1、电路实验审稿：李井军 责编：张金虎目标认知学习目标1了解电流表、电压表的结构、原理，能够熟练地使用它进行测量，读数。2掌握滑动变阻器、电阻箱的构造原理、作用及使用方法。3能够熟练地选择安培表的内接法和外接法测量未知电阻。4理解并运用探究性实验的思想，方法和技能。5能够顺利完成如下实验，明确实验原理，实验方法以及误差分析及实验改进。测定灯泡的伏安特性曲线。探究电阻的决定因素及电阻定律。测定电流表的内阻并能完成电表量程的扩大。测定电源的电动势和内阻。能够熟练地使用多用电表。6能够根据实验目的综合考虑选取合适的实验器材和实验电路。7能够根据实验的要求设计实验方案，解决问题。8学会观察实验现象，处理实
2、验数据，得出实验结论。9掌握常用实验操作规范和技能。学习重点和难点1根据实验的要求选择实验器材、仪表量程和实验电路。2滑动变阻器的分压式和限流式接法的选取。3对实验数据进行处理得出合理的结论。4实验误差分析及采取恰当的措施减少实验误差。知识要点梳理知识点一：电表的工作原理及量程扩大要点诠释：1小量程电流表的构造、工作原理及参数（1）主要部分：永久磁铁和可转动的线圈。（2）工作原理：通电后，线圈在磁场力的作用下偏转，带动指针，指针的偏角与通过指针的电流成正比。（3）表头的三个主要参数内阻 Rg：小量程电流表 G 的电阻。满偏电流 Ig：小量程电流表 G 指针偏转到最大刻度时的电流。满偏电压 Ug
3、：小量程电流表 G 通过满偏电流时它两端的电压，由欧姆定律可知：Ug=IgRg。说明：I g、U g一般比较小，电流表很容易烧坏。在表头 G 的两端加上满偏电压 Ug时，通过表头 G 的电流为满偏电流 Ig，此时，指针指在最大刻度处。2将表头改装成电压表（1）原理：表头 G 的额定电压 Ug较小，如果用于测电压，其量程太小，要想量度较大的电压，可以给电流表串联一个电阻 R，分担一部分电压，R 称为分压电阻，如图所示。（2）分压电阻的计算由串联电路的特点得： ，解得： 。若电压扩大量程的倍数 ，则 R=(n1)R g。说明：电压表内阻 RV=R+Rg，且电压表量程越大，电压表内阻越大。改装后的电
4、压表读数是测量电路的电压，但表头的实际电压为 Rg分得的电压。3把小量程的表头改装成大量程的表电流表（1）原理：要量度比较大的电流，可以给电流表并联一个分流电阻，即扩大了电流表的量程，如图所示。（2）分流电阻的计算：由并联电路特点得：(II g)R=IgRg，即，若电流表扩大量程的倍数 ，则 。说明：电流表内阻 ，且电流表量程越大，电流表内阻越小。改装后的电流表读数是测量电路的电流，不是通过表头的电流。4电流表和电压表的校对电路按如图所示的电路对改装成的电表进行校对，校对时注意搞清楚改装后电表刻度盘每一小格表示多大的数值。知识点二：伏安法测电阻要点诠释：1原理部分电路欧姆定律 。2两种接法如图
5、甲所示，电流表接在电压表两接线柱外侧，通常称“外接法”；如图乙所示，电流表接在电压表两接线柱内侧，通常称“内接法”。3误差分析采用图甲的接法时，由于电压表分流，电流表测出的电流值要比通过电阻 R 的电流大，因而求出的阻值等于待测电阻和电压表内阻的并联值，所以测量值比真实值小。电压表内阻比待测电阻大得越多，测量误差越小，因此测量小电阻时应采取这种接法。采用图乙的接法时，由于电流表的分压，电压表测出的电压值要比电阻 R 两端的电压大，因而求出的是待测电阻与电流表内阻的串联值。所以测量的电阻值比真实值大，待测电阻越大，相对误差越小，因此测量大电阻时应采取这种接法。4伏安法的选择为减小伏安法测电阻的系
6、统误差，应对电流表外接法和内接法作出选择，其方法是：（1）阻值比较法：将待测电阻的阻值与电压表、电流表内阻进行比较，若 ，宜采用电流表外接法；若 ，宜采用电流表内接法。（2）临界值法：令 ，当 时，内接法； 时，外接法。（3）实验试探法：按如图接好电路，让电压表的一根接线 P 先后与 B、C 处接触一下，如果电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法。知识点三：滑动变阻器的两种接法要点诠释：1滑动变阻器的限流接法电路如图所示，其中滑动变阻器的作用是用来控制电路中的电流，移动滑变阻器的滑动片 P 可以改变连入电阻中的阻值
7、，从而控制负载 R 中的电流大小。图中滑动触头滑至 B端时，连入电路中的电阻值为最大值。此时电流最小，因此，在实际电路中，闭合开关前，应将 P 移至 B 端。设电源电动势为 E，则负载 R 两端的电压变化范围为 E。2滑动变阻器的分压接法电路如图所示，其中滑动变阻器的作用是用来调节负载 R 上的电压，由电路分析可知，连接方式为 AP 间的电阻与 R 并联，然后与 PB 间的电阻串联，因此当滑动触头由 A 向 B 滑动时，加在 R 上的电压渐渐增大，所以，在实际电路中，闭合开关前，应将 P 移到 A 端，此时 R 两端的电压为零。设电源电动势为 E，则负载 R 两端的电压变化范围为 0E。3两种
8、接法的比较（1）限流接法起降压限流作用；分压接法起分压、分流作用。（2）用限流接法时，负载电压、电流调节范围比分压电路小，在同样的负载电压下，电路消耗功率比分压电路小。说明：从节能角度分析，两种电路“能限流，不分压”。4两种电路的选择原则（1）要求回路中的某部分电路的电压从零开始连续变化，必须选择分压接法。（2）若采用限流接法，题目所提供的实验仪器，电表量程或电阻的最大允许电流不够，则选择分压接法。（3）滑动变阻器的电阻远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻时，必须选择分压接法。（4）分压、限流都可以时，因为限流时能耗小，优先采用限流接法。说明：当有两个滑动变阻器供选择时，在满足电压、电流调节范
9、围的情况下，选小电阻，这样调节的电压、电流变化就比较均匀，移动相同距离，阻值变化小，便于调节。当滑动变阻器阻值比被测电阻大或差不多时，要用限流接法，此时调控能力较强；如果大很多也不好，此时虽调控能力强，但电流变化不均匀。知识点四：电路实验中器材的选取要点诠释：1基本原则安全不损坏实验仪器精确尽可能减小实验误差方便在保证实验正常进行的前提下，选用的电路和器材应便于操作，读得的数据便于处理。2实验器材的选取（1）电源允许的最大电流要大于电路中的实际电流。（2）用电器的额定电流不能小于电路中的实际电流。（3）电压表和电流表的量程不能小于被测电压和电流的最大值。（4）根据被测电流或电压值的大小选择量程
10、，使得指针偏转不超过所选量程的 ，至少要超过 。知识点五：实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线要点诠释：1实验目的（1）掌握伏安法测电阻的电路设计（关键是内、外接法的特点）。（2）理解小灯泡的伏安特性曲线为什么不是过原点的一条直线。2实验原理由于电流增大，电灯泡的功率也增大，温度升高，电灯灯丝材料的电阻增大，所以灯丝电阻并不是一个定值，电流与电压成正比在此并不适用，由于电流越大，灯丝电阻越大，它的伏安特性曲线（IU 图线）并不是一条直线，如图所示，在该曲线上，任意一点与原点连线的斜率表示该点的电阻的倒数，斜率越小，电阻越大。3实验器材“4V 0.7 A”或“3.8 V 0.3 A”的小灯泡，46 V
11、 学生电源（或 34 个电池组），0100 的滑动变阻器，015 V 的电压表，03 A 的电流表，开关一个，导线若干。4实验步骤（1）选择合适的仪器按如图所示的电路连接好。（2）将滑动变阻器滑到 A 端后，闭合开关。（3）使滑动变阻器的值由小到大逐渐改变，在灯泡额定电压范围内读取数组不同的电压值和电流值，并制表记录。（4）断开开关，拆下导线，将仪器恢复原状。（5）以 I 为纵轴，U 为横轴，画出 IU 曲线并进行分析。5注意事项（1）由于被测小灯泡灯丝电阻较小，因此应采用电流表外接法。（2）本实验要作 IU 图线，需多测几组包括零在内的电压，电流值（大约 12 组），因此变阻器要采用分压接法
12、。（3）开关闭合前滑动变阻器滑到所分电压为零处。（4）开关闭合后，调节滑动变阻器滑片的位置，使小灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值（如 0.5 V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压。（5）在坐标纸上建立一个直角坐标系，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；要用平滑的曲线将各数据点连接起来，误差较大的点，应舍去。知识点六：测定金属的电阻率要点诠释：（1）实验目的掌握电流表、电压表的使用原则和读数方法，滑动变阻器的使用方法。学会正确地使用螺旋测微器，掌握螺旋测微器的读数规则。掌握用伏安法测电阻的方法。测定金属的电阻
13、率。（2）实验原理把金属丝接入电路中，用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测通过金属丝中的电流，利用欧姆定律 得到金属丝的电阻 R。用毫米刻度尺量得金属丝的长度 ，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积 S。利用电阻定律 ，得出金属丝电阻率的公式 （3）注意事项用螺旋测微器测金属导线的直径应在三个不同位置各测一次，求其平均值。用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，应至少测量 3 次，求其平均值 L。本实验中被测金属导线电阻较小，因此采用电流表外接法。滑动变阻器采用限流接法还是分压接法，可根据实验要求或提供的器材规格进行选择。伏安法测电阻时，通电金属导体的电流不宜过大，通过时间
14、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。知识点七：用半偏法测电表内阻要点诠释：1用“半偏法”测电流表的内阻（1）测量原理：电路如图所示。第一步，闭合 S1，调节 R1使指针满偏；第二步，再闭合 S2，调节电阻箱 R2，使 A 指针半偏，读出 R2的值，则 Rg=R2。说明：实验中，要在满足 A 能满偏的前提下使 R1R g。（2）误差分析：设电源电动势为 E，电阻忽略不计，在 S1闭合，S 2断开，A 满偏时，有 ，当 S2也闭合，A 半偏时，有，由可得 ，故 ，测量值 R2比 Rg偏小。所以要减小误差，应使 R1R g。2用“半偏法”测电压表的内阻（1）实验过
15、程：实验电路如图所示，闭合 S 之前，电阻箱 R 的阻值调到零，滑动变阻器 R的滑片 P 滑到左端。闭合开关 S，调节滑动片 P 的位置使 V 表示数为满刻度 U0；保持滑动变阻器滑动片位置不变，再调节电阻箱的阻值，使 V 表示数变为 ，读取电阻箱的阻值 R，则有 RV=R。（2）误差分析：考虑到实际情况，当 V 表示数调为满刻度 U0后，再凋电阻箱阻值，使 V 表示数变为 时，加到 V 表与 R 两端的电压值实际已超过 U0，即此时电阻箱两端的电压值已大于 。 因此，RR V， 即 R V 测 R V 真 ，此种方法测量值偏大。知识点八：多用电表的测量原理和使用要点诠释：1多用电表的测量原理（1）测直流电流和直流电压的原理这一原理实际上是电路的分流和分压原理，按照下图，将其中的转换开关接 1 或者 2时测直流电流，接 3 或 4 时测直流电压，转换开关接 5 时，测电阻。（2）多用电表电阻挡（欧姆档）测量电阻原理多用电表欧姆挡测量电阻电路原理如图所示，当待测电阻 R，接入图示电路后形成了闭合电路，则闭合电路欧姆定律可知，流过表头的电流为： 。式中 r是 R1和 R2串联后与 Rg并联的等效电阻，R是 R5和 R6串联等效电阻，此式可得，可见，R x与 I 有着一一对应关系，如果在刻度盘上有直接标出与 Ix
