电学实验专题复习

电学实验专题复习

一、常见电路

1．测电阻电路（或描绘伏安特性曲线电路，或测量功率电路，或测量电阻率电路）

（1）图1为分压

式，外接法

（2）图2为限流

式，外接法

（3）将图1改为分

压式，内接法

（4）将图2改为限流式，内接法

测电阻电路，共有四种电路

2．测电动势和内阻电路

（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＋I1r

E＝U2＋I2r

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I0

④斜率的含义：电阻。求解方法：r=

I

E

或用直线上任意两点求解斜率

的绝对值。

3．电流表、电压表改装电路

（1）把电流表改装电压表电路

①用半偏法测电流表的内阻r g。

先将R调到最左端，闭合S1，断开S2，调节R使电流表满偏，然后使R不变，闭合S２调节R’使电流表指到满刻度的一半，此时电阻箱R’的读数即为电流表的内阻r g。

注：此处R’只能用电阻箱，而不能用滑动变阻器，其阻值只需比灵敏电流表的电阻大一点就可以了，R一般使用滑动变阻器，其阻值要求较大，以减小因闭合S2而引起总电流的变化，从而减小误差。

②改装电路

R x＝U/I g－r g其中U为改装后的满偏电压

③核对电路

调节R，改变电压，比较改装表和标准表

V的读数，并计算百分误差

U

U

U

×100% 其中U是改装表的读数，U０是

标准表的读数注：改装电压表和标准电压

表并联进行核对④表流表内阻误差分析

授课：XXX

在半偏法测内阻电路中，当闭合S２时，引起总电阻减小，总电流增大，大

于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R’的电流比电流表电流多，R’的电阻比电流表的电阻小，但我们就把R’的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小。

（2）电压表改装电流表电路

①用半偏法测电压表的内阻

先将R调到最左端，闭合S1和 S2，调

节R使电压表满偏，然后使R不变，断

开S２调节R’使电压表指到满刻度的一

半，此时电阻箱R’的读数即为电流表

的内阻r g。

注：此处R’只能用电阻箱，而不能

用滑动变阻器，其阻值只需比电压表的

电阻大一点就可以了，R一般使用滑动

变阻器，其阻值要求较小，以减小因闭

合S2而引起总电压的变化，从而减小误

差。

②改装电路

若改装电压表量程为U，内阻为Rv，

改装后的电流表的量程为I，

则并联电阻Rx＝____________

③核对电路

要求标准表A和改装表串联才

能进行核对，其百分误差的计算方法为

I

I

I

×100%

注意：将改装电流表和标准电流表串联进行核对

④电压表内阻误差分析

在半偏法测电压表内阻电路中，在断开S２时，引起总电阻增大，滑动变阻器两端分得电压将超过原电压表的满偏电压，调节R’使电压表半偏时，R’上的电压将比电压表半偏电压大，故R’的电阻比电压表的内阻大，所以测得电压表内阻偏大。

二、器材选取原则

1．准确性原则：选用电表量程应可能减小测量值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，若指针偏转不到满偏角度的１/3，读数误差较大。

2．安全性原则：通过电源，电表，滑动变阻器，用电器的电流不能超过其允许的最大电流。

3．便于操作原则：选择控制电路时，既要考虑供电电压的变化范围是否满足实验要求，又要注意便于操作。

三、电路选取

1．电流表内外接法选取

（１）基本电路

连接方式误差来源测量值与真实值关系适用范围

授课：XXX

授课：XXX

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

R 测

测大电阻 （３）判断方法

①直接比较法：当待测电阻Rx 较小且远小于电压表内阻Rv 时，应选用外接法；当待测电阻Rx 较大且远大于电流表内阻R A 时，应选用内接法。 ②临界值法：当待测电阻R x V A R R 时，视Rx 为大电阻，应选用内接法；当R x ＝V A R R 时，两种接法均可。

2．滑动变阻器分压式、限流于接法选取 （１）基本电路

（２）电路的对比

调节范围

限流式电路

分压式电路 电压调节范围

U R

R U

R x x →+

０→U

电流调节范围

x

x R U

R R U →+

０→

x

R U

说明：U 为电源端电压，R 为滑动变阻器最大电阻，Rx 为待测电阻阻值。 （３）判断方法

①负载电阻Rx 远大于滑动变阻器总电阻R ，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。

②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。

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Rx 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，因为限流式接法总功率较小。

例1．有一小灯泡上标有“６v ，０.6W ”的字样，现在要用伏安法测量这个灯泡的I —U 图像，已知所用器材有：

A ．电流表：0—0.3A ，内阻1Ω

B ．电压表：0—15V ，内阻20k Ω

C ．滑动变阻器：0—30Ω，额定电流2A

D ．学生电源（直流9V ）

E ．开关一只，导线若干

为使实验误差尽量减小，试画出合理的实验电路图

例2．在“测定金属的电阻率”实验中，若粗估金属丝的电阻Rx约为3Ω，为减小误差，要求金属丝发热功率P<0.75W，备有的部分器材有：

A．6V的电池组 B、电流表（0—0.6A，内阻0.5Ω）C．电流表（0—3A，内阻0.01Ω） D、电压表（0—3V，内阻1kΩ）E．电压表（0—15V，内阻5kΩ） F、滑动变阻器（0—100Ω，额定电流1A）

G．滑动变阻器（0—20Ω，额定电流1A）

（1）上述器材应选用的是________________________。（用字母代替）（2）画出实验电路图

例3．一个未知电阻R x，阻值大约为10k—20k.为了较为准确的测定其电阻值，实验室中有如下器材：

电压表V （量程3V、内阻约为

3k)

(量程15V、内阻约

为15 k)

电流表A1 (量程200A、内阻

约为100)

电流表A2 (量程5mA、内阻约

为10)

电流表A3 (量程0.6A、内阻约为1)

电源电动势为３V

滑动变阻器R的最大阻值为200

开关S

a.在实验中电压表量程应选，电流表应选。

b.为了尽可能减少误差，请你在虚线框中画出本实验的电路图。

c、根据实验的需要用笔滑线代替导线，将图7所需的实物连接起来。

四、伏安法测电阻及电路的延伸设计

1、伏安法如：例2

+

-

A2

V

+

-

A1

图7

+

-

A3

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2、比例法

受一些特殊的实验条件限制，比如：电流（或电压表）表面上虽有刻度，但无刻度值（或刻度值模糊），这时我们不能直接读出电流或电压，但可根据电流或电压表刻度均匀的特点，通过测量其指针偏转格数用比例法完成测量。

例4：现有一阻值为10.0Ω的定值电阻，一个开关、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值。要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案，（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧），要求： （1）画出实验电路图

（2）简要写出完成接线后的实验步骤

（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式r=_____________。 解析：（1）电路图如右图所示。

（2）①断开开关，记下电压表偏转格数N 1；②合上开关，记下电压表格数N 2。

（3）设电压表每偏转1格表示U 0，当K 断开时，由闭合电路欧姆定律得： E ＝U 1＝N 1U 0

当K 闭合后，有：E ＝U 2＋

r R

U 2

，即E ＝N2U0＋r R

U N 0

2，联立两式解得：r ＝R 221N N N 。

3、替换法

用“伏安法”测电阻一般有电流表外接与电流表内接两种线路，因为电流

表及电压表本身并非理想电表，这两种线路都存在误差；另一种情况是实验只提供一只电流表或电流表本身读数不准，这时我们可以考虑在保证电表读数不变的前提下，用一定值电阻（电阻箱）替换待测电阻，完成实验并提高测量准确性：

例5：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 ，现有如下器材：读数不准的电流表A 、定值电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。

（1）画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。 （2）写出主要的实验操作步骤 解析：（1）实验电路如右图所示。

（2）①将S 2与Rx 相接，记下电流表指针所指位置 ②将S 2与R 1相接，保持R 2不变，调节R 1的阻值，使电流表的指针在原位置上，记下R 1的值，则Rx ＝R 1。

4、伏安法的推广

对一些特殊电阻，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计也有其特殊性：一是要注意到其自身量程对电路的影响，二是要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能。

例6：某电压表的内阻在20k Ω~50k Ω之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可供选用的器材：待测电压表V （量程3V ）、电流表A 1（量程200uA ）、电流表A 2（量程5mA ）、电流表A 3（量程0.6A ）、滑动变阻器R （最大值1k Ω、电源E （电动势4V ），开关S 。

（1）所提供的电流表中，应选用________________。

（2）为了减少误差，要求测量多组数据，试画出符合要求的电路图。 解析：因为通过电压表的电流必须由电流表测定，所以电流表与电压表应

串联，这实际上就是一种特殊的伏安法，电压表成了一个

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“可自报电压的大电阻”，由于电压表内阻在20 kΩ~50kΩ之间，电流表

内阻与电压表内阻相比可忽略不计，而滑动变阻器R的阻值远小于电压表

内阻，且实验要求测多组数据，因此实验电路中变阻器应接成分压式，这

样电压表的电流在80uA～200uA之间，故电流表应选A1。根据电流表、电

U

压表示数，可求得电压表内阻Rv＝

I

5、比较法

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。

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