必修二电学实验

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1、1必修二电学实验必修二电学实验描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线 （一）目的： 1.描绘小灯泡的伏安特性曲线； 2.学习如何设计实验电路以及如何确定实验器材的规格。 （二）原理：金属导体的电阻率随温度的升高而增大，从而使金属导体的电阻随温度的升高而增大， 因此，对一只灯泡来说，未正常发光和正常发光时灯丝的电阻可相差几倍甚至几十倍，它的伏安特性曲线应该是一条曲线。根据部分电路欧姆定律可得：，即在RUI RUI1IU 坐标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。 （三）器材：小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干。 （四）步骤： 1按图实 11-1 连接好电路，将开关置

2、于断开状 态，将滑动变阻器的滑动头置于输出电压为 0 的位置。2闭合开关，逐渐调节滑动头的位置，增大输 出电压，记录电流表和电压表的多组示数，填写在表格中。并根据实验数据描绘出小灯泡的图像。IU 3观察图线并进行分析。 4整理器材。 （五）注意事项：1因本实验要作出图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此滑动IU 变阻器要采用分压接法。 2电键闭合前滑动变阻器的滑片要移动到图中的 A 点。 3电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每 增加一个定值（如 0.5V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超 过小灯泡的额定电压。 4加在灯泡两端

3、的电压不能过高，以免烧毁灯泡。实验时，应使灯泡两端电压由低向 高逐渐增大，不要一开始就使小灯泡在高于额定电压下工作。因为灯丝电阻随温度的升高 而加大，如果灯丝由低温状态，直接超过额定电压使用，会由于灯丝瞬间电流过大而烧坏 灯泡。 （六）例题：（2004 年上海）小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象，用实 验得到如下数据（I 和 U 分别表示小灯泡上的电流和电压）：I ( A )0.120.210.290.340.380.420.450.470.490.50图实图实 11-12U (V )0.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00在左下

4、框中画出实验电路图，可用的器材有：电压表、电流表、滑动变阻器（变化 范围 010） 、电源、小灯泡、电键、导线若干。 在右图中画出小灯泡的 UI 曲线。如果将本题中的小灯泡接在电动势是 1.5V，内阻是 2.0 的电池两端，小灯泡的实际 功率是多少？（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第小题的方格图中） 【解析】分压式接法（如下图实 11-2 甲所示） ； 如下图实 11-2 乙中曲线所示。 利用作图法做出电源的 U-I 图线，该图线与小灯泡的 UI 曲线相交于一点，由此 可得小灯泡工作电流为 0.35A，工作电压为 0.80V，实际功率为 0.28W。【备考提示】第两问较基础，而第问则对

5、实验数据的处理进行了拓展、延伸， 对小灯泡的实际功率无计算公式，只能在小灯泡的伏安特性曲线上画出电池的 UI 图线， 然后找出两曲线的交点，从而确定此时灯泡的工作状态，得到实际工作功率。这考查了对 小灯泡的伏安特性曲线的理解和实验数据处理的能力。同时也要深入理解图线交点与电路 工作状态的对应关系。 测定金属的电阻率测定金属的电阻率 实验目的实验目的U(V)1.61.20.80.4I(A)00.10.20.30.40.5图实图实 11-2 甲甲图实图实 11-2 乙乙UI(A)3(1)练习使用螺旋测微器。(2)用伏安法测电阻。(3)测定金属的电阻率。 实验原理实验原理(1)螺旋测微器的使用螺旋测

6、微器是测量长度的仪器之一，在实验中常用它来测量小球的直径、金属丝的直 径、薄板的厚度等。用它测长度可以精确到 0.01mm，还可以估读到 0.001mm(即毫米的千分 位)。因此螺旋测微器又称为千分尺。如图所示为常用的一种，它的小砧 A 和固定刻度 G 固定在框架上，旋钮 K、微凋旋钮 K，和可动刻度 H、测微螺杆 P 连在一起，通过精 密螺纹套在 G 上。精密螺纹的螺距为 o5mm，即每旋转一周，P 前进或后退 05mm，可动刻度分成 50 等分，每一等分表示 0.01mm，即可动 刻度每转过一等分，P 前进或后退 0.01mm。因此从可动刻度旋转了多少个等分就可以知道 长度变化了多少个 0

7、.01mm。(2)伏安法测电阻用电压表测出金属丝两端电压，用电流表测出通过金属丝的电流强度，由欧姆定律： RUI 就可求出电阻值，或者由测出的若干组电压、电流值用描点法画出电阻的伏安特 性图线，由图线的斜率和电阻关系确定。(3)测电阻率用刻度尺测一段金属丝的长度 l，用螺旋测微器测出导线的直径 d用伏安法测出导线 电阻 R，由电阻定律 Rl/s 得：=Rs/l=d2R/4l。 实验器材实验器材 被测金属导线、米尺、螺旋测微器、电流表、电压表、学生电源、电键、滑动变阻器、 导线若干。 实验步骤实验步骤 1用螺旋测微器在被测金属导线上三个不同位置各测一次直径，求出其平均值 d。 2按图(a)或(b

8、)所示电路图连接好电路。 3用毫米刻度尺测量接入电路中被测金属导线 的有效长度，反复测量 3 次，求出其平均值 l。 4把滑线变阻器的滑片调节到使接入电路中的 电阻值最大的位置，电路经检查确定无误后， 闭合电键 S，改变滑线变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表示数 I 和 U 的值，记人表内。断开电键 S，求出导线电阻 R 的平均值。 5.将测得的 R、l、d 的值代人电阻率计算式中，计算出金属导线的电阻率 6拆去实验电路、整理好实验器材。4注意事项注意事项(3)导线(1)测直径 d 时，应在三个不同位置各测量一次，求出平均值。 (2)螺旋测微器读数时，要估读到 0.001mm 位

9、。 长度 l 是连入电路中导线的有效长度，且用米尺测量三次求平均值。 (4)由于被测导线电阻较小约几欧，一般采用电流表外接法。 (5)测量时，电流不宜过大(电流表用 00.6A 量程)，通电时间不宜过长，以免因发热使 电阻率变化. (6)伏安法测电阻时，应改变滑片位置，读出几组电压、电流值，分别算出 R 值，再求 平均 值、或作 U-I 图线求出 R 的平均值。 练习练习 1利用螺旋测微器、米尺和如图所示的器材(其中电流表内阻约 1 欧姆，电压表内阻约 5 千欧)测定一根粗细均匀、阻值约 5 欧姆的金属丝的电阻率。 (1)用实线代导线，将图中器材连成 实物电路图；(电源电动势 6V滑 动变阻器

10、阻值 020 欧姆) (2)实验时，电流表、电压表、螺旋 测微器、米尺的示数如图，则可以 读出：金属丝两端电压 U V，金属丝中电流 I A。金 属丝的直径 d mm。 金属 丝的长度 l cm，根据以上数 据，该金属丝电阻率 p 欧姆米。2在“测定金属的电阻率”实验中，由电阻率的计算式可知，对实验结果的准确性影响最 大的是( ) A.导线直径 d 的测量 B.电压 U 的测量 C电流 I 的测量 D导线长度 L 的测量 测电源的电动势和内阻【知识整合】1实验目的：测电源的电动势和内阻。2实验原理：（1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。如图 1 所示：图 15测出两组_值，就能

11、算出电动势和内阻。原理公式：_（2）用电流表、电阻箱测量。如图 2 所示：测出两组_值，就能算出电动势和内阻。原理公式：_（3）用电压表、电阻箱测量。如图 3 所示：测出两组_值，就能算出电动势和内阻。原理公式：_这几种方法均可测量，下面我们以图 1 所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。3实验器材：电池（待测电源） 、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，坐标纸。4实验步骤：（1）确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。（2）把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。（3）闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组 I、U

12、 值。（4）断开电键，整理好器材。（5）数据处理：在坐标纸上作 UI 图，求出 E、r5注意事项：（1）实验电路图：安培表和滑动变阻器串联后与伏特表并联。（2）测量误差：E、r 测量值均小于真实值。（3）安培表一般选 00.6A 档，伏特表一般选 03V 档。（4）电流不能过大，一般小于 0.5A。【重难点阐释】实验数据的处理是本实验中的一个难点。原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均，也可以将数据描在图上，利用图线解决问题。利用图线处理数据时，要明确：（1）图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流强度 I 增大时，路端电压 U 将随之减小，U与

13、 I 成线性关系，U=E-Ir。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外特性曲线。图 2图 36（2）电阻的伏安特性曲线中，U 与 I 成正比，前提是 R 保持一定，而这里的 U-I 图线中，E、r 不变，外电阻 R 改变，正是 R 的变化，才有 I 和 U 的变化。实验中至少得到 5 组以上实验数据，画在图上拟合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电源电动势 E。横轴截距点（路端电压 U=0）意味着短路情况，它的数值就是短路电流。rE说明

14、：两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得到的。由于 r 一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确，可以将纵轴的坐标不从零开始，计算 r 时选取直线上相距较远的两点求得。【典型例题】例 1：在测一节干电池（电动势约为 1.5V，内阻约为 2）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A 电压表量程为 15V，B 电压表量程为 3V，A 变阻器为（20，3A） ，B 变阻器为（500，0.2A） 。电压表应该选 （填 A 或 B） ，这是因为 。变阻器应该选 （填 A 或 B） ，这是因为 。例 2：如图图中 R 为已知电阻，Rx为待测电阻

15、，K1为单刀单掷开关，K2为单刀双掷开关，V 为电压表（内阻极大） ，E 为电源（内阻不可忽略） 。现用图中电路测量电源电动势 E 及电阻 Rx。（1）写出操作步骤：（2）由 R 及测得的量，可得 E= ，Rx= 。例 3：测量电源 B 的电动势 E 及内阻 r（E 约为4.5V，r 约为 1.5） 。器材：量程 3V 的理想电压表 V，量程 0.5A 的电流表 A（具有一定内阻） ，固定电阻R=4，滑线变阻器 R/，电键 K，导线若干。画出试验电路原理图。图中的元件需要用题目中给出的符号或字母标出。实验中，当电流表读数 I1时，电压表读数为 U1；当电流表读数 I2时，电压表读数为U2。则可以求出 E= ，r= （用 I1、I2、U1、U2及 R 表示）参考答案参考答案7例 1：解析 电动势为 1.5V，而 A 电压表量程为 15 V，若用 A 则很难精确读数，误差太大。B 变阻器电阻太大而额定电流过小，调节不方便。答案：B 、A 电压表量程过大，读数误差较大；A 、B 变阻器额定电流过小，调节不方便。例 2：解析 本题主要考查电路的连线，和电路的识别，电路结构的熟练程度。答案：（1）K1断开，K2接到 a 端，记下电压表的读数 U