[电学实验总结] 高中物理电学实验总结归类

电学实验

I. 实验设计的基本思路

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：R =

U

, E =U +Ir 。由此可见，I

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。 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。 II. 仪器读数 螺旋测微器

读数公式：测量值=固定刻度值+可动刻度位置的读数×0.01mm （1）看半刻度是否漏出，固定刻度上的刻度值是以mm 为单位；

（2）可动刻度要估读, 小数点后应保留三位有效数字。

如右图读数时，从固定刻度上读取整、半毫米数，然后从可动刻度上读取剩余部分（因为是10分度，所以在最小刻度后应再估读一位），再把两部分读数相加，得测量值。右图中的读数应该是6.702mm 。

测量值=6.5＋20.3×0.01mm＝

6.703mm （6.702mm ～6.704mm 均正确） 例1、 读出下列螺旋测微器测量的读数。 ⑴⑵

mm mm

mm

读数练习

游标卡尺

可以方便地测量外径、内径、深度。

卡尺分类 主尺最小刻度（mm ） 游标刻度总长(mm) 精确度(mm) 10分度 1 9 0．1 20分度 1 19 0．05 50分度 1 49 0．02 2、读数方法

第一步：看游标尺总刻度确定精确定度（10分度、20分度、50分度的精确度见上表） 第二步：读出游标尺零刻度线左侧的主尺整毫米数（X ）；如：以下例题中为X=41mm ．．．．．．．．第三步：找出游标尺与主尺刻度线“正对”的位置，并在游标尺上读出对齐线到零刻度线的．．．小格数(n)（不要估读）；如：以下例题中为10小格, 即n=10；

4.120cm 例1、一种游标卡尺，它的游标尺上有50个小的等分刻度，总长度为49 mm 。用它测量某物体长度，卡尺示数如图所示，则该物体的长度是________ cm。

（1）主尺上的读数，应为游标的0刻度左端上主尺的为准； （2）看清游标的精确度；

（3）游标卡尺都是根据刻线对齐来读数的，所以都不再往下一位估读。 读数练习

⑴

678cm cm (3)

20

12345

cm

234567890

3 4 cm 10 11 cm

0 10 0 10

多用电表 1．测电压

(1)选择直流电压档合适的量程，并将选择开关旋至相应位置．

(2)将多用电表并联在待测电阻两端，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔高． (3)根据表盘上的直流电压标度读出电压值，读数时注意最小刻度所表达的电压值． 2．测电流

(1)选择直流电流档合适的量程．

(2)将被测电路导线卸开一端，把多用电表串联在电路中． (3)读数时，要认清刻度盘上的最小刻度． 注意：电流应从红表笔流入多用电表． 3．测电阻

(1)要将选择开关扳到欧姆档上，此时红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的正极．选好倍率后，先

欧姆调零，然后测量．测量完毕，应把选择开关旋转到OFF 档或交流电压最高档．

(2)用多用电表测电压、测电流及测电阻时，电流都是从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表．

2．使用多用电表测电阻的步骤

(1)机械调零：使用前若表针没有停在左端“0”位置，要用螺丝刀转动指针定位螺丝，使指针指电流的零．

(2)选档：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆档的合适档位．

(3)欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整调零电阻旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处． (4)测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，表针示数乘以量程倍率即为待测电阻阻值．

(5)测另一电阻时重复(2)(3)(4)．

(6)实验完毕，应将选择开关置于“OFF”档或交流电压最高档． 2．测电阻时应注意的问题 (1)选档后要进行欧姆调零． (2)换档后要重新欧姆调零．

(3)被测电阻要与电源、其他元件分离，不能用手接触表笔的金属杆． (4)被测电阻阻值等于指针示数乘以倍率．

(5)使用后，要将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关旋至“OFF”档或交流电压最高档． (6)若长期不用，应把电池取出． 【典例1】一多用电表的电阻档有三个倍率，分别是×1、×10、×100. 用×10档测量某电阻时，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换到________档．如果换档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，表盘的示数如图所示，则该电阻的阻值是______________Ω. 若将该表选择开关置于1 mA档测电流，表盘示数仍如图所示，则被测电流为________mA.若用直流15 V 档测量电压，则读数为________V.

III ．电学中仪器的使用及基本电路的选择

(1)机械零点的调整：在不通电时，指针应指在零刻线的位置。

1

(2)选择适当量程：估算电路中的电流或电压，若无法估算电

3

路中的电流和电压，则应先选用较大的量程，再逐步减小量程。

(3)正确接入电路：电流表应串联在电路中，电压表应并联在电路中，两种表都应使电流从正接线柱流入，从负接线柱流出。

(4)正确读数：根据所选量程的准确度，正确读出有效数字和单位。

(5)注意内阻：电流表和电压表一方面作为仪器使用，同时又是被测电路中的一个电阻，实验中没有特别要求时，一般不考虑它们的内阻对电路的影响，但有些测量中，不能忽视它们的内阻对被测电路的影响，如伏安法测电阻等。

(1)阻值比较法

先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若R x 较小，宜采用电流表外接法；若R x 较大，宜采用电流表内接法。 (2)临界值计算法

R V R x R x R V

时，用电流表外接法。> R x R A R A R x

(3)试触法

若不知R x 的大概阻值，可采用“试触法”，将电路如图2所示连接，空出电压表的一个接头S ，然后将S 分别与a 、b 接触一下。 若电流表“相对变化”明显，说明电压表分流作用较大，应采用电流表内接法；若电压表“相对变化”明显，说明电流表分压作用较大，应采用电流表外接法。

【典例2】(2014·新课标全国卷Ⅱ，22) ，在伏安法测电阻的实验中，待测电阻R x 约为200 Ω，电压表的内阻约为2 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方

式如图(a)或(b)所示，结果由公式R x ＝

计算得出，式

中U 与I 分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和(b)中电路测得的电阻值分别记为R x 1和R x 2，则________(填

“R x 1”或“R x 2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值

R x

1________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值，测量值R x 2________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值。 【变式训练】

2．在用伏安法测电阻的实验中，所用电压表的内阻约为20 k Ω，电流表的内阻约为10 Ω，选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图4所示。

(1)根据各点表示的数据描出I －U 图线，由此求得该电阻的阻值R x ＝________Ω(保留两位有效数字) 。

(2)在虚线框内画出“伏安法”测量该电阻的部分电路图。

U I

(1)选择不同接法的原则

⎧⎪⎨便于调节 方便性原则 ⎪便于读数 ⎩经济性原则：损耗能量最小

⎧⎪⎨⎪⎩

不超量程 ⎧⎪

安全性原则⎨在允许通过的最大电流以内

⎪⎩电表、电源不接反

(2)下列情况下滑动变阻器应采用分压接法

①题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不够。

②题设条件中的滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻的阻值。 ③题设要求回路中某部分电路两端的电压从零开始连续变化。

【典例3】 为了测量某待测电阻R x 的阻值(约为30 Ω) ，有以下一些器材可供选择。 电流表A 1(量程0～50 mA，内阻约10 Ω) ； 电流表A 2(量程0～3 A，内阻约0.12 Ω) ； 电压表V 1(量程0～3 V，内阻很大) ；

电压表V 2(量程0～15 V，内阻很大) ；

电源E (电动势约为3 V，内阻约为0.2 Ω) ； 定值电阻R (20 Ω，允许最大电流1.0 A)；

滑动变阻器R 1(0～10 Ω，允许最大电流2.0 A)； 滑动变阻器R 2(0～1 kΩ，允许最大电流0.5 A)； 单刀单掷开关S 一个，导线若干。

(1)电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应选________。(填字母代号) (2)请在下面的虚线框内画出测量电阻R x 的实验电路图。(要求所测量范围尽可能大)

(3)某次测量中，电压表示数为U 时，电流表示数为I ，则计算待测电阻阻值的表达式为R x ＝________。

【变式训练】一只小灯泡，标有“3 V,0.6 W”字样，现用下面给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻。电源电动势为12 V ，内阻为1 Ω；最大阻值为5 Ω的滑动变阻器；电流表的内阻为1 Ω；电压表的内阻为10 k Ω；开关一个、导线若干。 (1)在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用________(选填“内接”或“外接”)法。滑动变阻器应采用________(选填“分压式”或“限流式”)接法。

(2)在下面的虚线框内画出你所设计的实验电路图(尽量减小实验误差) 。

实验一：描绘小灯泡的伏安特性曲线 1．实验电路的确定

(1)电流表外接法：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法． (2)滑动变阻器分压式连接：描绘小灯泡的伏安特性曲线，需要从坐标原点开始的连续变化的电压， 因此滑动变阻器要采用分压式连接，实 验电路图如图2－3－10所示． 2．实验过程的三个方面 (1)接线顺序：先串后并．

先将电源、开关、滑动变阻器(全部) 组成串联电路，再将电流表、小灯泡串联，并将其与部分滑动变阻器并联，最后将电压表与小灯泡并联．

(2)量程选择：安全精确．

在保证电流、电压测量值不超过量程的情况下，指针的偏转角度越大，精度越高． (3)实验操作：先查后合．

先检查各部分连接是否正确，滑动变阻器是否使分压电路电压为零，再合上开关，调整滑动变阻器，使小灯泡的电压、电流逐渐变大．

【典例4】在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯泡为“6 V 3 W”，其他可供选择的器材有：

电压表V 1(量程6 V，内阻20 kΩ) 电压表V 2(量程20 V，内阻60 kΩ) 电流表A 1(量程3 A，内阻0.2 Ω) 电流表A 2(量程0.6 A，内阻1 Ω) 变阻器R 1(0～1 000 Ω，0.5 A) 变阻器R 2(0～20 Ω，0.5 A) 学生电源E(6～8 V) 开关S 及导线若干．

实验中要求电压表在0～6 V 范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U 和对应的电流值I ，以便作出伏安特性曲线，在上述器材中，电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________．在以下方框中画出实验的原理图．

实验二：根据闭合电路欧姆定律可以有下面三种思路求出电池的电动势和内阻． 思路1. 伏安法测电动势E 和内电阻r

(1)如图2－10－1甲所示，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组I 和U 的值，由U ＝E －Ir 可得：

I 1U 2－I 2U 1U 2－U 1E ＝，r ＝.

I 1－I 2I 1－I 2

(2)为减小误差，至少测出六组U 和I 值，且变化范围要大些，然后在坐标系中作U －I 图，

|ΔU |

由图线纵截距和斜率找出E 、r (r ，如图乙．

|ΔI |思路2：用电流表、电阻箱测电动势E 和内电阻r 由闭合电路的欧姆定律得：E ＝I (R ＋r )

用电流表测干路中的电流，通过改变电路中的电阻，测出两组R 、I 数据，就可以列出两个关于E 、r 的方程： E ＝I 1(R 1＋r ) E ＝I 2(R 2＋r )

联立就可以解出结果，实验电路如图所示． 思路3. 用电压表、电阻箱测电动势E 和内电阻r

Ur

由闭合电路的欧姆定律得：E ＝U ＋

R 用电压表测得路端电压，通过改变电路中的电阻，测出两组U 、R 数据，就可以列出两个关于E 、r 的方程：

U r U r

E ＝U 1＋E ＝U 2＋R 1R 2

联立就可以解出结果，实验电路如图所示．

一、实验步骤

1．确定电流表、电压表的量程，按图2－10－4连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端．

2．闭合开关S ，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数．

3．同样的方法，依次记录多组U 、I 值． 4．断开开关S ，拆除电路．

5．以U 为纵轴，I 为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻． 二、数据处理

为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法： 1．公式法

分别将1、4组，112233值

E 1＋E 2＋E 3r 1＋r 2＋r 3E ＝，r ＝作为测量结果．

332．图象法

把测出的多组U 、I 值，在U －I 图中描点画图象，使U －I 图象的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图2－10－5所示，由U ＝E －Ir 可知：

(1)纵轴截距等于电源的电动势E ，横轴截距等于外电路短路时的电流I m ＝(2)图线斜率的绝对值等于电源的内阻

ΔU E r ＝||＝ΔI I m

三、误差分析

1．偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U －I 图象时描点不准确． 2．系统误差

主要原因是未考虑电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源的电流) 要小一些．U 越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U －I 坐标系中表示出来，如图所示，可见E 测＜E 真，r 测＜r 真．

四、注意事项

1．器材或量程的选择

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

(2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为0～3 V的电压表． (3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A ，故电流表的量程选0～0.6 A 的．

(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的．

2．电路的选择：伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采用内接法，即一般选择误差较小的甲电路图．

E r

甲 乙

3．实验操作：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，读电表示数要快，每次读完后应立即断电． 4．数据处理

(1)当路端电压变化不是很明显时，作图象时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大． (2)画U －I 图象时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，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． 【典例5】为测定一节干电池(电动势约1.5 V，内阻约1.0 Ω)

的电动势和内阻，实验室备有

电流表G(满偏电流3 mA，内阻25 Ω)、定值电阻R 0＝0.126 Ω、开关和若干导线及以下器材： A ．量程0～3 V，内阻约1 000 Ω的电压表 B ．量程0～15 V，内阻约1 500 Ω的电压表

C ．总阻值为10 Ω、额定电流为2 A的滑动变阻器 D ．总阻值为100 Ω、额定电流为1 A的滑动变阻器 (1)因电流表量程太小，需将R 0与电流表________联以扩大量程； (2)电压表应选择________；滑动变阻器应选择______．(填序号) (3)请在虚线框内完成实验电路图；

(4)根据所画出的电路图，分析引起该实验系统误差的主要原因是__________________________________________________ _____________________________________________________. 【典例6】 为测量一电源的电动势及内阻

(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压表 A ．量程为1 V、内阻大约为1 kΩ的电压表 B ．量程为2 V、内阻大约为2 kΩ的电压表 C ．量程为3 V、内阻为3 kΩ的电压表

选择电压表________串联________kΩ的电阻可以改装成量程为9 V的电压表．

(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号、或与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表) ，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图．

(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V 时，电阻箱的阻值为15.0 Ω；电压表示数为2.00 V时，电阻箱的阻值为40.0 Ω，则电源的电动势E ＝________V，内阻r ＝________Ω. 练习1(2013·浙江高考) 采用如图所示的电路“测定电池的电动势和内阻”．

(1)除了选用照片中的部分器材外，(

)

A ．还需要电压表 B ．还需要电流表 C ．还需要学生电源 D ．不再需要其他器材

(3)根据第5次所测得的实验数据，求得电流表内阻R A ＝________.