＲＶ相差不大） （1）在如图3－95线框内画出实验电路． （2）简要写出测量步骤和需记录的数据，导出高值电阻Ｒｘ的计算式． 4．在“测定金属的电阻率”的实验中，用电压表测得金属丝两端的电压Ｕ，用电流表测得通过金属丝中的电流I，用螺旋测微器测得金属的直径ｄ，测得数据如图3－96（1）、（2）、（3）所示．请从图中读出Ｕ＝Ｖ，Ｉ＝Ａ，ｄ＝ｍｍ． 图3－96 5．如图3－97所示，是一根表面均匀地镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管，管长Ｌ约40ｃｍ，直径Ｄ约8ｃｍ．已知镀膜材料的电阻率为ρ，管的两端有导电箍Ｍ、Ｎ，现有实验器材：米尺、游标卡尺、电压表、电流表、直流电源、滑动变阻器、开关、导线若干根，请你设计一个测定电阻膜膜层厚度ｄ的实验，实验中应该测定的物理量是，计算镀膜膜层厚度的公式是． 图3－97 6．用万用表的欧姆挡测电阻时，下列说法中正确的是．（填字母代号） Ａ．万用电表的指针达满偏时，被测电阻值最大 Ｂ．万用电表的指针指示零时，说明通过被测电阻的电流最大 重点高中物理电学实验总结 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 电学实验：1.描绘小灯泡的伏安特性曲线 2.改表 3.伏安法测电阻 4.测电阻率（游标卡尺、螺旋测微器的使用） 5.测电池的内阻与电动势 一. 基本电路 1. 滑动变阻器的分压、限流接法： 分压与限流的选择依据： 1） 题目中明确要求待测电阻两端的电压U ，通过待测电阻的电流I 从零开始连续可调 2） 若用限流式接法，电路中的最小电流仍大于某个串连在电路中的用电器（比如安培表） 的额定电流（或最大量程），则必须用分压式接法。 3） ·待测电阻Rx 与变阻器R 相比过大，这时，我们可以认为如果采用限流式，变阻器电 阻的改变对电路的影响十分微弱，从而起不到改变电流的作用。 ·与之相反，如果待测电阻Rx 与变阻器R 相比过小，则应采用限流式。 有些题目中采用试触的办法来判断。如果电流表变化较大（这里的变化指的事变化率），说明电压表分压作用明显，说明待测电阻阻值和电压表接近，说明是大电阻。反之，如果电压表变化明显，说明电流表分流作用明显，说明待测电阻是小电阻。 2. 电流表的内接与外接 连接方式 误差来源 测量值与真实值关系 适用范围 外接法 电压表分流 电流表的读数大于流过待测的电流，故：R 测 1、在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值R x ，现有如下器材：读数不准的电流表A 、定值电阻R 0、电阻箱R 1、滑动变阻器R 2、单刀单掷开关S 1、单刀双掷开关S 2、电源和导线。 ⑴画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。 ⑵写出主要的实验操作步骤。 2、用以下器材测量一待测电阻R x 的阻值（900～1000Ω）： 电源E ，具有一定内阻，电动势约为； 电压表V 1，量程为，内阻r 1＝750Ω； 电压表V 2，量程为5V ，内阻r 2＝2500Ω； 滑动变阻器R ，最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关K ，导线若干。 测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻R x 的一种实验电路原理图。 3、用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下： 电流表A 1（量程250mA,内阻r 1为5Ω)；标准电流表A 2（量程300mA,内阻r 2约为5Ω）； 待测电阻R 1（阻值约为100Ω）；滑动变阻器R 2（最大阻值10Ω）； 电源E （电动势约为10V ，内阻r 约为1Ω）；单刀单掷开关S ，导线若干。 ⑴要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号. ⑵需要直接测量的物理量是_______,用测的量表示待测电阻R 1的计算公式是R 1＝________。4、有一电阻R x ，其阻值在100～200Ω之间，额定功率为。要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有： 安培表A 1，量程为50mA，R A 1 =100Ω 安培表A 2，量程为1A，R A 2 =20Ω 电压表V 1，量程为5V，R V 1 =10kΩ 电压表V 2，量程为15V， R V 2 =30kΩ 变阻器R 1 ，变阻范围0～20Ω ，2A 变阻器R 2 ，变阻范围0～1000Ω，1A 9V电源，电键，导线。 ⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是：。 ⑵画出所用实验电路图。 5、从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A 1的内阻r 1 ，要求方 法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。 ⑴在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。 高中物理电学实验讲义（精简版） 前言：既然是讲电学实验，自然都离不开电表的使用，所以，我们打破教材、教辅常规顺序，从电表的内部结构和工作原理开始，由浅入深逐节讲解近些年高考试题中涉及的电学系列实验知识要点，并将实验结论、误差的产生和控制等复杂的逻辑推理过程尽量归纳为公式、模板或口诀的形式予以简化，并烂熟于心，以便同学们在答题时，提高解题效率，减少不必要的思考和推导过程。另外，在每一小节单元模块后都附有近十年全国高考实验真题索引，以便于同学们对照学习或自我检查测试。 一、电表的改装 1.电表的内部结构及工作原理 我们在实验室中使用的电表，如：电流表（安培表）、电压表（伏特表）都是由量程较小的电流表（又称表头G）经过改装而来。 表头G的内部结构主要由两块永久磁铁、金属线圈、螺旋弹簧、指针和表盘等构成。其工作原理是利用通电金属线圈在磁场中受到安培力的作用发生旋转而制成。 2．表头G的三个参数之间的关系 表头的三个参数是指表头线圈电阻Rg 、满偏电流Ig和满偏电压Ug。三者的关系符合欧姆定律，即：Ig=Ug/Rg 3.将小量程的表头G改装为大量程的电流表（安培表） 若使扩大后的电流表量程为原来表头满偏电流的n倍（即：n=I/ Ig），则必须给表头G并联 ．．一个小电阻R来分流多余的电流I R, 如下图。 由并联电路的特点，知：Ig*Rg=（I-Ig）*R 又 n=I/ Ig 所以，解得：R= Rg/（n-1）…………………公式①（必须熟记） 4.将小量程的表头G改装为大量程的电压表（伏特表） 若使扩大后的电压表量程为原来表头满偏电压的n倍（即：n=U/Ug），则必须给表头G 串联 ．．一个大电阻R来分担多余的电压U R,如图： 由串联电路的特点，知：U = Ug +（Ug /Rg）*R 又 n=U/ Ug 所以，解得：R=（n-1）Rg…………………公式②（必须熟记） 以上公式①、②很重要，也很好记。 口诀：并小串大（必须熟记） （附：关于“电表改装”相关高考题，如：2019全国Ⅰ卷23题； 2018全国Ⅱ卷22题； 2016海南卷12题； 2015全国Ⅰ卷23题； 2013全国Ⅱ卷23题； 2010北京卷21题） 高中物理电学实验中电阻测量方法归纳与分析 云大附中星耀校区物理教研组杨国平 【摘要】电阻测量一直是高中物理电学实验中的重头戏，高中物理教材中编排的电学实验对电阻的测量仅仅给出了一个大概的框架，实际上电阻的测量方法很多，了解并掌握电阻的测量方法可以使学生对电学知识的理解更加深刻和透彻。本文归纳并整理了电阻的测量方法，期望能使学生对高中物理电学知识的学习有所帮助。 【关键词】电阻测量，伏安法，电表内阻 【电阻测量的新理念】 纵观这几年全国高考与各省市高考的物理试卷中，以设计性实验的形式考查电阻测量的原理和方法的试题就有50多个，涉及定值电阻、电压表内阻、电流表内阻、电源内阻的测量等情形。就是这种在伏安法的基础上演变而来的设计性实验，每年却让许多考生失利。这主要是由考生观念不清，思路不广，在运用伏安法时，生搬硬套造成的。在此向大家介绍几种电阻测量的新思路和新方法，帮助考生开阔思路，提高创新能力。 【电阻测量方法归纳与分析】 一、基本方法-----伏安法（V-A法） 伏安法测量电阻主要涉及测量电路的选择，控制电路的选择和实验器材的选择。对于这部分内容的阐述我已经在《浅谈电学实验中器材和电路选择的基本原则》一文中做了详尽的说明，在这只做简述。 1、原理：根据部分电路欧姆定律。 2、控制电路的选择 控制电路有两种：一种是限流电路（如图1）；另一种是分压电路。（如图2） （1）限流电路是将电源和可变电阻串联，通过改变电阻的阻值，以达到改变电路的电流，但电流的改变是有一定范围的。其优点是节省能量；一般在两种控制电路都可以选择的时候，优先考虑限流电路。 （2）分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来，再从 可变电阻的两个接线柱引出导线。如图2，其输出电压由ap 之间的电阻决定，这样其输出电压的范围可以从零开始变化到接近于电源的电动势。在下列三种情况下，一定要使用分压电路： ① 要求测量数值从零开始变化或在坐标图中画出图线。 ② 滑动变阻器的总值比待测电阻的阻值小得多。 ③ 电流表和电压表的量程比电路中的电压和电流小。 3、测量电路 由于伏特表、安培表存在电阻，所以测量电路有两种：即电流表内接和电流表外接。 （1）电流表内接和电流表外接的电路图分别见图3、图4 （2）电流表内、外接法的选择， ①、已知R V 、 R A 及待测电阻R X 的大致阻值时可以利用相对误差判断 若A X R R ＞X V R R ，选用内接法， A X R R ＜ X V R R ，选用外接法 ②不知R V 、 R A 及待测电阻R X ，采用尝试法，见图5，当电压表的一端分别接在a 、b 两点时，如电流表示数有明显变 图 1 图2 图 3 图4高中物理电学实验专题总结
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