1、物理恒定电流实验实验 1.描绘小灯泡的伏安特性曲线【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【实验原理】在纯电阻电路中，电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，也就是 U-I 曲线是条过原点的直线。但是实际电路中由于各种因素的影响， U-I 曲线就可能不是直线。如图 3-1 所示，根据分压电路的分压作用，当滑片 C 由 A 端向 B 端逐渐移动时，流过小电珠（“3.8V、0.3A”或“4V、0.7A” ）的电流和小电珠两端的电压，由零开始逐渐变化，分别由电流表、电压表示出其值大小，将各组 I、 U 值描绘到 U-I 坐标上，用平滑的曲线连接各点，即得到小灯泡的伏安特
2、性曲线。 金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而测得一段金属导体的电阻随温度发生相应变化。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阻值的变化，从而了解它的导电特性。【步骤规范】实验步骤 操作规范一.连接实验电路1对电流表、电压表进行机械调零2布列实验器材，接图 3-1 连接实验电路，电流表量程 0.6A，电压表量程 3V1若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对。2电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器的电阻置于阻值最大；电线连接无“丁”字形接线。二读取 I、U 数据1将滑动变阻器的滑片 C 向另一端滑动，读取一组电流表和电压表的读数2逐渐移动
3、滑动变阻器的阻值，在“03.8V”或“04V”范围内记录 12 组电压值 U 和相应的电流值 I1使电路中灯泡两端电压从 0 开始逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据记录在表中。调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压2电流表和电压表读数要有估读三描绘图线将 12 组 U、I 值，描绘到 IU 坐标上，画出 IU 曲线在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来。【注意事项】1本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此实验电路必须
4、采用电流表外接法2因本实验要作 IU 图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法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，可在伏特表读数每增加一个定值（如 0.5V）时，读取一次电流值，并将数据（要求两位有效数字）记录在表中调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压4在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，两坐标轴选取的标度要合理，使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸；要用平滑曲线将各数据点连接起来。【典型例题】例一某同学用如图 1 所示电路，测绘标有“3.8V ，0.3A”的小灯泡的灯丝电阻 R 随电压 U 变化的图
5、象除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择：电流表：A 1（量程 100mA，内阻约 2） 、A 2（量程 0.6A，内阻 0.3） ；电压表：V 1（量程5V，内阻约 5k） 、V 2（量程 15V，内阻约 15k） ；滑动变阻器：R 1（阻值范围 0-100） 、R2（阻值范围 0-2k） ；电源： E1（电动势为 1.5V，内阻为 0.2） 、E 2（电动势为 4V，内阻约为 0.04） 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 R-U 的图象如图 2 所示由图象可知，此灯泡在不工作时，灯丝电阻为_；当所加电
6、压为 3.00V 时，灯丝电阻为 _，灯泡实际消耗的电功率为_W根据 R-U 图象，可确定小灯泡耗电功率 P 与外加电压 U 的关系符合该关系的示意图是下列图中的_例 2“220V100W”的白炽灯泡 A 和“220V60W”的白炽灯泡 B 的伏安特性曲线如图所示若将两灯泡并联接在 110V 的电源上时，两灯泡实际消耗的功率为多大？例 3 （04 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）：（1）在左下框中画出实验电路图.可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围 010） 、电源、小灯泡、电键、导线
7、若干.（2）在右图中画出小灯泡的 UI 曲线.（3）如果实验中已知电池的电动势是 1.5V，内阻是 2.0.问：将本题中的灯泡接在该电池两端，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（2）小题的方格图中）I（A） 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50U（V） 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00【实验目的】1练习使用螺旋测微器；2学会用伏安法测电阻；3测定金属的电阻率【实验原理】1.根据电阻定律有，金属的电阻率 因此，只要测出金属丝的长度l，横截
8、面积 S 和导线的电阻 R，就可以求出金属丝的电阻率 根 据 部 分 电 路 的 欧 姆 定 律 可 知 R=U/I只 要 测 出 金 属 丝 两 端 的 电 压 U和 金 属 丝 中 的 电流 I， 就 可 以 测 出 金 属 丝 的 电 阻 即 用 伏 安 法 测 出 金 属 丝 的 电 阻 R 金 属 丝 的 长 度 l可 以用 米 尺 测 量 金 属 丝 的 横 截 面 积 S由 金 属 丝 的 直 径 d算 出 ， 即 S= d2/4 由 于 金 属 丝 的 直 径 较 小 ， 因此 需 要 用 比 较 精 密 的 测 量 长 度 的 仪 器 螺 旋 测 微 器 来 测 量 这 就
9、是 本 实 验 的 实 验 原理 若 用 实 验 中 直 接 测 出 的 物 理 量 来 表 示 电 阻 率 ， 则 金 属 丝 的 电 阻 率 的 表 达 式 为2 在 测 定 金 属 线 的 电 阻 时 ， 为 了 防 止 金 属 线 过 热 造 成 金 属 线 的 长 度 及 电 阻率 的 变 化 ， 因 此 ， 流 过 金 属 线 的 电 流 不 宜 太 大 【步骤规范】实 验 步 骤 操 作 规 范一测量金属导线的直径1观察螺旋测微器两小砧合拢时，可动刻度上的零刻度线和固定刻度上的零刻度线是否重合，观察螺旋测微器的最小分度值2将金属导线放在螺旋测微器的小砧和测微螺杆之间，正确操作螺旋
10、测微器，测出金属导线的直径3在金属导线的不同位置、不同方向上，再测两次，求出平均值1螺旋测微器的最小分度是 0.01mm，应估读到0.001mm2螺旋测微器的正确握法是：用左手食指侧面和大拇指握住框架塑料防热片的左侧，用右手大拇指和食指旋动旋钮调节旋钮时，应先用粗调旋钮，使小砧与金属导线接近，然后改用微调旋钮推进活动小砧，当听到棘轮打滑空转并发出“咯咯”声时，才可读数读数时，先读出固定刻度上的毫米整数部分（注意半毫米刻度线是否露出） ，再读出可动刻度的值（如半毫米刻度线已露出，应加上 0.500mm） ，作后读出估读值二用伏安法测金属导线的电阻1对电流表、电压表进行机械调零2将金属导线拉直，固
11、定在木条上3按图连接电路1.若表针不在零位，用螺旋刀旋动机械调零螺钉，使其对正2连接电路前，先布列仪器，使其位置合适，然后先电阻、后电表依次连接电路，电源最后接电键接入电路时，应处于断开位置实验 2:测定金属的电阻率4闭合电键，调节滑动变阻器，读取三组I、U 值5计算三组 I、U 值对应的电阻值，取其平均值闭合电键前，变阻器阻值应最大导线的连接处必须在接线柱上（无“丁”字形接线）3电流表、电压表量程合适每次实验通电时间不宜过长，电流不宜过大，并应及时切断电源I、U 值读数准确，有估读。三测量金属导线的长度1用毫米刻度尺测量固定在木条上连入电路中的金属导线的长度2以毫米刻度尺的不同起点再测两次3
12、算出金属导线长度平均值测量时，刻度尺的刻度应贴近金属导线；视线要跟尺垂直；有估读（即读出 0.1mm）【螺 旋 测 微 器 的 读 数 】读 数 时 ， 被 测 物 体 长 度 大 于 o 5 mm的 部 分 在 固 定 刻 度 上 读 出 ， 不 足 o 5 mm的 部分 在 可 动 刻 度 上 读 出 ， 读 可 动 刻 度 示 数 时 ， 还 要 注 意 估 读 一 位 数 字 螺 旋 测 微 器 的 读数 可 用 下 面 公 式 表 示 ：螺 旋 测 微 器 的 读 数 固 定 刻 度 上 的 读 数 +可 动 刻 度 上 的 格 数 精 确 度 o.01 mm【典型例题】例 1、在“
13、测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测量金属丝的长度L=0.810m。金属丝的电阻大约为 4。先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率。（1）从图中读出金属丝的直径 D 为_mm。 （2）在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测的电阻丝外，还有如下供选择的实验器材： 直流电源：电动势约 4.5V，内阻很小； 电流表 A1：量程 00.6A ，内阻 0.125； 电流表 A2：量程 03.0A，内阻0.025； 电压表 V：量程 03V，内阻 3k； 滑动变阻器 R1：最大阻值 10； 滑动变阻器 R2：最大阻值 50； 开关
14、、导线等。 在可供选择的器材中，应该选用的电流表是_，应该选用的滑动变阻器是_。 （3）根据所选的器材，画出实验电路图。（4）若根据伏安法测出电阻丝的电阻为 Rx，则这种金属材料的电阻率表达式为_。（用字母表示）例2、 在“测定金属电阻率”的实验中，用千分尺测量金属丝的直径，利用伏安法测量金属丝的电阻，千分尺示数及电流表、电压表的示数都如图所示，则可读出该金属丝的直径是_mm，金属丝的电阻值_（本空要求两位有效数字） 。除此以外，还需要测量的物理量是_例 3在实验室，由于不知是何种材料，也不知其大约阻值，于是，他用多用电表先粗测该材料一段样品的电阻，经正确操作后，用“100W”档时发现指针偏转
15、情况如图所示，则他应该换用 档（填“10W”或“1k” ）重新测量。换档后，在测量前先要 。实验 3：把电流表改装成电压表【实验目的】1掌握半偏法测电流表内阻的实验方法；2了解电压表的改装过程和原理。【实验原理】 1将一只满偏电流为 Ig的电流表改装为量程为 U 的电压表，只须将电流表串联一个分压电阻 R。由于 Ig=U/(Rg+R)，故分压电阻可由下式计算 R=U/I g-Rg因此，必须先测出该电流表的内阻 Rg。2断开 S2，接通 S1，调节可变电阻 R，使电流表指针偏转到满刻度（满偏） 。再接通 S2，当满足条件 RR g，则可认为接通 S1后干路中的电流不变，调节电阻箱 R的阻值，由此
16、可从电阻箱的示数读出电流表的内阻 Rg。 为直接读取可变电阻 R的准确值，R应选用电阻箱，且电阻箱的最大阻值应大于电流表内阻的估计值。【步骤规范】实 验 步 骤 操 作 规 范一、测定电流表的内阻1观察电流表的满偏电流值（或查阅电流表说明书） ，并将电流表的刻度值记在图 5-3 所示的刻度盘的下方。2对电流表进行机械调零3按图 5-2 连接电路4测量电流表内阻（1）断开 S2，接通 K1，调节 R 使电流表满偏（2）接通 S2，调节 R到电流表半偏（3）记下 R值，即为电流表的内阻（4）切断电源、拆除电路1若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对。2 （1）连接电路前先辨明电流表的正
17、负接线柱，并布列好仪器，使位置合适，方便实验。（2）依次序接线，最后接通电路前，电键 S1断开，可变电阻 R 置于阻值最大位置3 （1）R 由大到小慢慢调节，使电流表指针偏角平稳地增大到满偏，通过电流表的电流不超过量程。若变阻器 R 调至最大后，试触 S1还超过了电流表量程，则应再串联一个定值电阻或降低电源电压（2）在闭合 S2调节 R至电流表半偏的过程中，应保持 R 的阻值不变（3）读出 R后即暂时切断电源（4）全部测量完成无误后，再拆去电路二、将电流表改装为电压表1由式 R=U/Ig-Rg求出将电流表改装为量程为 U（一般可取 U=3V，或由教师给定）的电压表所需串联的附加电阻 R2在电阻
18、箱上取电阻 R，并串联在电流表上，即组装成如图 5-1 所示的量程为 U 的电压表3作出改装好的电压表表头刻度盘的示意图，确认它的最小分度值1确认附加电阻的计算无误2阻值为 R 的电阻箱与电流表串联。3将改装后电压表的刻度值记在图 5-3 所示的刻度盘上，并适当分度。4附加电阻 R（电阻箱）的值一经确定，就不能再变。三把改装好的电压表与标准电压表进行校对1按图 3 所示电路进行连接，其中 V 是 是标准电压表2改变变阻器 R2滑片位置，使 V 的示数分别为 0.5V、1V、1.5V、2V，并核对改装的电1合上电键 S 前，变阻器 R2的滑片应置于图5-4 中的最左端2核对时要注意搞清楚改装后电
19、流表刻度盘上每一小格表示多大电压可变电阻 R 的选择依据是：当 Ig、 Rg、 E 给定时，由全电路欧姆定律，有 R=E/Ig-r-Rg（由于通常 r+Rg Rg的条件（实际使用时 R100R g即可） 。图 2图 5-3压表的示数是否正确【注意事项】 1本实验比较复杂，因此先必须把实验步骤确定好：第一步测 Rg；第二步：计算分压电阻 R1；第三步校对改装后的伏特表2测电流表的内阻时，闭合 S1前，变阻器 R 应调至电阻最大值，以免闭合 S1后通过电流表电流过大，而损坏电流表若变阻器调至最大后，试触 S1还超过了电流表量程，则应再串联一个定值电阻或降低电源电压3S 2闭合后，在调节 R时，不能
20、再改变 R 的阻值，否则将改变电路的总电流，从而影响实验的精确度4在校准电路中，要对改装表从零到满量程校准，所以变阻器必须采用分压式接法【典型例题】例一：在把电流表改装成电压表的实验中，需要利用如图所示的电路测定电流表的内阻，其主要操作步骤如下：接通 S1，调节 R1，使电流表指针偏转到满刻度； 再接通 S2，调节 R2，使电流表指针偏转到满刻度的一半；读出 R2的阻值，即认为电流表的内阻 rg=R2来源:Zxxk.Com现备有如下器材：A电流表(量程 0100A，内阻约为 100) B电阻箱(范围 010) C电阻箱(范围 09 999 ) D电阻箱(范围 099 999 ) E滑动变阻器(
21、范围0200 ) F电源(电动势 3V，内阻不计)G开关和若干导线(1)电路图中 R1应选_，R 2应选_。(填入所选器材的字母代号)(2)实验中读得 R2的阻值为 100，若将此电流表改装成量程为 3V 的电压表，应 _联一个阻值为_ 的电阻。(3)若用此改装表去测量一稳恒电压，则测量值和真实值相比_(填“偏大”或“偏小”) 。例二：（1）图中给出的是用螺旋测微器测量一金属薄板厚度时的示数，此读数应为mm。（2）实验室内有一电压表 mV ，量程为 150mV，内阻约为 150。现要将其改装成量程为10mA 的电流表，并进行校准。为此，实验室提供如下器材：干电池 E(电动势为 1.5V)，电阻
22、箱 R，滑线变阻器 R，电流表 A (有 1.5mA，15mA 与 150mA 三个量程)及开关 K。(a)对电表改装时必须知道电压表的内阻。可用图示的电路测量电压表的内阻。在既不损坏仪器又能使精确度尽可能高的条件下，电路中电流表 A 应选用的量程是 。若合上 K，调节滑线变阻器后测得电压表的读数为 150V，电流表 A 的读数为 1.05mA，则电压表的内阻 为 。(取三位有效数字 )实验 4：测定电源的电动势和内阻【实验目的】测定电池的电动势和内电阻【实验原理】 由闭合电路的欧姆定律 E =U+Ir 知，路端电压 U=EIr，对给定的电源， E、 r 为常量，因此路端电压 U 是电流 I
23、的一次函数。将电池、电流表、电压表，可变电阻连接成如图所示的电路，改变可变电阻 R的阻值，可以测得多组 I、 U 值。将它们描在 UI 坐标中，图线应该是一条直线。显然，直线在 U 坐标上的截距值就是电池电动势，直线斜率的绝对值就是电池的内阻的大小。上述用作图的方法得出实验结果的方法，具有直观、简便的优点。【步骤规范】实 验 步 骤 操 作 规 范一.连接实验电路1将电流表、电压表机械调零2布列实验器材，接图连接实验电路1若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对2实验器材应放置在合适的位置，应使电键、滑动变阻器便于操作；电表刻度盘应正对实验者电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，
24、滑动变阻器阻值置于最大；导线连接无“丁”字形接线电流表量程 0.6A，电压表量程 3V二读取 I、U 数据1调节滑动变阻器的阻值，闭合电键，读取一组电流表和电压表的读数2改变滑动变阻器的阻值，闭合电键，读取电流表和电压表读数，共测 8-10 组1滑动变阻器的阻值由大到小变化，使电路中电流从小到大平稳地改变，适时地读取 I、U 读数电流表和电压表读数正确，有估读必要时要及时改变电表量程2每次实验后，都要及时断开电源【注意事项】1使用内阻大些（用过一段时间）的干电池，在实验中不要将 I 调得过大，每次读完U、I 读数立即断电，以免于电池在大电流放电时极化现象过重，E、r 明显变化2在画 UI 图线
25、时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧，而不要顾及个别离开较远的点以AVRSE r减少偶然误差3干电池内阻较小时 U 的变化较小，坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况，下部大面积空间得不到利用，为此可使坐标不从零开始，如图乙所示，把坐标的比例放大，可使结果的误差减小些此时图线与横轴交点不表示短路电流计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点，用r=|U/I|计算出电池的内阻 r【典型例题】例 1在测定一节干电池（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） ，
26、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、某同学按如图所示电路进行实验，实验时该同学将变阻器的触片 P移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示：（理想电表）序号 A1示数(A) A2示数(A) V1示数(V) V2示数(V)1 0.60 0.30 2.40 1.202 0.44 0.32 2.56 0.48（1）电路中 E、r 分别为电源的电动势和内阻，R 1、R 2、R 3为定值电值，在这五个物理量中，可根据上表中的数据求得的物理量（不要求具体计算）_。（3）由于电路发生故障，发现两电流表示数相同了
27、（但不为零），若这种情况的发生是由用电器引起的，则可能的故障原因是_例 3、测量电源 B 的电动势 E 及内阻 r（E 约为 45V，r 约为 15） 。器材：量程 3V 的理想电压表 ，量程 05A 的电流表 （具有一定内阻） ，固定电阻 V AR=4，滑线变阻器 R，电键 K，导线若干。画出实验电路原理图。图中各无件需用题目中给出的符号或字母标出。实验中，当电流表读数为 I1时，电压表读数为 U1；当电流表读数为 I2时，电压表读数为 U2。则可以求出 E= ，r= 。 （用 I1，I 2，U 1，U 2及 R 表示）例4、在“测定电源电动势和内电阻”的实验中(1)图为某同学连接的用伏安法
28、测干电池的电动势和内电阻的实验电路，指出错误及不合要求处并改正A B C (2)某同学分别用新旧两个干电池做实验，根据实验数据画出的UI图象中两条图线a和b，则 是旧电池对应的图线。（3）若实验室由于缺少安培表，有几组需利用伏特表和电阻箱、 （符号 ）开关、导线组成电路进行测量A、在方框中画出电路图B、写出计算电动势和内电阻的表达式= r= 。例5、 一种供仪器使用的小型电池标称电压为9V，允许电池输出的最大电流为50mA，为了测定这个电池的电动势和内电阻，实验室利用了图1所示电路，图中电压表内阻很大，可不考虑对电路的影响，R为电阻箱，阻值范围为09999,R 0是保护电阻。（1）实验室中备有
29、的定值电阻有以下几种规格：A.10 5W B.150 1/2W C.2001/4W D.1.2k1W。 。实验时，R 0应选用 （填字母代号）较好。（2）在实验中，当变阻箱各旋钮调到2所示位置后，闭合开关，电压表示数为9.0V，变阻箱此时电阻为 。电路中通过电阻箱电流为 mA。（3）断开开关，调整电阻箱阻值，再闭合开关，读取电压表示数，重复多次，取得数据后，作出如图（3）所示图线，由图线求得电动势 E=_V，内电阻r=_实验 5：练习用多用电表【实验目的】1学习多用电表的一般使用方法2练习用多用电表探测黑箱内的电学元件3了解晶体二极管的单向导电性及其符号【实验原理】多用电表（如图所示）可以用来测量直流电流、直流电压、交变电流、交变电压、电阻等多种电学量。左图多用电表的上半部分为表盘，下半部分为选择开关，周围标有测量功能的区域及量程。将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表被接通；将多用电表的选择开关旋转到电阻挡，多用电表内的欧姆表电路就被接通。欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的。其电路如图所E rGR红表笔 黑表笔
