电学实验基础总结(整理)

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，大约几十欧到几百欧。

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。

2.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。

（2）电压表的内阻：Rv=Rg+R

3.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。

（2）电流表的内阻：R A =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1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：

③当两表笔间接入电阻Rx 时，电流表的电流为：

(

)g g g g g g U U U I R R U U R R Ug -==-=据串联电路的特点得：解得：G R I U g U G R I U-Ug R ()g g g g g g

g U I R I I R I R R I I ==-=-据并联电路的特点得：

解得：I-I g U G R I R g g E I R R r =++x g x E I R R r R =+++G + － R E r 红表笔 黑表笔 图1

当Rx 改变时，Ix 随着改变，将电流表表盘上Ix 处表上对应的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。

5.多用电表

【知识透析】

（一）电学实验中所用到的基本知识

在近年的电学实验中，电阻的测量（包括变形如电表内阻的测量）、测电源的电动势与内电阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为：Ir U E I U R +==

,。由此可见，对于电路中电压U 及电流I 的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。因此复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。

1．电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。

⑴正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。

⑵安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。

⑶方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。

⑷精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。

2．电学实验仪器的选择：

⑴根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差。

⑵根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。

⑶应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。

3．测量电路的选择

⑴电流表的内、外接问题：（甲）所示电路为电流表外接电路（简称外接法）；（乙）所示电路为电流表内接电路（简称内接法）。两种接法的选择可按下列方法进行： G

+

－

R E r 红表笔 黑表笔 Rx

方法一：设电流表、电压表内阻分别为A R 、

V R ，被测电阻为x R ，则 当

x R

x R >V A R R 时，电流表分压作用小，应选用内接法 当x R =V

A R R 时，电流表分压作用和电压表分流作用相差不大，两种方法均可。 方法二：在

V R 、A R 均不知的情况下，可采用试触法。如图所示，分别将a 端与b 、c 接触，如果前后两次电流表示数比电压表示数变化明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法；如果前后两次电压表示数比电流表示数变化明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。

【例1】某同学用如图所示电路，测绘标有“3.8 V ,0.3A ”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 1(量程100 mA,内阻约2Ω)

A2 (量程0.6 A,内阻约0.3Ω)

电压表：V1(量程5 V,内阻约5Ω)

V2(量程15 V,内阻约15Ω)

电源：E1(电动势为1.5 V ，内阻为0.2Ω)

E2(电动势为4 V ，内阻约为0.04Ω)

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 的图象如图所示。由图象可知，此灯泡在不工作时，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 。

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__________。

a b

c A B C D

⑵滑动变阻器的分压、限流接法：

为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测

量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电

路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：如图（甲）

为滑动变阻器的限流式接法，X R 为待测电阻。它的接线

方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大调节范围是：E R R ER X X ~ (X R 是

待测电阻，R 是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻)。如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：E ~0（不计电源内阻时）。

选取接法的原则：

①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。

②负载电阻Rx 远大于滑动变阻器总电阻R 时，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。

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，因为限流电路结构简单，总功率较小。

滑动变阻器的粗调和微调作用：

①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用。

②在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。

4．实物图的连接：实物图连线应掌握基本方法和注意事项。

⑴注意事项：

①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。

②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。

③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。 ⑵基本方法：

①画出实验电路图。

②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。

③画线连接各元件。(用铅笔画线，以便改错)连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。

一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。

（二）定值电阻的测量方法

1．欧姆表测量：最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。

2．替代法：替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。

【例题2】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Rx ，现有如下器材：读数不准的电流表A 、定值电阻R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。

（1）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。

甲 乙