電學實驗總復習
一、實驗儀器的讀數
高考要求會正確使用的電學儀器有：電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等等。除了滑動變阻器以外，其它儀器都要求會正確讀出數據。讀數的基本原則是：凡儀器最小刻度是10分度的，要求讀到最小刻度后再往下估讀一位（估讀的這位是不可靠數字）；凡儀器最小刻度不是10分度的，只要求讀到最小刻度所在的這一位，不再往下估讀。電阻箱是按照各個數量級上指針的對應數值讀數的，指針必須指向某一個確定的數值，不能在兩個數值之間，因此電阻箱測量結果的各位讀數都是從電阻箱上指針所指位置直接讀出的，不再向下估讀。
例1. 右圖是電壓表的刻度盤。若當時使用的是該表的0-3V量程，那么電壓表讀數為多少？若當時使用的是該表的0-15V量程，那么電壓表度數又為多少？
解：0-3V量程最小刻度是0.1V，是10分度的，因此要向下估讀一位，讀1.15V（由于最后一位是估讀的，有偶然誤差，讀成1.14V-1.17V之間都算正確）。0-15V量程最小刻度為0.5V，不是10分度的，因此只要求讀到0.1V這一位，所以讀5.7V（5.6V-5.8V之間都算正確）。
例2. 右圖是電阻箱示意圖，試讀出當時電阻箱的阻值。
解：電阻箱面板上有6個旋鈕，每個旋鈕上方都標有倍率。將每個旋鈕的指針所指的數值（都為整數）乘以各自的倍率，從最高位到低位依次讀出，就得到這時電阻箱的實際阻值。注意圖中最左邊的兩個黑點是表示的是接線柱。若指針位置如圖所示，則阻值為84580.2Ω。
二、恒定電流實驗常規(guī)
1.伏安法測電阻
伏安法測電阻有a、b兩種接法，a叫(安培計)外接法，b叫（安培計）內接法。外接法的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的，測量值總小于真實值，小電阻應采用外接法；內接法的系統(tǒng)誤差是由電流表的分壓引起的，測量值總大于真實值，大電阻應采用內接法。
如果被測電阻阻值為Rx，伏特表和安培表的內阻分別為RV、RA，若 ，則采用外接法。若 ，則采用內接法。
如果無法估計被測電阻的阻值大小，可以利用試觸法：如圖將電壓表的左端接a點，而將右端第一次接b點，第二次接c點，觀察電流表和電壓表示數的變化。若電流表示數變化大，說明被測電阻是大電阻，應該用內接法測量；若電壓表讀數變化大，說明被測電阻是小電阻，應該用外接法測量。（這里所說的變化大，是指相對變化，即ΔI/I和ΔU/U）。
2.滑動變阻器的兩種接法
滑動變阻器在實驗電路中常用的接法有兩種，分別用下面a、b兩圖表示：a叫限流接法，b叫分壓接法。采用分壓接法時，被測電阻RX上的電壓調節(jié)范圍較大。當實驗中要求被測電阻上的電壓從零開始逐漸增大，或要求電壓調節(jié)范圍盡量大時，應該用分壓接法。采用分壓接法時，應該選用總阻值較小的滑動變阻器；采用限流接法時，應該選用總阻值和被測電阻接近的滑動變阻器。
3.實物圖連線方法
（1）無論是分壓接法還是限流接法，都應該先把測量電路（伏安法部分）接好；
（2）對限流電路，只需用筆畫線當作導線，從電正極開始，把電、電鍵、滑動變阻器、伏安法四部分依次串聯起即可（注意電表的正負接線柱并選擇正確的量程，滑動變阻器的滑動觸頭應調到阻值最大處）。
（3）對分壓電路，應該先把電、電鍵和滑動變阻器的全部電阻絲三部分用導線連接起，然后在滑動變阻器電阻絲兩端之中任選一個接頭，比較該接頭和滑動觸頭兩點的電勢高低，根據伏安法部分電表正負接線柱的分布，將伏安法部分接入該兩點間。
三、考試大綱規(guī)定的學生實驗
1.用描跡法畫出電場中平面上的等勢線
實驗所用的電流表是零刻度在中央的靈敏電流表，在實驗前應先查明電流方向與指針偏轉方向的關系。方法是：將電流表、電池、電阻、導線按圖a或圖b 連接，若R是阻值很大的電阻，就按圖a連接；若r是阻值很小的電阻，就按圖b連接。然后用導線的a端試觸電流表的另一端，觀察電流表指針的偏轉方向，就可判定電流方向和指針偏轉方向的關系。
本實驗是用恒定電流的電流場模擬靜電場。與電池正極相連的A電極相當于正點電荷，與電池負極相連的B相當于負點電荷。白紙應放在最下面，導電紙應放在最上面（涂有導電物質的一面必須向上），復寫紙則放在中間。
只要電流表示數是零，就表示兩根探針針尖對應的點電勢相等。把所有與同一個基準點電勢相等的點連起，就是等勢線。
例3. 用恒定電流的電流場模擬靜電場描繪等勢線時，下列哪些模擬實驗的設計是合理的
⑴ �、啤 、恰 � ⑷
A.如圖⑴所示圓柱形電極、N都接電的正極，模擬等量正點電荷周圍的靜電場
B.如圖⑵所示圓柱形電極接電正極，圓環(huán)形電極N接電負極，模擬正點電荷周圍附近的靜電場
C.如圖⑶所示兩個平行的長條形電極、N分別接電正、負極，模擬平行板電容器間的靜電場
D.如圖⑷所示圓柱形電極接電負極，模擬負點電荷周圍的靜電場
解：用電流場模擬靜電場，在導電紙上必須形成電流。由于⑴、⑷兩個方案在導電紙上不會形成電流，因此設計不合理。⑵、⑶兩個設計是合理的。選BC。
2.測定金屬的電阻率
由于該實驗中選用的被測電阻絲的電阻較小，所以測量電路應該選用伏安法中的電流表外接法。本實驗對電壓的調節(jié)范圍沒有特殊要求，被測電阻又較小，因此供電電路可以選用限流電路。
本實驗通過的由于金屬的電阻率隨溫度的升高而變大，因此實驗中通電時間不能太長，電流也不宜太大，以免電阻絲發(fā)熱后電阻率發(fā)生較明顯的變化。由于選用限流電路，為保護電表和電，閉合電鍵開始實驗前應該注意滑動觸頭的位置，使滑動變阻器接入電路部分的電阻值最大。
例4. 在測定金屬的電阻率的實驗中，待測金屬導線的長約0.8m，直徑小于1mm，電阻在5Ω左右。實驗主要步驟如下：⑴用______測量金屬導線的長度l，測3次，求出平均值；⑵在金屬導線的3個不同位置上用______________測量直徑d，求出平均值；⑶用伏安法測量該金屬導線的電阻R。在左邊方框中畫出實驗電路圖，并把右圖中所給的器材連接成測量電路。安培計要求用0-0.6A量程，內阻約1Ω；伏特計要求用0-3V量程，內阻約幾kΩ；電電動勢為6V；滑動變阻器最大阻值20Ω。在閉合電鍵前，滑動變阻器
的滑動觸點應處于正確位置。 根據以上測量值，得到該種金屬電阻率的表達式為ρ=__________。
解：
（1）米尺；
（2）螺旋測微器；
（3）測量部分用安培表外接法，電部分用限流電路或分壓電路都可以，電阻率 。
3.用電流表和電壓表測電池的電動勢和內電阻
實驗電路如右。根據閉合電路歐姆定律：E=U+Ir，本實驗電路中電壓表的示數是準確的，而電流表的示數比通過電的實際電流小，所以本實驗的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的。為了減小這個系統(tǒng)誤差， 滑動變阻器R的阻值應該小一些，所選用的電壓表的內阻應該大一些。
為了減小偶然誤差，要多做幾次實驗，多取幾組數據，然后利用U-I圖象處理實驗數據。將點描好后，用直尺畫一條直線，使盡可能多的點落在這條直線上，而且在直線兩側的點數大致相等。這條直線代表的U-I關系的偶然誤差比每一組實驗數據的偶然誤差都小。這條直線在U軸上的截距就是被測電電動勢E（對應的I=0），斜率的絕對值就是被測電的內阻r。（特別要注意：有時縱坐標的起始點不是0，求內阻的一般式應該是r=ΔU/ΔI ）。
例5. 在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內電阻的實驗中，所用的電流表和電壓表的內阻分別約為0.1Ω和1kΩ。右邊為實驗原理圖，下邊為所需器材的實物圖。試按原理圖在實物圖中畫線連接成實驗電路。
I（A）0.120.200.310.320.500.57
U（V）1.371.321.241.181.101.05
一位同學在實驗中記錄的6組數據如上表所示，試根據這些數據在右圖中畫出U-I圖線。根據圖線可讀出被測電池的電動勢E=____V，內電阻r=___Ω。
解：1.46，0.719
4.練習用多用電表測電阻
（1）使用前應看一下指針是否指在刻度盤左端的零刻線處。如果不在，就應該進行機械調零：用小螺絲刀輕旋表頭正下方中央處的調零螺絲，使指針指左端零刻線。
（2）根據被測物理量及其數量級將選擇開關旋到相應的位置。讀數時還要注意選用刻度盤上對應的量程刻度。（如測量20mA左右的直流電流，應將選擇開關對準左邊100mA量程處，在刻度盤上，應該看最下方的刻度，即滿偏刻度為10的刻度線，從刻度盤讀出數據后還應再乘10，得測量結果。）
（3）使用歐姆擋時，在選好倍率后，還必須進行歐姆調零。方法是：將紅、黑表筆短接，調節(jié)歐姆調零旋鈕，使指針指右端零刻線處。因此用多用電表的歐姆擋測電阻的操作步驟是：⑴選擋。一般比被測電阻的估計值低一個數量級，如估計值為200Ω就應該選×10的倍率。⑵進行歐姆調零。⑶將紅黑表筆接被測電阻兩端進行測量。
（4）將指針示數乘以倍率，得測量值。
（5）將選擇開關扳到OFF或交流電壓最高擋。
用歐姆擋測電阻，如果指針偏轉角度太�。粗羔標傅目潭戎堤螅�，應該增大倍率重新調零后再測；如果指針偏轉角度太大（即指針所指的刻度值太�。�，應該減小倍率重新調零后再測。
（6）使用多用電表時，兩只手只能握住表筆的絕緣棒部分，不能接觸表筆上的金屬部分。
例6. 多用電表表頭的示意圖如右。在正確操作的情況下：
（1）若選擇開關的位置如灰箭頭所示，則測量的物理量是______，測量結果為___________。
（2）若選擇開關的位置如白箭頭所示，則測量的物理量是______，測量結果為___________。
（3）若選擇開關的位置如黑箭頭所示，則測量的物理量是______，測量結果為___________。
（4）若選擇開關的位置如黑箭頭所示，正確操作后發(fā)現指針的偏轉角很小，那么接下的正確操作步驟應該依次為：___________，____________，____________。
（5）全部測量結束后，應將選擇開關撥到__________或者___________。
（6）無論用多用電表進行何種測量（限于直流），電流都應該從色_____表筆經______插孔流入電表。
解：
（1）直流電壓，12.4V。
（2）直流電流，49mA。
（3）電阻，17kΩ。
（4）該用×1kΩ倍率，重新調零，將紅黑表筆分別接觸被測電阻的兩根引線，讀出指針所指刻度，再乘以倍率得測量值。
（5）OFF，交流電壓500V檔位置。
（6）紅，正。
四、重要的演示實驗
1.平行板電容器的電容
靜電計是測量電勢差的儀器。指針偏轉角度越大，金屬外殼和上方金屬小球間的電勢差越大。在本實驗中，靜電計指針和A板等電勢，靜電計金屬殼和B板等電勢，因此指針偏轉角越大表示A、B兩極板間的電壓越高。
本實驗中，極板帶電量保持不變。三個圖依次表示：正對面積減小時電壓增大；板間距離增大時電壓增大；插入電介質時電壓減小。由 知，這三種情況下電容分別減小、減小、增大。因此可以確定C和S、d、ε的關系是 。
2.研究電磁感應現象
首先要查明電流表指針偏轉方向和電流方向的關系（方法與畫電場中平面上等勢線實驗相同）。
電鍵閉合和斷開時、電鍵閉合后滑動變阻器的滑動觸頭移動過程中、電鍵閉合后線圈A在B中插入、拔出時，都會發(fā)現電流表指針發(fā)生偏轉，說明有感應電流產生。而電鍵保持閉合、滑動觸頭不動、線圈A 在B中不動時，電流表指針都不動，說明無感應電流產生。
結論：閉合電路中有感應電流產生的充分必要條是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。
五、設計實驗舉例
例7. 利用如圖所示的一只電壓表、一個電阻箱和一個電鍵，測量一個電池組的電動勢和內電阻。請畫出實驗電路圖，并用筆畫線作導線將所給器材連接成實驗電路。用記錄的實驗數據寫出電動勢和內電阻的表達式。
解：與學生實驗相比，用電阻箱代替了電流表。由于電壓可測，由電壓、電阻就可以算出電流（這個電流是通過電阻箱的電流，比通過電池的電流偏小，系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流造成的）。電路圖如下。實驗步驟是：
（1） 按電路圖接好實驗電路
（2）改變電阻箱阻值，分別讀出兩組電阻箱阻值和對應的路端電壓值R1、U1、R2、U2。
（3）根據閉合電路歐姆定律列出與這兩組數據相對應的方程：
。
⑷解方程組可得E和r：
如果只給出電阻箱和電流表，用類似的方法同樣可以測量電的電動勢和內電阻。
例8. 電橋法測電阻。利用給出的電路圖和器材（G為靈敏電流表，R0為阻值均勻的電阻絲，R為已知阻值的定值電阻，Rx為被測電阻）。要求利用這些器材測未知電阻Rx。（1）實驗中還需要什么測量儀器？
（2）將實物連成電路圖。
（3）寫出測量Rx的實驗步驟，并寫出利用測量數據表示Rx的表達式。
解：
（1）還需要米尺（測量左右兩部分電阻絲的長度L1、L2）。
（2）實物連接圖略。
（3）按圖接好電路后，移動滑動觸頭P，使電流表指針指在中央零刻度處。用刻度尺測量P點兩邊電阻絲的長度L1、L2；由RX∶R=L1∶L2得 。
例9. 下右圖中的P是一根表面均勻地鍍有一層很薄的電阻膜的長陶瓷管（碳膜布滿圓柱體的外側面）。陶瓷管的長度約為50cm，外徑約為6cm，所用電阻膜材料的電阻率已知為ρ，管的兩端有導電箍、N。該電阻的長度就是陶瓷管的長度，其截面積可看作等于膜的厚度與圓周長的乘積。現有器材為：A.米尺、B.游標卡尺、C.螺旋測微器、D.電壓表、E.電流表、F.電池組、G.滑動變阻器、H.電阻箱、I.電鍵和導線。請你設計一個測量該電阻膜厚度d的實驗方案。
（1）所須選用的器材有：__________________（填器材前的字母即可）。
（2）所須測量的物理量有：_____ 、_____、 _____、 _____。
（3）根據實驗測得的以上數據計算電阻膜厚度d的數學表達式為：d=________________。
（4）在左下圖的方框中畫出實驗電路圖（N間的電阻膜的電阻約幾個ｋΩ，滑動變阻器的總阻值為50Ω）。并將右下圖中的實物按電路圖連接起（有３根導線已經連好，不得改動）。
解：
（1）A（用測量N間的長度）、B（用測量陶瓷管的外徑）、D、E、F、G、I（以上用測量電阻膜的阻值）
（2）N間距離L、管的外徑D、電流I、電壓U
（3）
（4）測量大電阻所以要采用電流表內接法；由于被測電阻阻值 遠大于滑 動變阻器的總阻值，所以只有采用分壓電路才能做到多取幾組數據測電阻值，減小偶然誤差。
例10. 在實驗室中，往往利用半偏法測量電流表或電壓表的內阻。測量電路圖如右。E為電，其電動勢為E。R1為總阻值較大的滑動變阻器。R2為電阻箱。A為被測電流表。用此電路，經以下步驟可近似測得電流表的內阻RA：①閉合1，斷開2，調節(jié)R1，使電流表讀數等于其量程I0；②保持R1不變，閉合2，調節(jié)R2，使電流表讀數等于I0/2；③讀出R2的值，則RA=R2。
（1）按照電路圖在右邊實物圖所給出的實物圖中畫出連接導線。
（2）若電的內阻忽略不計，試分析該實驗的系統(tǒng)誤差總是使電表內阻的測量值比其真實值偏大還是偏��？
解：
（1）圖略。
（2）閉合2后，回路的總電阻減小，總電流將增大。因此當電流表讀數等于I0/2時，通過電阻箱的電流將略大于I0/2，實際上電阻箱的電阻比表頭電阻小一些，也就是說測量值比真實值偏小。
例11. 用伏安法測電阻時，由于電壓表、電流表內阻的影響，測量結果總存在系統(tǒng)誤差。按下圖所示的電路進行測量，可以消除這種系統(tǒng)誤差。
（1）該實驗的第一步是：閉合電鍵S1，將電鍵S2接2，調節(jié)滑動變阻器RP和r，使電壓表讀數盡量接近滿量程，讀出這時電壓表和電流表的示數U1、I1；請你接著寫出第二步，并說明需要記錄的數據：_________________________。
（2）由以上記錄數據計算被測電阻RX的表達式是RX=___________。
（3）將右圖中給出的儀器按照電路圖的要求連接起。
解：
（1）將電鍵S2接1，讀出這時電壓表和電流表的示數U2、I2。
（2）
（3）圖略。
例12. 某同學選用一只標有“3.8V 0.3A”的小燈泡，用電流表和電壓表測量它在不同電壓下的電流，從而計算出它在不同電壓下的實際電阻值。根據實驗數據畫出的I-U圖象如右。
（1）從圖象看出，電壓越高對應的實際電阻值越_____，這說明燈絲材料的電阻率隨溫度的升高而________。
（2）若實驗室提供的器材是：電動勢為6V，內阻很小的鉛蓄電池；量程0-0.6-3A的直流電流表；量程0-3-15V的直流電壓表；最大阻值10Ω的滑動變阻器；一只電鍵和若干導線。請畫出正確的實驗電路圖。并標出開始實驗時所用的電表量程和滑動變阻器滑動觸頭的位置。
解：
（1）曲線上每一點和原點的連線的斜率的倒數表示該時刻對應的燈絲電阻。由圖象可知隨著電壓的升高燈絲的電阻增大。這說明燈絲材料的電阻率隨溫度的升高而增大。
（2）正常工作時燈絲的電阻才十幾個歐姆，電壓低時電阻更小，所以應作為小電阻處理，測量部分應該用外接法。燈絲兩端的電壓要求從零開始逐漸增大，所以供電部分必須采用分壓電路。開始時電流表量程應選用0.6A，電壓表量程應選用3V（快要超過3V時再改用15V量程），滑動變阻器滑動觸頭的位置應使燈絲兩端分到的電壓為零。
例13. 隨著居民生活水平的提高，純凈水已經進入千家萬戶。某市對市場上出售的純凈水質量進行了抽測，結果發(fā)現競有九成樣品的細菌超標或電導率不合格（電導率是電阻率的倒數，是檢驗純凈水是否合格的一項重要指標）。（1）不合格的純凈水的電導率一定是偏_____（填大或�。�。
（2）對純凈水樣品進行檢驗所用的設備原理如圖所示，將采集的水樣裝入絕緣性能良好的塑料圓柱形容器內，容器兩端用金屬圓片電極密封。請把檢測電路連接好（要求測量盡可能準確，已知水的電導率遠小于金屬的電導率，所用滑動變阻器的阻值較�。�。
解：
（1）純水的電阻率是很大的，因此電導率是很小的。不合格的純凈水一定是含有雜質，因此電導率偏大。
（2）測量部分用內接法，供電部分用分壓電路。
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