电学实验基础.pdf

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1、 电学实验基础 1、实验电路结构及设计思路 电路结构：完整的实验电路包括三个部分：测量电路、控制电路（变阻器、开关）、电源。设计思路：选择仪器规格（电表量程）选择测量电路（内外接法）选择控制电路（限流分压）2、测量电表的结构 电表 改装电路 改装量程 联接电阻 电表内阻 思考 电压表 U=Ig(Rg+R)gIRIRnRggg)1(U串 ggvRRRR 同一表头改装的不同量程电压表（电流表）串（并）联时的电表读数和指针偏角关系？电流表 I=Ig+(IgRg/R)1nRIIRIggggR并 gRRRRARRgg 3、测量电路的选择 方法 测量电路 测量结果 测量条件 可测物理量 伏安法外接 xxx

2、vRRRRRvRI/U测(电压表分流)电表内阻未知且RXRA 测 RX U/I（偏大）已知RV且两表读数误差小 测 RX(U/I)-RA 已知Rx且两表读数误差小 测 RA=(U/I)-RX 试触法 当Rx、RV、RA大小都不知道时，可用试触法确定内、外接法。试触M、N 两点，若电压表变化明显（U/U I/I），应采用外接法，若电压表变化明显（U/U I/I），应采用外接法。4、控制电路的选择 方法 测量电路 变阻器接法 负载Rx调节范围 耗电 优缺点 滑片 限流 测量电路与变阻器串联，使用ap段，pb 段无电流 UUUxRRRxx xxRUxRRUI 电路消耗功率 P=UIx U、I 可在一

3、定范围内变化，电路结构简单、省电 靠近 b 端 分压 测量电路与变阻器 ap段并联，ap、pb 段均有电流 UUx0 xRUxI 0 电路消耗功率 P=U(Ix+Iap)U、I 变化范围较大，可从0 开始，电路结构复杂 靠近 a 端 选择 原则 优先选用限流式；以下情况考虑分压式：要求待测电路的U、I 从 0 变化；R滑 Rx；选用限流式时，Ux、Ix过大（超过电表量程，烧坏电表、电源或用电器等）或Ux、Ix过小（最大值不超过电表满量程的1/2，读数误差大）滑动变阻器 限流：额定电流大，全值电阻与待测电阻接近；分压：额定电流大，全值电阻小于待测电阻。在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变

4、阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反 R G G Rx V A V Rx A N M V A Rx 电阻的测量创新与提高 全国高考与各省市高考的物理试卷中，以设计性实验的形式考查电阻测量的原理和方法的试题不胜枚举，涉及定值电阻、电压表内阻、电流表内阻、电源内阻的测量等情形。但绝大多数设计性实验题均需要在传统的伏安法基础上加以创新和演变。方法 原理电路 测量条件 可测物理量 备注 伏安法 两表内阻未知且测电压的量程接近 测 RA U/I 电流表测电压量程小时串分压电阻 伏安法 两表内阻未知且测电流的量程接近 测 RV U/I 电压表测

5、电流量程小时并分流电阻 安安法 两表测电压的量程接近且已知A1内阻 测 RA2 I1RA1/I2 伏伏法 两表测电流的量程接近且已知V1内阻 测 RV2 U2/(U1/RV1)安安法 已知R 且两电流表读数误差较小 测 RA1(I2-I1)R/I1 表 A2量程大于表 A1量程 已知A1内阻RA1且两电流表读数误差较小 测 R I1RA1/(I2-I1)伏伏法 已知R 且两电压表读数误差较小 测 RV1 U1R/(U2-U1)表 V2量程大于表 V1量程 已知V1内阻RV1且两电压表读数误差较小 测 R(U2-U1)RV1/U1 总结 串联结构测电流量程接近，并联结构测电压量程接近【经典例题解

6、析】1.“伏伏”法“伏伏”法是利用两块电压表测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电压表测电流（或算电流），此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形。设计电路时不仅要考虑电压表的量程，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。1.1 利用“伏伏”法测电压表的内阻 例 1 为了测量量程为3V 的电压表V 的内阻（内阻约2000），实验室可以提供的器材有：电流表A1，量程为0.6A，内阻约0.1；电压表V2，量程为5V，内阻约3500；变阻箱R1阻值范围为0-9999；变阻箱R2阻值范围为099.9；滑动变阻器R3，最大阻值约为100，额定电流1.5A；电源E，电动势6V，内阻约0.5；单刀单

7、掷开关K，导线若干。（1）请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V 的内阻的实验电路，画出电路原理图（图中的元件要用题中相应的英文字母标注），要求测量尽量准确。（2）写出计算电压表V 的内阻RV的计算公式为RV=。1.2 利用“伏伏”法测定值电阻的阻值 例 2（04 全国卷）用以下器材测量电阻 Rx的阻值(9001000)：电源 E，有一定内阻，电动势约为 9.0V；电压表 V1，量程为 1.5V，内阻 r1=750；电压表 V2，量程为 5V，内阻 r2=2500；滑线变阻器 R，最大阻值约为 100；单刀单掷开关 K，导线若干。（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的 1/3，

8、试画出测量电阻 Rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题中相应的英文字母标注）。（2）若电压表 V1的读数为 U1，电压表 V2的读数为 U2，则由已知量和测得量表示 Rx的公式为 Rx=。2.“安安”法“安安”法是利用两块电流表测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电流表测电压（或算电压），此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形。设计电路时除考虑电流表的量程外，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。2.1 利用“安安”法测电流表的内阻 例 3 从下列器材中选出适当的实验器材，设计一个电路来测量电流表 A1的内阻 r1，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并测量多组数据。器材（代

9、号）与规格如下：电流表 A1，量程 10mA，内阻待测（约 40）；电流表 A2，量程 500 A，内阻 r2=750；电压表 V，量程 10V，内阻 r2=10k 电阻 R1，阻值约为 100；滑动变阻器 R2，总阻值约 50；电池 E，电动势 1.5V，内阻很小；电键 K，导线若干。（1）画出实验电路图：标明所用器材的代号。（2）若选取测量中的一组数据来计算 r1，则所用的表达式 r1=，式中各符号的意义是：。2.2 利用“安安”法测定值电阻的阻值 例 4 用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下：电流表 A1（量程 250mA，内阻 r1为 5）；标准电流表 A2（量程 3

10、00mA，内阻 r2约为 5）；待测电阻 R1（阻值约为 100），滑动变阻器 R2（最大阻值 10）；电源 E（电动势约为 10V，内阻r约为 1），单刀单掷开关 S，导线若干。（1）要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号。（2）实验中，需要直接测量的物理量是 ，用测得量表示待测电阻 R1的阻值的计算公式是 R1=。3.“加 R”法“加 R”法又叫“加保护电阻”法。在运用伏安法测电阻时，由于电压表或电流表的量程太小或太大，为了满足安全、精确的原则，加保护电阻的方法就应运而生，设计电路时不仅要考虑电压表和电流表的量程，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。3.

11、1 利用“加 R”法测电流表的内阻 例 5 某电流表的内阻在 0.10.2 之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：A.待测的电流表 A1（量程 0.6A）；B.电压表 V1（量程 3V，内阻约 2k）；C.滑动变阻器 R1（最大电阻 10）；D.定值电阻 R2（阻值 5）；E.电源 E（电动势 4V）F.电键S 及导线若干。（1）画出实验电路图；（2）如测得电压表的读数为U，电流表的读数为I，则电流表A1内阻的表达式为：RA=。3.2 利用“加R”法测电压表的内阻 例 6(06 全国卷I)现要测量某一电压表V 的内阻。给定的器材有：待测电压表V（量程2V，内阻约为4k）；电流表mA（量程1.

12、2mA，内阻约500）；直流电源E（电动势约2.4V，内阻不计）；固定电阻3 个：R1=4000，R2=10000，R3=15000；电键S 及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。试从3 个固定电阻中选用1 个，与其它器材一起组成测量电路，并在虚线框内画出测量电路的原理图。（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。）电路接通后，若电压表读数为U，电流表读数为I，则电压表内阻RV _。3.3 利用“加R”法测电源的内阻 例 7(05 全国卷I)测量电源B 的电动势E 及内阻r（E 约为4.5V，r约为1.5）。可选用的器材如下：量程为3V 的理想电压表V；量程为0.5A 的电流表

13、A（有一定内阻）；固定电阻R=4；滑动变阻器R/；电键K，导线若干。（1）画出实验电路原理图，图中各元件需用题目给出的符号或字母标出。（2）实验中，当电流表的读数为I1时，电压表的读数为U1；当电流表的读数为I2时，电压表的读数为U2，则可求出E=，r 。（用I1、I2、U1、U2及 R 表示）。“伏伏”法、“安安”法、“加R”法等测量电阻的方法是伏安法原理同具体的测量实际相结合的产物，是伏安法的原理在电阻测量中的实际应用；是对伏安法测电阻原理的丰富和发展。如果大家掌握了这一电阻测量的实质，具体问题具体分析，就能在高考中创造性地完成电阻的测量这一类设计性实验，在高考中立于不败之地。反思与提高：