1、第5讲 电学实验（一） 5.1 电路和仪器的选择知识点睛1. 滑动变阻器应用分析（控制电路）滑动变阻器是电学实验中常用的仪器，近几年高考电学实验命题中对其应用进行过多次考查。如何选择滑动变阻器的接法仍是历届考生应考的难点。图12-3滑动变阻器的接法有限流接法与分压接法两种。如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为）对负载的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图电路称为限流接法，图电路称为分压接法。负载上电压调节范围（忽略电源内阻）负载上电流调节范围（忽略电源内阻）相同条件下电路消耗的总功率限流接法分压接法比较分压电路调节范围较大分压电路调节范围较大限流电路能耗较小 限流法：如上页图所示，
2、待测电阻上电压调节范围为。显然，当时，在移动滑动触头的过程中，电流的变化范围很小，总电流几乎不变，也几乎不变，无法读取数据；当时，滑动触头在从向滑动的过程中，先是电流表、电压表的示数变化不大，后来在很小的电阻变化范围内，电流表、电压表的读数又会变化很快，也不方便读数，只有当与差不多大小时，才能对电流、电压有明显的调控作用。在同样能达到目的的前提下，限流法较为省电，电路连接也较为简单。下列情况可选用限流式接法 测量时对电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且与相差不大或略小于。从便于操作的角度来看，滑动变阻器不宜太大，一般取滑动变阻器的阻值是被控电阻的35倍即可。 电源的
3、放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法。 没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素优先采用限流式接法。 分压法：如上页图所示，待测电阻上电压调节范围为，且相对于越小，上的电压变化的线性就越好。当时，尽管变化范围仍是，但数据几乎没有可记录性，因为在这种情况下，滑片从左端滑到右端的过程中，电压表上示数一直几乎为零，当滑片快滑到右端时，然后突然上升到，这样对测量几乎没有用处。因此，分压接法要用全阻值较小的滑动变阻器。下列三种情况必须选用分压式接法 要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏
4、安特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法。 当滑动变阻器的最大值远小于用电器的电阻时，必须采用分压接法。按上页图连接时，因，所以与的并联值，整个电路的总阻值约为，那么两端电压，显然，且越小，这种线性关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作。 若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过的额定值时，则只能采用分压接法。2. 安培表内、外接电路的选择（实验电路）由于电压表的分流作用和电流表的分压作用，造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差，为减小此系统误差，应慎重选择电流表的内外接法，选择方法如下： 直接比较法：当待测电阻阻值时，伏特表分
5、流很小，选择安培表外接电路；当待测电阻阻值时，安培表分压很小，选择安培表内接电路。 临界值计算比较法：当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，如何确定被测电阻是较大还是较小呢？我们要计算两种接法的相对误差，可用与相比较。当即时，宜采用电流表外接法；当即时，宜采用电流表内接法；而时，电流表内外接法效果是一样的。此时的被测电阻值我们称为临界电阻。 测试判断法（试触法）若、的大小关系事先没有给定，可借助试触法确定内、外接法。具体做法是：如图所示组成电路，其中电流表事先已经接好，拿电压表的一个接线柱去分别试触、两点，观察先后两次试触时两电表的示数变化情况。如果电流表的示数变化比电压表示数变化明
6、显(即)，说明接点时电压表分流作用引起的误差大于接点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法(即电压表接点)。如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即)，说明接点时电流表分压作用引起的误差大于接点时电压表分流作用引起的误差，这时应采用外接法(即电压表接点)。（口诀：“内大外小”，内接法测大电阻且系统误差偏大，即测量值大于真实值；外接法测小电阻且系统误差偏小，即测量值小于真实值）3. 实验器材和量程的选择 保证安全，误差尽可能小。 在不超过电表量程的条件下，选择量程较小的电表（以便测量时示数能在满刻度的2/3左右）。 实现较大范围的灵敏调节。如要通过变阻器的电阻改变来读取不同的电流、电压
7、值时，要注意避免出现变阻器滑片稍有移动电流或电压就会有很大变化的情况，也要避免出现滑片从一头滑到另一头，电流或电压几乎没有变化的情况。例题精讲滑动变阻器应用分析【例1】如图所示，滑动变阻器电阻最大值为，负载电阻，电源电动势为,内阻不计。 当断开，滑动头c移动时，两端的电压范围是多少？ 当闭合，滑动头c移动时，两端的电压范围是多少？ 设R的长度，上单位长度的电阻各处相同，、间长 度为，当接通后，加在上的电压与的关系如何？【答案】 电路选择【例2】用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻（约）；直流电流表（量程、内阻）；直流电压表（量程、内阻）；直流电源（输出电压、内阻不计）；滑动变阻器（
8、、允许最大电流）；开关个，导线若干。根据器材的规格和实验要求画出实验电路图。【答案】5.2 电阻的测量方法（一）知识点睛在高中电学实验中，涉及最多的问题就是电阻的测量，电阻的测量方法比较多，最常用的有：欧姆表测量和伏安法（本节讲解），比较法和半偏法（下节讲解）。1. 欧姆表测量：最直接测电阻的方法。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. 伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表时，可以用标准电阻（电阻箱或给一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时
9、，根据欧姆定律，电压表同时可以当电流表使用，同样根据，电流表也可以当电压表用。 电流表外接法电压表示数：，电流表示数：，测量值偏小，适于测量小阻值电阻。 电流表内接法电压表示数：，电流表示数：，测量值偏大，适于测量大阻值电阻。例题精讲仪器选择、电路选择【例3】用伏安法测量某一电阻阻值，现有实验器材如下：待测电阻（阻值约，额定功率为）；电流表（量程，内阻）;电流表（量程，内阻）；电压表（量程，内阻）;电压表（量程，内阻）；滑动变阻器（）,蓄电池（电动势为）、开关、导线。为了较准确测量阻值，电压表、电流表应选_，并画出实验电路图。【答案】 电流表应选，电压表应选仪器选择、电路选择【例4】某电压表的
10、内阻在之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表(量程)，电流表(量程)，电流表(量程)，电流表(量程)，滑动变阻器(最大阻值)，电源(电源电压为)，开关。 所提供的电流表中应选用 (填字母代号)。 为了尽量减小误差，要求多测几组数据，试在方框中画出符合要求的实验电路(其中电源和开关及连线已画出)。【解析】 电流表 伏安法测电阻变式【例5】用伏安法测电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，不论使用电流表内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差。为了消除系统误差，某研究性学习小组设计了如图所示的测量电路。 请完成下列操作过程：第一步：先将的滑动头调到最左端，单刀双掷开关合向，然后
11、闭合电键，调节滑动变阻器和，使电压表和电流表的示数尽量大些（不超过量程），读出此时电压表和电流表的示数、。第二步：保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变， 。 根据以上记录数据写出被测电阻的表达式 。 根据实验原理图连接好实物图【答案】 第二步：将单刀双掷开关合向，读出此时电压表和电流表的示数、。 。 图略【例6】若图1为某磁敏电阻在室温下的特性曲线，其中,分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值。请按要求完成下列实验。改图纵坐标 设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感
12、应强度大小约为，不考虑磁场对电路其它部分的影响)。要求误差较小。提供的器材如下：A. 磁敏电阻，无磁场时阻值B. 滑动变阻器，全电阻约C. 电流表，量程，内阻约D. 电压表，量程，内阻约E. 直流电源，电动势，内阻不计F. 开关，导线若干 正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表1234560.000.450.911.501.792.710.000.300.601.001.201.80根据上表可求出磁敏电阻的测量值 结合图1可知待测磁场的磁感应强度 。 试结合图1简要回答，磁感应强度在和范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同? 某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下
13、的特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论?【答案】 略 1500 0.90 在范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)。 磁场反向。磁敏电阻的阻值不变。5.3测定金属的电阻率5.1 电路和仪器的选择知识点睛1. 实验目的：用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。2. 实验原理：根据电阻定律公式，只要测量出金属导线的长度和它的直径，计算出导线的横截面积，并用伏安法测出金属导线的电阻，即可计算出金属导线的电阻率。3. 实验电路图：4. 注意事项： 测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线
14、接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。 本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。 实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 闭合电键之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置 在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度的值不宜过大（电流表用量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。例题精讲【例7】在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学进行了如下操作
15、：0010545 用毫米刻度尺测量接入电路中的金属丝的有效长度。再用螺旋测微器测量金属丝的直径，某次测量结果如图所示，则这次测量的读数 。ESVAbca 已知金属丝的阻值大约为，现使用电流表和电压表准确测量金属丝的阻值。为了安全、准确、方便地完成实验，除电源（电动势为，内阻很小）、待测电阻丝、导线、开关外，电压表应选用 ，电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 （选填器材前的字母）。铜 钨 康铜 锰铜 镍铬合金 A. 电压表（量程，内阻约）B. 电压表（量程，内阻约）C. 电流表（量程，内阻约）D. 电流表（量程，内阻约）E. 滑动变阻器（总阻值，额定电流）F. 滑动变阻器（总阻值，额定电流） 若采
16、用上图所示的电路测量金属丝的电阻，电压表的左端应与电路中的_点相连（选填“”或“”）。若某次测量中，电压表和电流表读数分别为和，请用上述直接测量的物理量（、）写出电阻率的计算式： 。 右方框中所列的是一些材料在时的电阻率。实验中使用的金属丝是方框中列出的某一种材料。某次实验中，测得金属丝的长度为，直径为，阻值为。则金属丝的材料为 （选填金属名称）。 任何实验测量都存在误差。本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是（有多个正确选项）。A. 用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B. 由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C. 若将电流表和电压表的内
17、阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D. 用图像处理数据求金属丝电阻可以减小偶然误差【答案】 （） A C E b， 镍铬合金 C D【例8】在“测量金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准、待测金属丝接入电路部分的长度约为。 用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图所示，其读数为 （该值接近多次测量的平均值）。 用伏安法测金属丝的电阻。实验所用器材为：电池组（电动势，内阻约）、电流表（内阻约）、电压表（内阻约）、滑动变阻器（，额定电流），开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：次数12345670.100.300.701.001
18、.501.702.300.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520 由以上实验数据可知，他们测量是采用下图中的 图（选填“甲”或“乙”）。 根据以上数据可以算出金属丝电阻为，则估算金属丝的电阻率约为 （填选项前的符号）。A. B. C. D. 【答案】 (1) 甲 (3)C 5.4描绘小灯泡的伏安特性曲线知识点睛1. 实验目的：通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律2. 实验原理：金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而使得一段金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化。对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍。它的伏安特性曲
19、线并不是一条直线，即灯丝的电阻是非线性的。本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内，其阻值的变化，从而了解它的导电特性。3. 实验电路图：4. 注意事项： 由欧姆定律可知，对一纯电阻用电器，有。因此，当为定值时，图线应为一过原点的直线。但由于小灯泡的灯丝在其两端电压由0增至额定电压过程中，灯丝温度升高，因此灯丝电阻率有明显增大，故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线。 调节滑动变阻器滑片时应注意不要使电压表的示数超过小灯泡的额定电压。 电键闭合前滑动变阻器的滑片应放在最右端（对照上图），使小灯泡两端电压从零开始调节。 实验用的小灯泡通常为“，”一类小电珠，其在白炽状态下电阻很
20、小，在室温下电阻更小，因此为减小实验误差，测量电路应采用电流表外接法。 为使小灯泡上的电压能从0开始连续变化，滑动变阻器应采用分压式连接。 画图时，坐标轴上所取的分度比例要适当，连线用平滑的曲线，不能画成折线。5. 误差分析： 测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的电流值比真实值偏大。 描绘图线时作图不准确造成的偶然误差。例题精讲实验器材【例9】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,已备有以下器材：小灯泡、电压表、电流表、学生电源、开关,还需要的器材是 。【答案】 滑动变阻器,坐标纸图像分析【例10】一个标有“，”的白炽灯泡，加上的电压由逐渐增大到，在此过程中，电压和电流的关系可
21、用图像表示，题中给出的四个图线中，肯定不符合实际的是【答案】 ACD【例11】某灯泡两端的电压为时，其电流为，当电压为时，其电流为，那么电压为时，则A.其电流一定为B.其电流一定大于而小于C.其电流一定大于而小于D.以上说法均不对 【答案】 B综合考查【例12】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，有以下器材：A. 小灯泡(,)B. 滑动变阻器()C. 电压表()D. 电压表()E. 电流表()F. 电流表()G. 铅蓄电池、开关各一个，导线若干 为了减小误差，实验中应选电流表_，电压表_。 在图虚线框内按要求设计实验电路图。 如图甲所示，在实验中，同组同学已经完成部分导线的连接，请你在实物
22、接线图中完成余下的导线的连接。 连好图示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光，由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的图象应是【答案】 因灯泡(，)，故电流表选E()，电压表选C()。 见下图 因为小灯泡的电阻远小于电压表内阻，所以在用外接法，需要测量多组数据和描绘图象，需要电压从开始调节，所以为分压电流表外接法 C：小灯泡的电阻随温度的升高逐渐增大，所以图象中的斜率也要逐渐增大，C项正确。变式实验考查【例13】某同学用如图所示电路，测绘标有“，”的小灯泡的灯丝电阻随电压的变化。 除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择:（量程，内阻约）（
23、量程，内阻约）；（量程，内阻约）（量程，内阻约）；（阻值范围）（阻值范围）（电动势为，内阻为）（电动势为，内阻约为）。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) 根据实验数据，计算并描绘出的图象如图所示。由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_；当所加电压为时，灯丝电阻为_，灯泡实际消耗的电功率为_。 根据图象，可确定小灯泡耗电功率与外加电压的关系。符合该关系的示意图是下列图中的 。【答案】 ， ， A变式实验考查【例14】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，需测量一个标有“，”灯泡两端的电压和通过灯泡的电流。现有如下器材：直流电源（电
24、动势，内阻不计）电流表（量程，内阻约）电流表（量程，内阻约）电压表（量程，内阻约）电压表（量程，内阻约）滑动变阻器（阻值，额定电流）滑动变阻器（阻值，额定电流） 在该实验中，电流表应选择 （填“”或“”），电压表应选择 （填“”或“”），滑动变阻器应选择 （填“”或“”）。 某同学用导线a、b、c、d、e、f、g和h连接成如图甲所示的电路，请在方框中完成实验的电路图。 该同学连接电路后检查所有元器件都完好，电流表和电压表已调零，经检查各部分接触良好。但闭合开关后，反复调节滑动变阻器，小灯泡的亮度发生变化，但电压表和电流表示数不能调为零，则断路的导线为_。 下表是学习小组在实验中测出的6组数据，某同学根据表格中的数据在方格纸上已画出了5个数据的对应点，请你画出第4组数据的对应点，并做出该小灯泡的伏安特性曲线。 若将该灯泡与一个的定值电阻串联，直接接在题中提供的电源两端，请估算该小灯泡的实际功率 （保留两位有效数字）。(若需作图，可直接画在第小题图中)10020.50.1731.00.3041.50.3952.00.4562.50.49【答案】 略 略 0.350.3857第六级第5讲教师版