高二物理电学实验讲义

高二物理讲义第1页共9页重点讲解：电学实验1、基础电学实验伏安法测电阻（1）实验原理和实验电路图原理：欧姆定律实验电路图：如下图所示图(a)称为安培表外接法，测得的电流不准(IA=Ix+Iv)——偏大，因此测得电阻值较真实值偏小．误差的来源为电压表的分流作用，为减小测量误差，根据分流原理，应选用内阻较大的伏特表．但是，一般伏特表的内阻并不是特别大，所以该电路适用于测量小阻值的未知电阻．图(b)称为安培表内接法，测得的电压不准(Uv=Ux+UA)——偏大，因此测得电阻值较真实值偏大．误差的来源为电流表的分压作用，为减小测量误差，根据分压原理，应选用内阻较小的安培表．但是，一般安培表的内电阻不是特别小，所以该电路适用于测量大阻值的未知电阻．（2）伏安法测电阻的两种电路比较（3）电流表内接法和外接法的选择方法一：阻值比较法（主要方法）当Rx》RA时采用内接法，电流表造成的分压较小，实验误差小。当Rx《Rv时采用外接法，电压表造成的分流较小，实验误差小。方法二：临界值法（高中阶段不常用）当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，可根据：RARVRx2时，采用电流表外接法；当RARVRx2时，采用电流表内接法来确定．(1)若Rx/RA＞RV/Rx，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＝U/I＝Rｘ＋RA，比真实值RX大了RA，相对误(a)〔b)高二物理讲义第2页共9页差AxxxRRRaRR测．(2)若Rx/RA＜RV/Rx，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，所以使用该电路所测电阻VVxxRRURIRR测=，比真实值RX略小些，相对误差xxVxRRRxaRRR测．方法三：试触法：在RA、RV、RX均末知时，可采用以下方法来确定电路。按图接好电路，通电后，电流表正常显示。用电压表的一个线头S，先后试触A、B两点，若在两次试触过程中电流表示数有明显变化，则S应接在B点，采用电流表内接形式；若电压表示数变化较明显，则S应接在A点，采用电流表外接电路。（4）滑动变阻器的限流接法和分压接法的选择下图示所示的两种电路中，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.1、滑动变阻器的限流接法和分压接法的比较：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0RRRLLE≤UL≤E0RREL≤IL≤LREEIL分压接法0≤UL≤E0≤IL≤LREE（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2、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑，灵活择取.下列三种情况必须选用分压式接法（1）要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法.（2）当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法.因为按图（b）连接时，因RLR0＞Rap,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=0RU·Rap，显然UL∝Rap,且Rap越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便高二物理讲义第3页共9页于观察和操作.（3）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的额定值或超出电表的量程时，只能采用分压接法.下列情况可选用限流式接法（1）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.（2）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.（3）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.2、描绘小电珠的伏安特性曲线【实验目的】通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律．【实验原理】在纯电阻电路中，电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，也就是U-I曲线是条过原点的直线。但是实际电路中由于各种因素的影响，U-I曲线就可能不是直线。如图所示，根据分压电路的分压作用，当滑片C由A端向B端逐渐移动时，流过小电珠（“3.8V、0.3A”或“4V、0.7A”）的电流和小电珠两端的电压，由零开始逐渐变化，分别由电流表、电压表示出其值大小，将各组I、U值描绘到U--I坐标上，用平滑的曲线连接各点，即得到小灯泡的伏安特性曲线。金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而测得一段金属导体的电阻随温度发生相应变化。本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内阻值的变化，从而了解它的导电特性。【步骤规范】实验步骤操作规范一.连接实验电路1．对电流表、电压表进行机械调零2．布列实验器材，接图3-1连接实验电路，电流表量程0.6A，电压表量程3V1．若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对。2．电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器的电阻置于阻值最大；电线连接无“丁”字形接线。二．读取I、U数据1．将滑动变阻器的滑片C向另一端滑动，读取一组电流表和电压表的读数2．逐渐移动滑动变阻器的阻值，在“0~3.8V”或“0~4V”范围内记录12组电压值U和相应的电流值I1．使电路中灯泡两端电压从0开始逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据记录在表中。调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压2．电流表和电压表读数要有估读（一般可估读到最小分度的101三．描绘图线在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示高二物理讲义第4页共9页将12组U、I值，描绘到I—U坐标上，画出I—U曲线电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来。四．拆除电路，仪器复原【注意事项】1．本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．2．因本实验要作I－U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．3．电键闭合前变阻器滑片移到图中所示的A端．4．电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据（要求两位有效数字）记录在表中．调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压．5．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来。3、测定金属的电阻率（同时练习使用螺旋测微器）【实验目的】1．练习使用螺旋测微器；2．学会用伏安法测电阻；3．测定金属的电阻率。【实验原理】1.根据电阻定律有，金属的电阻率因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积S和导线的电阻R，就可以求出金属丝的电阻率ρ①根据部分电路的欧姆定律可知R=U/I只要测出金属丝两端的电压U和金属丝中的电流I，就可以测出金属丝的电阻．即用伏安法测出金属丝的电阻R②金属丝的长度l可以用米尺测量．③金属丝的横截面积S由金属丝的直径d算出，即S=πd2/4．由于金属丝的直径较小，因此需要用比较精密的测量长度的仪器——螺旋测微器来测量．这就是本实验的实验原理．若用实验中直接测出的物理量来表示电阻率，则金属丝的电阻率的表达式为2．在测定金属线的电阻时，为了防止金属线过热造成金属线的长度及电阻率的变化，因此，流过金属线的电流不宜太大．【步骤规范】实验步骤操作规范一．测量金属导线的直径1．观察螺旋测微器两小砧合拢时，可动刻度上的零刻度线和固定刻度上的零刻度线是否重合，观察螺旋测微器的最小分度值2．将金属导线放在螺旋测微器的小砧和测微1．螺旋测微器的最小分度是0.01mm，应估读到0.001mm2．⑴螺旋测微器的正确握法是：用左手食指侧面和大拇指握住框架塑料防热片的左侧，用右手大拇指和食指旋动旋钮高二物理讲义第5页共9页螺杆之间，正确操作螺旋测微器，测出金属导线的直径3．在金属导线的不同位置、不同方向上，再测两次，求出平均值⑵调节旋钮时，应先用粗调旋钮，使小砧与金属导线接近，然后改用微调旋钮推进活动小砧，当听到棘轮打滑空转并发出“咯咯”声时，才可读数⑶读数时，先读出固定刻度上的毫米整数部分（注意半毫米刻度线是否露出），再读出可动刻度的值（如半毫米刻度线已露出，应加上0.500mm），作后读出估读值二．用伏安法测金属导线的电阻1．对电流表、电压表进行机械调零2．将金属导线拉直，固定在木条上3．按图连接电路4．闭合电键，调节滑动变阻器，读取三组I、U值5．计算三组I、U值对应的电阻值，取其平均值1.若表针不在零位，用螺旋刀旋动机械调零螺钉，使其对正2．⑴连接电路前，先布列仪器，使其位置合适，然后先电阻、后电表依次连接电路，电源最后接⑵电键接入电路时，应处于断开位置⑶闭合电键前，变阻器阻值应最大⑷导线的连接处必须在接线柱上（无“丁”字形接线）3．⑴电流表、电压表量程合适⑵每次实验通电时间不宜过长，电流不宜过大，并应及时切断电源⑶I、U值读数准确，有估读。三．测量金属导线的长度1．用毫米刻度尺测量固定在木条上连入电路中的金属导线的长度2．以毫米刻度尺的不同起点再测两次3．算出金属导线长度平均值测量时，刻度尺的刻度应贴近金属导线；视线要跟尺垂直；有估读（即读出0.1mm）四．拆除电路，仪器复原电源必须先拆【螺旋测微器的原理、操作与读数】螺旋测微器的螺距是0.5mm，可动刻度一周为50格；旋钮D每旋转一周，测微螺杆F前进或后退0．5mm．因此，旋钮D每转过l格，测微螺杆F前进或后退0．01mm．可见螺旋测微器的精确度为0．01mm．使用螺旋测微器时，将被测物体放在小砧A和测微螺杆F之间，先调节旋钮D，在测微螺杆F快靠近被测物体时，改用微调旋钮D，，这样不致于在测微螺杆和被测物体之间产生过大的压力，既可以保护仪器，又能保证测量结果的准确性．当听到咔咔的声音时停止转动，并用止动螺旋止动．读数时，被测物体长度大于o．5mm的部分在固定刻度上读出，不足o．5mm的部分在可动刻度上读出，读可动刻度示数时，还要注意估读一位数字．螺旋测微器的读数可用下面公式表示：螺旋测微器的读数＝固定刻度上的读数+可动刻度上的格数×精确度o.01mm【练习螺旋测微器的读数】AV高二物理讲义第6页共9页4、用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻【实验目的】测定电池的电动势和内电阻【实验原理】由闭合电路的欧姆定律E=U+Ir知，路端电压U=E—Ir，对给定的电源，E、r为常量，因此路端电压U是电流I的一次函数。将电池、电流表、电压表，可变电阻连接成如图所示的电路，改变可变电阻R的阻值，可以测得多组I、U值。将它们描在U—I坐标中，图线应该是一条直线。显然，直线在U坐标上的截距值就是电池电动势，直线斜率的绝对值就是电池的内阻的大小。上述用作图的方法得出实验结果的方法，具有直观、简便的优点。【步骤规范】实验步骤操作规范一.连接实验电路1．将电流表、电压表机械调零2．布列实验器材，接图连接实验电路1．若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对2．⑴实验器材应放置在合适的位置，应使电键、滑动变阻器便于操作；电表刻度盘应正对实验者⑵电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器阻值置于最大；导线连接无“丁”字形接线⑶电流表量程0.6A，电压表量程3V二．读取I、U数据1．调节滑动变阻器的阻值，闭合电键，读取一组电流表和电压表的读