电学实验(学生)讲解

高考综合复习——电学实验

第一部分测定金属的电阻率

知识要点梳理

实验目的

1．学会使用各种常用电学仪器以及正确读数；

2．学会使用螺旋测微器并掌握正确读数方法；

3．学会用伏安法测量电阻的阻值，测定出金属的电阻率。

实验器材

被测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、电键、滑动变阻器和导线若干

实验原理

1．螺旋测微器的构造原理及读数

（1）螺旋测微器的构造

如图所示是常用的螺旋测微器。它的小砧A和固定刻度S固定在框架F

上。旋钮K、微调旋钮和可动刻度H、测微螺杆P连在一起，通过精密螺

纹套在S上。

（2）螺旋测微器的原理

测微螺杆P与固定刻度S之间的精密螺纹的螺距为0.5mm，即旋钮K每旋转一周，P前进或后退0.5mm，而可动刻度H上的刻度为50等份，每转动一小格，P前进或后退0.01mm。即螺旋测微器的精确度为0.01 mm。读数时误差出现在毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺。

（3）读数：测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。

测量值（毫米）=固定刻度数（毫米）（注意半毫米刻线是否露出）＋可动刻度数（估读一位）×0．01（毫米）

2．游标卡尺

（1）构造（如图）：主尺、游标尺（主尺和游标尺上各有一个内外测量爪）、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉。

（2）用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径。

（3）原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小

分度的差值制成的一种测量长度的工具。

不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部

分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少l mm。

常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20

个的、50个的，见下表：

（4）读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K

表示从游标尺上读出与主尺上某一刻度线对齐的游标的

格数，则记录结果表达为（x＋KX×精确度）mm。

3．电阻率的测定原理

欧姆定律和电阻定律，用毫米刻度尺测一段金属丝导线的长度L，用螺旋测微器测导线的直径d，用伏安

法测导线的电阻R，由，得。

实验步骤：

（1）用螺旋测微器在导线的三个不同位置上各测一次，取直径d的平均值，然后计算出导线的横截面积S；（2）将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度尺测量接入电路的金属丝长度L（即有效长度），反复测量三次，求出平均值L；

（3）依照图中所示的电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器的阻值调至最大；

（4）电路经检查无误后，闭合电键S，改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相

应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开电键S，求出电阻R

的平均值；

（5）将测得R、L、d的值，代入电阻率计算公式，计算出金属丝的电阻率；

（6）整理好实验器材，实验结束。

误差分析——误差来源

1．直径测量；

2．长度测量；

3．测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响；

4．通电电流大小，时间长短，致使电阻丝发热，电阻率随之变化；

由于本实验采用电流表外接法，所以，由，所以。

第二部分绘制小灯泡的伏安特性曲线

知识要点梳理

实验目的

1．描绘小电珠的伏安特性曲线；

2．分析曲线的变化规律并得出结论。

实验器材

小电珠、4～6 V学生电源、滑动变阻器、电压表、开关和导线若干

实验原理

在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，U—I图象不再是一条直线．读出若干组小电珠两端的电压U和电流I，然后在坐标纸上以U为纵轴，以I 为横轴画出U一I曲线。

实验步骤

1．适当选择电流表、电压表的量程，采用电流表的外接法，按图所示的原理电路图连接好实验电路图；

2．滑动变阻器采用分压接法。把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端，电路经检查无误后，闭合电键S；

3．改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I

和U，记入记录表格内，断开电键S；

4．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，用平

滑曲线将各数据点连接起来，便得到伏安特性曲线；

5．拆去实验线路，整理好实验器材。

误差分析

1．测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；

2．描绘U一I线时作图不准确造成的偶然误差。

典型例题透析

1、某同学利用如图所示的电路，研究加在标有“3. 8 V, 0. 3 A”的小电珠两端的电压和通过它的电流的关系，得到如下表所示的数据。

由这些数据可以得到：

（1）描绘出小电珠的曲线。

（2）比较=1.0 V和=3.0 V时小电珠的电阻大小，并说明其原因。

（3）小电珠两端的电压从零到额定电压变化时，小电珠的最大电阻是多少？最大电功率是多少？

（4）通过小电珠的电流等于零时，这个小电珠的电阻是多少？

举一反三

【变式】某同学测绘标有“3 V，1. 5 W”小电珠的电功率随电压变化的图象，要使小电珠两端电压从0连续变化，为了使测量尽可能地准确，除了导线和开关外，可供选择的

仪器还有：

A．电流表：量程0～0.6A，内阻约为1Ω

B．电流表：量程0～3 A，内阻约为2Ω

C．电压表：量程0～3 V，内阻约为2 kΩ

D．电压表：量程0～15 V，内阻约为4.5 kΩ

E．滑动变阻器：阻值范围0～10Ω，额定电流2A

F．电池组：电动势6 V，内阻约为1Ω

（1）选用的电流表代号为__________；电压表代号为__________。

（2）用笔画线当导线，将图中的实物连成所需电路。

2、现要测定一个额定电压4V、额定功率为1.6W的小灯泡（图中用○×表示）的伏安特性曲线。要求所测电压范围为0.1～4V。

现有器材：直流电源E（电动势4V、内阻不计），电压表V（量程

4.5V，内阻约为4Ω，电流表（量程250mA，内阻约为2Ω），

电流表（量程为500mA，内阻约为1Ω），滑动变阻器R（最大阻值

约为30Ω），电键S，导线若干。

如果既要满足要求，又要测量误差小，应该选用的电流表是＿＿，

两个电路应该选用的是＿＿＿。

第三部分测定电源电动势的内阻

知识要点梳理

实验目的

1．掌握用电压表和电流表测定电源电动势的内阻的方法与原理；

2．学习掌握用U一I图象处理数据的方法。

实验器材

电压表、电流表、滑动变阻器、电池、电键和导线

实验原理

如图所示，改变R的阻值，从电压表和电流表中读出几组I、U值，

利用闭合电路欧姆定律求出几组E、r值，最后分别算出它们

的平均值。

用作图法来处理数据：即在坐标纸上以I为横坐标、U为纵坐标，用

测出的几组I、U值画出U一I图象。如图所示．所得直线跟纵轴的交点

即为电动势值，图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。

实验步骤

1．电流表用0. 6 A量程，电压表用3V量程，按图连接好电路；

2．把变阻器的滑动片移到使阻值最大的一端；

3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组数据（I、U），

用同样方法测量几组I、U值，记录在自己设计的表格中；

4．打开电键，整理好器材；

5．处理数据，用公式法和作图法两种方法求出电动势和内电阻的值。

数据处理

图象法处理实验数据

1．本实验中，为了减少实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测

出的U、I值，做图像．所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E，图线斜

率的绝对值即为电源的内阻r，即，如图所示。

2．应注意当电池内阻较小时，U的变化较小，图象中描出的点呈现如图甲所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得点及做出的图线误差较大。为此，可使纵轴不从零开始，如图乙所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些。此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻r。

误差分析

实验电路的设计有如图所示的甲、乙两种情况、该实验采取的是乙种

情况。

现分析如下：

若采用图甲电路，根据闭合电路的欧姆定律，有

解得

若考虑电流表和电压表内阻，则应有

解得

比较得

虽然测得电源电动势E的测量值是准确的，但由于电源内阻r与电流表内阻相差不大，故内阻r的测量误差太大，所以不能采用该电路。

若采用图乙电路，考虑电流表和电压表内阻，根据闭合电路欧姆定律，有

解得

比较得，但由于很大，故误差较小，所以实验采用的是该电路。

从以上分析可以看出，当采用图甲电路时，误差来源于电流表的分压，虽然电动势的测量是准确的，但电源内阻的测量误差太大当采用图乙电路时，误差来源于电压表的分流，虽然电动势和内阻的测量都小于真实值，但误差很小。

注意事项

1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的干电池）；

2．电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A，因此，实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完后应立即断电；

3．测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大些，用方程组求解，要将测出的I、U数据中，第1和第4为一组，第2和第5为一组，第3和第6为一组，分别解出E、r值再求平均值；

4．画出U一I图，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑。这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度；

5．计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用计算出电源的内阻。

拓展一步

测定电源电动势和内电阻的其他方法

1．用一只电流表和电阻箱测量，电路如图甲所示，测量原理为：，由此可求出E和r。此种方法使测得的电动势无偏差，而内阻偏大。

2．用一只电压表和电阻箱测量，电路如图乙所示，测量原理为：，由此可求出E和r，此种方法测得的电动势和内阻均偏小。

3．用一只电压表粗测电动势，直接将电压表接电源两端，所测值近似认为是电源的电动势。

，需满足。

4．用两只电压表可测得电源的电动势。

第四部分练习使用多用电表

知识要点梳理

实验目的

1．了解多用电表表盘的刻度；

2．练习使用多用电表；

3．用多用电表探测黑箱内的电器元件。

实验器材

多用电表，晶体二极管若干（几种不同外形的），学生电源，小灯泡，导线，黑箱（有三个接点，每两个接点间最多只能有一个元件，黑箱内所接的元件不超过两个，可能的元件有电池、电阻和二极管）

实验原理

一、欧姆表

1．内部电路：如图所示

2．改装原理：根据闭合电路欧姆定律制成的。图中G是表头，内阻，

满偏电流，电池的电动势为E，内阻为r，R是可变电阻也叫调零电阻。

（1）当红、黑表笔相接触时（如图甲），相当于被测电阻，调

节R的值，使电流表的指针达到满偏，所以电流表的满刻度处被定为电阻挡的0刻度。

（2）当红、黑表笔不接触时（如图乙），相当于被测电阻，此时电流表的指针指在电流表零刻度，所以电流表零刻度的位置是电阻挡刻度的“”位置。

（3）当红、黑表笔间接入某一电阻时（如图丙），通过电流表的电流，，一个对应一个电流值，我们可在刻度盘上直接标出与I值对应的值，就可以从刻度盘上直接读出的值。

（4）中值电阻:电流表的指针指到刻度盘的中央时所对应的值叫中值电阻，。

3．刻度特点：欧姆表的刻度是不均匀的，零刻度在刻度盘最右边，越往左刻度越密，读数时要注意，在中值电阻附近读数比较准确．

4．注意：欧姆表测电阻非常方便，但准确度不高．如电池用久了，电动势小于额定值，但刻度盘是按照额定值绘制的．由于电池电动势不等于额定值，所以用欧姆表测量就会带来较大的误差，且电池用久了测量结果偏大．

二、多用电表

1．用途：测量交直流电压、直流电流、电阻．高级的多用电表还

可测电容、音频电平等。

2．构造：多用表内部线路很复杂，如图所示为多用表J04Ⅱ型的

外形。它的上半部是表头，表头上有电阻、电流、电压等各量程的刻度．其

中最上方的刻度是电阻刻度，它的刻度不均匀。中间刻度是直流电流、

电压和交流电压（交流2.5 V除外），它的刻度是均匀的。最下方的刻

度是2.5 V的刻度。

下半部的S是选择开关，它的四周刻着各种测量项目和量程。P是

定位螺丝，Q是调零旋钮，R是两个测试笔插孔。

图是简化了的多用表的电路原理图。当选择开关分别接1、2、3、4时，

即可测直流电流、直流电压、交流电压、电阻。

3．用法：测量前，应先检查表针是否停在左端的“0”位置，如不指零，

应轻轻转动定位螺丝，使指针指零。将红、黑两表笔分别插入正（＋）、负

（一）测试笔插孔。

（1）测量直流电流时，应把选择开关旋到直流电流挡的某一合适量程上，使多用表与被测电路串联，红表笔接高电势，黑表笔接低电势，此时从中间的刻度线上（即图左端标有直流符号的刻度）读数。

（2）测量直流电压时，应把选择开关旋到直流电压挡的某一合适量程上，使多用表与被测电阻并联，红表笔接高电势，黑表笔接低电势，此时仍从中间的刻度线读数。

（3）测电阻的实验步骤：

a．机械调零。检查多用表指针是否停在表盘刻度线左端的零位置，若不指零，可用小螺丝刀旋转定位螺丝。

b．选挡。先将两表笔分别插入所对应的插孔中，根据定值电阻大小，旋动选择开关使其尖端对准欧姆挡的合适量程挡。

c．欧姆调零。将红、黑表笔短接，调整欧姆调零旋钮，使指针指向电阻刻度的零位置。

d．测量、读数．将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接，表针示数乘以倍率，即为待测电阻的阻值。

e．重复bcd。对其他定值电阻进行测量时，要注意每次换挡后都要重新调零，并将测定值与标定值进行比较；对灯泡、电炉丝或人体电阻测量时，注意先粗测或估计其阻值，选择好适当量程。

f．实验完毕，应将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。如果欧姆表

长期不用，应取出表内的电池。

重要注意事项：

a．测电阻时，待测电阻要与电源以及其他电阻断开，且不要用手接触表笔。

b．合理选择欧姆挡量程时，应尽可能使指针指在中央位置附近（指针处在表盘中央附近时读数比较准确）。

c．换用欧姆挡的另一量程时，一定要重新进行“欧姆调零”，才能进行测量。

说明：

（1）多用电表的上半部分为表盘，下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域及量程，将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表电路就被接通，将多用电表的选择开关旋转到电阻挡，多用电表的欧姆表电路就被接通。

（2）测电阻是依据闭合电路欧姆定律；测电流和电压是依据串联和并联特点及部分电路欧姆定律。

（3）二极管的特性是单向导电性，当二极管加上一定的反向电压时，它的电阻值变得很大，就像断开的开关一样。

实验步骤

1．多用电表的使用

（1）观察多用电表，认识多用电表的表盘、选择开关及其周围测量功能和量程。

（2）进行测量前，检查表头的机械零点，方法是让多用表不进行任何测量，正常情况是表针应停在左端零刻线上，否则要用小螺丝刀轻轻转动表盘下边中间部位的调零螺丝，使表针指零。

（3）测量时，把选择开关旋到相应的测量项目和量程上。

使用电压挡时，应使多用电表同用电器并联．测量直流电压时，还要让红表笔接在用电器电势较高的一端。使用电流挡时，要使多用表与用电器串联，且要让电流从红表笔流入，从黑表笔流出。

使用电阻挡时，先选好倍率，原则是使测量时指针尽可能靠近刻度盘的中央位置。随后，进行欧姆调零，方法是把两表笔相接触，调整欧姆调零旋钮，使指针指在右端的电阻零刻线上。测电阻时，把两表笔分别与待测电阻两端相接．还应注意待测电阻要跟别的元件和电源断开，而且不要用手碰触表笔的金属部分．每换用欧姆挡的另一量程，都需要重新进行欧姆的调零。读数时，读出表盘上相应的刻度值乘以所选的倍率，才是被测电阻值。

典型例题透析

一多用电表的电阻有三个倍率，分别是×1、×10、×100。用×10挡测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确在进行测量，应换到＿＿＿挡，如果换挡后立即用表笔连接待测电阻进行读数，那么缺少的步骤是＿＿＿＿＿＿＿＿＿，若补上该步骤后测量，表盘的示数如图，则该电阻的阻值是____________Ω。