高中物理电学实验专题总结 - 图文

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U?IR 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

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：

器材（代号） 电流表（A1） 电流表（A2） 电压表（V1） 电压表（V2） 滑动变阻器（R1） 滑动变阻器（R2） 规格 量程0~50mA，内阻约为50? 量程0~200mA，内阻约为10? 量程0~3V，内阻约为10k? 量程0~15V，内阻约为25k? 阻值范围0~15?，允许最大电流1A 阻值范围0~1k?，允许最大电流直流电源（E） 100mA 开关（S） 导线若干 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Rg：即电流表线圈的电阻；满偏电流Ig：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Ug＝IgRg （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＝

UUg输出电压6V，内阻不计 ，则根据分压原理，需串联的电阻值

R?UURgRg?(n?1)Rg，故量程扩大的倍数越高，串联的电阻值越大。

（4）电流表改装成电流表

方法：并联一个分流电阻R，如图所示，若量程扩大n倍，即n＝

IIg，则根据并联电路的分流原理，需要并联的电阻值

R?IgIRRg?Rgn?1，故量程扩大的倍数越高，并联的电阻值越

小。

注意：改装后的电压表或电流表，虽然量程扩大了，但通过电流表的最大电流或加在电流表两端的最大电压仍为电流表的满偏电流Ig和满偏电压Ug，只是由于串联电路的分压及并联电路的分流使表的量程扩大了。 三、测量电源电动势和电阻

原理：闭合电路欧姆定律：E?U外?Ir

例1、某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E 和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为9.999?，科当标准电阻用） 一只电流表（量程IR=0.6A,内阻rg?0.1?）和若干导线。

①请根据测定电动势E内电阻r的要求，设计图4中器件的连接方式，画线把它们连接起来。

②接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R, 读处与R对应的电流表的示数I,并作记录 当电阻箱的阻值R?2.6?时，

其对应的电流表的示数如图5所示。处理实验数据时 首先计算出每个电流值I 的倒数

1I;再制作R-

1I坐标图，如图6所示，图中已标注出了（R,1I）

的几个与测量对应的坐标点，请你将与图5实验数据对应的坐标点也标注在图6中上。

③在图6上把描绘出的坐标点练成图线。

④根据图6描绘出的图线可得出这个

电池的电动势E= V,内电阻r? ?

例2、（1）某同学用螺旋测微器测量一铜丝的直径，测微器的示数如图所示，该铜丝的直径为 mm

（2）右图为一电学实验的实物连线图。该实验可用来测量特测电阻Rx的阻值（约500Ω）。图中两个电压表量程相同，内阻都很大。实验步骤如下：

①调节电阻箱，使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近；将滑动变阻器的滑动头调到最右端。

②合上开关S。

③将滑动变阻器的滑动头向左端滑动，使两个电压表指针都具有明显偏转。 ④记下两个电压表

和

的读数U1和U2。

和

的多组读数U1和U2。

⑤多次改变滑动变阻器滑动头的位置，记下⑥求Rx的平均值。 回答下列问题：

（Ⅰ）根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图，其中电阻箱的符号为 滑动变阻器的符号

为，其余器材用通用的符号表示。

（Ⅱ）不计电压表内阻的影响，用U1、U2和R0表示Rx的公式为 （Ⅲ）考虑电压表内阻的影响，且U1、U2、R0、 公式 四、电阻的测量

电阻的测量有多种方法，主要有伏安法、欧姆表法，除此以外，还有半偏法测电阻、电桥法测电阻、等效法测电阻等等.

（一）、下面主要介绍伏安法测电阻的电路选择

1．伏安法测电阻的两种电路形式（如图所示）

的内阻r1、

的内阻r2表示Rx的

2．实验电路（电流表内外接法）的选择 测量未知电阻的原理是R＝

UI，由于测量所需的电表实际上是非理想的，所以在测量

未知电阻两端电压U和通过的电流I时，必然存在误差，即系统误差，要在实际测量中有效地减少这种由于电表测量所引起的系统误差，

必须依照以下原则：

RxRARVRx（1）若＞，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＝R测?RxRxRARxUI＝Rx＋RA，比真实值Rx大了RA，相对误差a＝

?

（2）若

RxRA＜

RVRx，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，所以使用该电流所测电阻

UIRVRxRV?RxR测＝?也比真实值Rx略小些，相对误差a＝

R测?RxRx?RVRV?Rx.

例1、某电流表的内阻在0.1Ω～0.2Ω之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下： A．待测电流表A1（量程0.6A）； B．电压表V1（量程3V，内阻约2kΩ） C．电压表V2（量程15V，内阻约10kΩ）； D．滑动变阻器R1（最大电阻10Ω） E．定值电阻R2（阻值5Ω） G．电键S及导线若干

（1）电压表应选用_____________； （2）画出实验电路图；

（3）如测得电压表的读数为V，电流表的读数为I，则电流表A1内阻的表达式为：RA = ______________。

（二）、控制电路的选择：（滑动变阻器分压与限流接法的选择）

1、限流接法：如图2甲所示，

注意：在接通电源之前应把接入中路中的电阻最大，电路中的电流最小，以保证安全。即图中滑片P移到b端。

2、分压接法：如图2乙所示。

注意：在接通电源之前，滑片P应移到图中的a端，使负载的电压和电流均为最小，以保证安全。

图2乙

3、选择方法：

在没有特殊指明的情况下，从减小电能损耗和接线方便的角度考虑，变阻器通常选用限流接法，但在出现下述情况时，则必须选择分压接法。

（1）若采用限流电路时，如果电路中的最小电流大于等于被测电阻Rx的额定电流或所给电表的量程时，必须选用分压电路；

例1、用伏安法测量某电阻Rx阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值约为100欧）；直流电流表A（0～10mA，50Ω）；电压表V（0～3V，5k?）；滑动变阻器R（0～15?，1A）；直流电源（电动势为3V，内阻不计）；电键、导线若干。

根据规格要求，画出测量电路图。

（2）滑动变阻器全阻值R远小于或者远大于被测电阻Rx或电路中串联的其他电阻的阻值，而实验要求电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压电路； 例2、有一个小灯泡上标有“6V，0.6W”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的I—U图线。现有实验器材如下：电压表（0～10V，内阻20k?）；电流表（0～0.3A，内阻1?）；

2A）滑动变阻器（5?，；学生电源（直流9V），还有开关、导线。

为使实验误差尽量减小，画出实验电路图。

F．电源E（电动势4V）

（3）实验中要求电压从零开始并连续变化时须采用分压电路； 例1、某实验小组利用实验室提供的器材探究一种金属丝的电阻率。所用的器材包括：输出为3V的直流稳压电源、电流表、待测金属丝、螺旋测微器（千分尺）、米尺、电阻箱、开关和导线等。

（1）他们截取了一段金属丝，拉直后固定在绝缘的米尺上，并在金

图4

属丝上夹上一个小金属夹，金属夹，金属夹可在金属丝上移动。请根据现有器材，设计实验电路，并连接电路实物图14

图14

（2）实验的主要步骤如下：

①正确链接电路，设定电阻箱的阻值，开启电源，合上开关； ②读出电流表的示数，记录金属夹的位置；

图15

③断开开关，_________________，合上开关，重复②的操作。

（3）该小组测得电流与金属丝接入长度关系的数据，并据此绘出了图15的关系图线，其斜率为________A-1·m-1(保留三位有效数字)；图线纵轴截距与电源电动势的乘积代表了______的电阻之和。

（4）他们使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图16所示。金属丝的直径是______。图15中图线的斜率、电源电动势和金属丝横截面积的乘积代表的物理量是________,其数值和单位为

___________（保留三位有效数字）。 图 16 五、实验仪器的选择：

1、首先考虑安全因素：所有仪器必须保证安全 2、读数误差因素：减小误差 3、对滑动变阻器：分压和分流 4、仪器选择的一般步骤：

（1）首先选择唯一性的器材；

（2）草画电路图，（暂不接电流表和电压表）；

（3）估算回路中的电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转，但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材。

例1、在“测定金属丝的电阻率”的实验中若估测金属丝的电阻Rx约为3Ω，为减小误差，并尽可能测量多组数据，要求电阻丝的发热功率P＜0.75W，备有器材如下：

A、6V直流电源； B、直流电流表A1（0～0.6A，内阻0.5?）；

C、直流电流表A2（0～3A，内阻0.01?）； D、直流电压表V1（0～3V，1k?）； E、直流电压表V2（0～15V，5k?）； F、滑动变阻器R1（0～100?，最大允许电流1A）； G、滑动变阻器R2（0～20?，最大允许电流1A）； H、电键、导线若干。

问：（1）上述器材选用 （用字母表示） （2）画出实验电路图。 （3）在图5中连接实物。

例2、某同学用图2所示电路，测绘标有“3.8 V,0.3 V”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.

①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择: 电流表：A:(量程100 mA,内阻约2 ); A:(量程0.6 A,内阻约0.3 ); 电压表：V1(量程5 V,内阻约5 ); V2(量程15 V,内阻约15 ); 电源：E1(电动势为1.5 V，内阻为0.2 ); E2(电动势为4 V,内阻约为0.04 ).

为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表___________，电压表______________,滑动变阻器________________，电源___________________.(填器材的符号)

②根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图3所示.由图象可知，此灯泡在不不作时，灯丝电阻为___________；当所加电压为3.00 V时，灯丝电阻为____________,灯泡实际消耗的电功率为___________W.

图5

图6

③根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系.符合该关系的示意图是下列图中的__________．

答案：①A2 V1 R1 E2 ②1.5 11.5 0.78 ③A

例3、有一电阻R ，其阻值大约在40Ω至50Ω之间，需进一步测定其阻值，现有下列器材：电池组ε，电动势为9 V，内阻忽略不计；电压表V，量程为0至10 V，内阻20KΩ；电流表A1，量程为0至50ｍＡ，内阻约20Ω；电流表A2，量程为0至300mＡ，内阻约4Ω；滑动变阻器R1，阻值范围为0至100Ω，额定电流1A；滑动变阻器R2，阻值范围为0至1700Ω，额定电流0.3Ａ，开关Ｓ及导线若干。实验电路图如图１所示，实验中要求多测几组电流、电压值。在实验中应选 电流表和 滑动变阻器。

例4、为了测量一节干电池的电动势和内电阻，实验室准备了下列器材供选用：

A．待测干电池一节

B．直流电流表（量程0 ~ 0.6 ~ 3 A，0.6 A挡内阻为0.1Ω，3 A挡内阻为0.02Ω） C．直流电压表（量程0 ~ 3 ~ 15 V，3 V挡内阻为5 kΩ，15 V挡内阻为25 kΩ）

D．滑动变阻器（阻值范围为0 ~ 15Ω，允许最大电流为1A） E．滑动变阻器（阻值范围为0 ~ 1000Ω，允许最大电流为0.2 A） F．开关 G．导线若干

①在图（甲）中将所选器材，用铅笔画线代表导线进行实物连线； ②为尽可能减少实验的误差，其中滑动变阻器选 （填代号）；

③根据实验记录，画出的U—I图线如图（乙）所示，从中可求出待测干电池的电动势为 V，内电阻为 Ω．

V – 3 15 A – 0.6 3

U/V 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 I/A 0 （乙）

– +

（甲）

六、电路的纠错：

例1、如图所示的电路中，1、2、3、4、5、6为连接点的标号。在开关闭合后，发现小灯泡不亮。现用多用电表检查电路故障，需要检测的有：电源、开关、小灯泡、3根

导线以及电路中的各点连接。

（1）为了检测小灯泡以及3根导线，在连接点1、2已接好的情况下，应当选用多用电表的 挡。在连接点1、2同时断开的情况下，应当选用多用电表的 挡。

（2）在开关闭合情况下，若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势，则表明___ 可能有故障

（3）将小灯泡拆离电路，写出用多用表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤。 七、多用表的使用：

例1、某同学利用多用电表测量二极管的反向电阻。完成下列测量步骤：

（1）检查多用电表的机械零点。

（2）将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔，将选择开关拔至电阻测量挡适当的量程处。

（3）将红、黑表笔___________，进行欧姆调零。

（4）测反向电阻时，将_________表笔接二极管正极，将________表笔接二极管负极，读出电表示数。

（5）为了得到准确的测量结果，应让电表指针尽量指向表盘___________（填“左侧”、“右侧”或“中央”）；否则，在可能的条件下，应重新选择量程，并重复步骤（3）、（4）。

（6）测量完成后，将选择开关拔向_____________________________位置。 八、示波器的使用：

例1、用示波器观察频率为900Hz的正弦电压信号。把该信号接入示波器Y输入。

（1）当屏幕上出现如图1所示的波形时，应调节 钮。如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围，应调节 钮或 钮，或这两个钮配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内。

（2）如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，应将 钮置于 位置，然后调 节 钮。