高中物理电学实验基础

高中物理电学实验基础一、电表、电表的改装1.灵敏电流表G（1）三个主要参数①内阻Rg:电流表线圈的电阻，大约几欧到几十欧。②满偏电流Ig:指针批转到最大刻度时的电流，大约几十微安到几毫安。③满偏电压Ug:电流表通过Ig时两端的电压，大约零点几伏。（2）三个参数间的关系：由欧姆定律可知Ug=IgRg注意：电表就是电阻。UgGRgIg2.电压表（1）电压表的改装电流表G的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为U的电压表时，应串联一个电阻R分去多余的电压U-Ug，电阻R叫分压电阻。UgGRgIgU-UgR()ggggggUUUIRRUURRUg据串联电路的特点得：解得：（2）电压表的内阻：Rv=Rg+RI3.电流表的改装电流表G的电压量程Ug=IgRg，当改装成量程为I的电流表时，应并联一个电阻R分去多余的电流I-Ig，电阻R叫分流电阻。RI-IgUgGRgIg()gggggggUIRIIRIRRII据并联电路的特点得：解得：（2）电流表的内阻：RA=Rg×R/(R+Rg)4.电流表改装成欧姆表①原理：闭合电路的欧姆定律②如图所示，当红、黑表笔短接时，调节R，使电流表的指针达到满偏电流，此时指针所指表盘上满刻度处对应两表笔间电阻为零。这时有：ggEIRRr③当两表笔间接入电阻Rx时，电流表的电流为：G+－REr红表笔黑表笔RxG+－REr红表笔黑表笔xgxEIRRrR当Rx改变时，Ix随着改变，将电流表表盘上Ix处标上对应的Rx值，就构成了欧姆表。④中值电阻：欧姆表的内阻即为中值电阻R中＝R内＝R+Rg+r因Ix与Rx不是线性关系，欧姆表表盘刻度不均匀。G+－REr红表笔黑表笔Rx二、滑动变阻器的两种接法1.限流接法如图所示。用电器Rx的电压调节范围：RxPaRbSEr(0)xERxUErRxR电路消耗的总功率为：EI限流接法的选用原则：①测量时电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只在小范围内变化，且待测电阻Rx与R接近时。②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压接法的要求时。③两种方法都满足时优先选用限流接法。RxPaRbSEr2.分压接法如图所示①Rx电压调节范围0≤Ux≤E。②开关闭合前，P应在a端。SaRbErRxP分压接法的选用原则：①测量时要求电流或电压从零开始连续调节时。②待测电阻Rx远大于R，且要求电压变化范围较大时。③采用限流接法时，电路中实际电压或电流的最小值仍超过Rx的额定值或电表量程时。三、电阻的测量1.伏安法测电阻（1）原理：部分电路的欧姆定律。（2）电流表外接法，如图所示。误差分析：VAR待VVXVAVXAVURRURRIRRII测真＝＝产生误差的原因：电压表V分流。适用于测小阻值电阻，即Rx远小于Rv时。（3）电流表内接法，如图所示。误差分析：VVAXAAAUUURRRRII测真＝＝产生误差的原因：电流表A分压。VAR待适用于测大阻值电阻，即Rx远大于RA时。（4）内、外接法的选用原则①计算临界电阻：0AVRRR若RxR0，待测电阻为大电阻，用内接法若RxR0，待测电阻为小电阻，用外接法即大电阻，内接法；小电阻，外接法。可记为：大内小外。②试触法确定内外接法：在不知道RV、RA、RX的大致值时，可用试触法，如图所示：VAR待ba触头分别接触a、b两点：若V变化大，说明A分压大，应用外接法；若A变化大说明V分流大，应用内接法。例1：某同学欲测一电阻Rx的阻值（约为300Ω）可供选择的仪器有：电流表A1，量程10mA;电流表A2，量程0.6A;电压表V1，量程3V;电压表V2，量程15V；电源电动势为4.5V。请同学们按图接好电路，闭合S1后，把开关S2拨至a时，发现两电表的指针偏转的角度都在满偏的4/5处；再把开关S2拨至b时，发现其中一个电表的指针偏转几乎不变，另一个电表的指针偏转的角度在满偏的3/4处；该同学在实验中所选电压表的量程为（）所选电流表的量程为（）Rx的测量值为（）。ARxVS1S2abR3V10mA320Ω2.安安法测电阻若电流表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用.A2A1（1）如右图所示，当两电表所能测得的最大电压接近时，如果已知A1的内阻R1，则可测得A2的内阻R2=I1R1/I2.A2A1R0（2）如右图所示，当两电表的满偏UA2》UA1时，A1串联一电阻R1，同样则可测得R2的内阻R2=I1（R1+R0)/I2.例2.用以下器材测量一待测电阻的阻值，器材如下：电流表A1（量程250mA，内阻r1=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（最大阻值为10Ω）；电源E（电动势约为10V，内阻r约为1Ω）；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，并表明代号。（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（）答案：（1）原理图如图所示.（2）设两电流表A1和A2的读数为I1、I2，待测电阻R1阻值的计算公式为：A2R1R2SEA111121IRrII（1）如图所示，当两电表的满偏电流接近时，如果已知V1的内阻R1，则可测得V2的内阻R2=U2R1/U1.3.伏伏法测电阻若电压表内阻已知，则可当作电流表、电压表及定值电阻来使用。V2V1（2）如右图所示，当两电表的满偏电流IV2》IV1时，V1并联一电阻R0，同样则可测得R2的内阻R0V1V2221110URUURR例3.用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900～1000Ω）：电源E（电动势约为9V，有一定内阻）；电压表V1（量程1.5V，内阻r1=750Ω);电压表V2（量程5V，内阻r2约为2500Ω);滑动变阻器R（最大阻值为100Ω）；开关S，导线若干。（1）测量中要求电压表的读数不小于量程的1/3，试画出实验中测量电阻Rx的异种原理图。（2）若电压表V1的读数为U1，V2的读数为U2，则用已知量和测的量表示待测电阻Rx的阻值的计算公式是——————————（2004年全国）答案：（1）原理图如图所示.（2）待测电阻RX阻值的计算公式为：V2RxRSEV12111UURxrU4.电阻箱或定值电阻当电表用（1）电阻箱作电压表用，如图所示：可测得电流表A2的内阻R2＝（I1-I2)R/I2图中电阻箱R可测得电压为（I1-I2)R（2）电阻箱作电流表用如图所示，若已知R及RV,则测得干路电流为：A2A1RRRVVIVUUIRR5.比较法测电阻如图所示，测得电阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示数I1、I2，可得Rx=I2R1/I1.若考虑电表内阻的影响，则I1(Rx+RA1)=I2(R1+RA2)A2A1UR1Rx6.替代法测电阻如图所示，①S接1，调节R2，读出电流表示数为I；②S接2，保持R2不变，调节电阻箱R1，使电流表示数也为I。由上可得：RX=R1R2RxR1S12该方法的优点是消除了电表内阻对测量结果的影响缺点是电阻箱内阻不可以连续调节。7.半偏法测电阻（1）半偏法测电流表内阻方法一：如图所示，测电流表G的内阻：①将电阻箱R的电阻调到0；②闭合S调节R0，使电流表G达到满偏电流I0；③保持R0不变，调节R使电流表G示数为I0/2；④由上可得RG=RR0GRS注意：当RG》R0时，测量误差小，此方法适合测大阻值电流表内阻，且测量值偏大。方法二：如图所示测量电流表A的内阻①断开S2，闭合S1，调节R0，使A表满偏为I0;②保持R0不变，闭合S2，调节R，使电流表读数为I0/2；③由上得RA=RRAS1S2R0注意：当R0》RA时，测量误差小，此方法适合测小阻值电流表内阻，且测量值偏小。电源电动势宜大一些。（2）半偏法测电压表内阻方法一：如图所示，测电压表V的内阻：①闭合S,将电阻箱R的电阻调到R1时，测得电压表示数为U1；②调节电阻箱阻值为R2，使电压表VD的示数为U1/2；由上可得RV=R2-2R1VRSEr=0方法二：如图所示，测电压表V的内阻：①将滑动变阻器的画片P滑到最右端，电阻箱R的阻值调到最大；②闭合S1、S2，调节R0，使电压表示数指到满刻度；③打开S2，保持R0不变，调节R，使电压表示数指到满刻度的一半；④由上可得RV=RRVR0S1S28.欧姆表测电阻①机械调零②选档③欧姆调零④测电阻Rx.⑤改换档位⑥重新欧姆调零⑦测电阻注意：待测电阻的读数应为表盘读数乘以倍数，指针应指在表盘刻度的1/3～2/3的部分，否则需换挡，换挡后需重新欧姆调零。G+－REr红表笔黑表笔欧姆调零G+－REr红表笔黑表笔Rx测电阻9.消除电表内阻对测量结果的影响例4.伏安法测电阻电路由于电表内阻的影响，不论电表内接还是外借都存在系统误差，为消除系统误差而设计的补偿电路如图所示，完成下列实验步骤并写出待测电阻Rx的表达式。①先将S1闭合。②将S2与1闭合，调节R，读出电压表读数U1，安培表读数I1③————————————————————④根据上述测量结果，算出Rx＝———————S2S112RRxR0AV答案：③将S2与2闭合，调节R，读出电压表读数U2，电流表读数I2④1212xUURII四、实物图连线要求：导线不能有交叉、分支，导线必须接在接线柱上；电表的正负极与电源的正负极不能接错。例5.为了测量一个“12V、5W”的小灯泡的不同电压下的功率，给定了以下器材：电源：12V，内阻不计；电流表：0~0.6A，0~3A，内阻可忽略；电压表：0~3V，0~15V，内阻很大；滑动变阻器；阻值范围0~20Ω，允许最大电流1A；开关一个，导线若干。实验时要求加在灯泡两端的电压可从0V调到12V.①请在右框中画出实验电路图.②按画出的电路图，在下面图3的实物图上连接.③某位同学测得小灯泡的伏安特性曲线如图4所示。某次测量时，电流表指针位置如图5所示，电流表读数为A，此时小灯泡的实际功率为W。答案：①电路图如右图所示②电流表选0.6A量程，电压表选15V量程。实物图连接如下图所示：③0.402.4练习：1.现有器材：电压表（量程3V，内阻约几千欧），电压表（量程15V，内阻约几十千欧），定值电阻（3.0kW），滑动变阻器R（0～1750W），直流电源（约6V，内阻不计），开关、导线若干，要求利用这些器材测量电压表的电阻值．（1）在方框中画出实验电路图（2）用已知量和直接测得量表示的电压表内阻的表达式为r＝________．式中各直接测得量的意义是：_____________________________________________U1为电压表V1的示数，U2为电压表V2的示数．1121RUUUr2.用伏安法测定一个阻值约1kΩ的电阻，要求测量结果尽量准确．（1）下列器材中应选用的是＿＿＿＿＿＿＿＿．（用字母代号表示）A．电池组（6V，内阻很小）B．电流表（0—10mA，内阻10Ω）C．电流表（0—1mA，内阻100Ω）D．电压表（0—3V，内阻5kΩ）E．电压表（0—6V，内阻10kΩ）F．滑动变阻器（0—20Ω，1A）G．滑动变阻器（0—200Ω，0.3A）H．开关、导线（2）在方框中画出实验电路图。（3）将实物连接成实验电路。【答案】（1）ABEFH（2）图像注意：分压式和外接法（3）略3.在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，采用的仪器有：电源E（电动势6V，内阻不计）；额定电压4.0V的小灯泡L；电流表A（量程0.6A，内阻约2Ω）；电压表表V（量程5V，内阻约15kΩ）；滑动变阻器R（最大阻值15Ω）；开关S，导线若干。实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调。I．在做实验时，连成的实物电路图如下：请你指出上述实验电路图中的错误之处：①———————————————————②——————————————————请你在虚线方框中画出实验所用的正确电路原理图。如图所示为某同学根据正确的实验电路图所测的几组数据画出的I—U图象。图象是一条曲线