人教版高中物理选修3-1电学实验讲义.docx

高中物理学习材料

电学实验讲义 班级 学号 姓名

[重点难点]

五、电路的动态分析

电路的变化分析就是根据闭合电路或部分电路的欧姆定律及串、并联电路的性质，分析电路中某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电流、电压和功率的变化情况．

基本思路是“部分→整体→部分”，即首先从阻值变化的部分入手，由串、并联规律判知R 总的变化情况，再根据闭合电路欧姆定律判知I 总和U 端的变化情况，最后再根据部分电路欧姆定律和串、并联的特点判知各部分电流、电压和功率的变化情况．具体过程是：

???

?→→→→分分端总总分U I U I R R 六、含电容电路的分析方法

分析和计算含有电容的直流电路时，需注意以下几点：

1．电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．

2．当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端的电压相等．

3．电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并联的电路放电．

对含有电容器的电路计算应给予充分重视，解决这类问题，要认清电容器与谁并联，电容器的极板间电压等于电路中哪两点间的电压；当电路变化时，极板间电压怎样变化，带电量如何变化，是充电还是放电，充放电电流通过的是哪个回路等．

七、电路故障的分析方法

电路故障是指电路不能正常工作．故障的种类很多，但主要是因断路或短路所造成的故障，可用电压表或电流表进行检查．也可用假设法，已知电路发生某种故障可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分发生故障，运用电流定律进行正向推理，再与题述现象进行比较，得出结论．

八、把电流表改装成电压表

实质是扩大它的电压量程，电流表的内阻 R g 为几百欧姆，其满偏电流如果是几百微

安，它能承受的最大电压只有U g ＝I g R g ，数量级约为 10 -3V ，要把它当做电压表测量一

段电路两端的电压，它的量程太小了，为了使它能测更高的电压 U ，

即扩大它的电压量程，需要给它串联一个很大的电阻 R ，如图7-3-5

所示，使得所测电压 U 的绝大部分都降到串联电阻 R 的两端，这样分到电流表G两端的电压U g就不会超过它的量程了。图中虚线所围的方框内电路就是改装后电压表的内部电路．如果要把电流表的电压量程扩大到它所承受电压U g的几倍，也即改装后电压表的量程U=nU g，由串联电路的分压原理可知：

U g/ R g=U/（R g＋R）

所以电流表串联的分压电阻为联单 R= (n-1)R g．

九、伏安法测电阻

（1）原理：欧姆定律

（2）电路图，如图7-3-1为伏安法测电阻的

两种接法．

（3）误差分析：

（4）伏安法测电阻两种接法的选择方法

为减小伏安法测电阻的系统误差，应对电流表外接法和内接法作出选择，其方法是：R v/R x＞R x/R A时，用电流表外接法R v/R x＜R x/R A时，用电流表内接法

十、欧姆表测电阻

欧姆表是根据闭合电路欧姆定律__制成的，可直接读出电阻

之值，其结构如图7-3-6所示，其中 G 为灵敏电流表，满偏电流

I g，内阻为R g，电源电动势为 E，内阻为r, R0为调零电阻．

当红黑表笔不接触时，电流表示数为零，两表笔间电阻为无穷

大，当红黑表笔短接时，调节R0使指针满偏：I g= E/R g．当红黑

表笔间接 R x时，通过电流表电流I= E/(R g+R X) ，每一个R x对应一

个电流 I ，在刻度盘上标出与I对应的 R x的值，这样即可读出待

测电阻阻值，但由上式看出，I与 R x不成比例，故欧姆表刻度不均

匀__．

十一、多用电表

1．多用电表的表面结构．多用电表可以用来测

电流、电压和电阻，又称万用电表，其表面结构如图

7-3-7所示．其表面分为上、下两部分，上半部分为

表盘，共有三条刻度线，最上面的刻度线的左端有

“∞”，右端标有“ O ”，是用于测确电阻阻值的．中

间的刻度线是用于测

直流电流_和_直流__电压_和_______的，其刻度

是分布均匀的，最下面一条刻度线左侧标有，是

用于测交流电压的，其刻度线不均匀．

（2）使用注意事项

机械调零：两表笔断开，观察指针是否指电流零

刻度，若不指电流零刻度，应进行机械调零，使

指针指电流零刻度，应调整_调零螺丝_，使指针指电

流零刻度．

欧姆调零：

两表笔短接，观察指针是否指_零_，若不指电流满刻度，调节表盘右下方的__调零旋钮_，使指针指在电流满刻度（ OΩ处）．

注意换档后也要进行欧姆调零。

十二、分压电路和限流电路

1．分压电路图7-1-4示和限流电路图7-1-5示

2．调节范围：（1）分压电路：电压E

~

0；电流

L

R

E

~

0，均与 R O无关．（2）限流电路：电压E

E

R

R

R

L

L~

+

；电流

L

L

R

E

R

R

E

~

+

，均与 R O有关．十三、滑动变阻器两种接法的选择方法及实物连接

1．通常变阻器以限流为主，但在下列情况下，必须选择分压连接方式

（1）题目所提供的实验仪器、电表量程或电阻的最大允许电流不够

（2）变阻器电阻远小于被测电阻或电路中串联的其它电阻阻值

（3）要求回路中某部分电路的电压从零开始连续变化

2．实物图连线应先画出电路图，分清各仪器的正负及连接方式，再按照先干路，后支路，最后连接电压表的原则进行连线，注意连线不能交叉．

十四、电学仪器选择的一般思路

仪器选择一般应考虑三方面的因素：

（1）安全因素．如通过电源和电阻的电流超过其允许的最大电流

（2）误差因素．如选用电表量程应考虑尽可能减小相对误差，电压表、电流表要尽可能使指针接近满刻度的量程，其指针应偏转到满刻度的2/3左右；使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率档位．

（3）便于操作．如选用滑动变阻器应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节，滑动变阻器调节时应用到大部分电阻线，否则不便于调节．十五、测电源电动势和内阻误差分析

如果电表是理想的，则电源电动势和内阻可如下推得：

取两组实验数据I1、I2和U1、U2，

则有E=U1+I1r

E=U2+I2r

整理得E=

1

2

1

2

2

1

I

I

I

U

I

U

-

-

(1)

图7-1-5

图7-1-4

图1

r =1221I I U U -- (2)

（a ）若采用图1电流表内接，由于电压表的分流作用，实际情况如下：

E =U 1+(I 1+V

R U 1) r E =U 2+(I 2+

V R U 2) r 整理得

E =V

R U U I I I U I U 12121221-+-- (3) r =V R U U I I U U 121221-+-- (4)

比较（1）、（3）和（2）、（4）可得，利用图1测得的电源电动势和内电阻的表达式中分母上都多了一项v

R U U 12-，所以两个测量值都偏小。 （b ）若采用图2电流表外接，由于电流表的分压作用，实际情况如下：

E =U 1+I 1(R A +r )

E =U 2+I 2(R A +r )

整理得

E =1

21221I I I U I U -- (5) r =1221I I U U --－R A (6)

比较（1）、（5）和（2）、（6）可得，利用图2测得的电源电动势没有误差，是准确的，而测得的内电阻偏大。

结论：由于电压表的分流作用，根据图1电路测得的电源电动势和内电阻都偏小，而且由于电压表内阻Rv 一般很大，测得的E 、r 偏差较小；由于电流表的分压作用，根据图2电路测得的电动势是准确的，而内电阻偏大，而电流表内阻一般较小，与电源内阻较接近，故图2中测得内阻与真实值偏差较大。所以，当实验要测电源电动势和内阻时，应

图2

取图1，误差较小，而且测量值都偏小；若只要测电动势时可取图2，测量值是准确的。