专题
十三
电学实验
考向预测
电学实验每年都考，主要体现在：(1)基本仪器的原理和使用；(2)基本的实验目的、原理和实验思想，如实验器材的选取，电流表的内、外接法及滑动变阻器的连接方式、电路故障的分析等；(3)处理实验数据的基本方法，如图象法、平均值法等。
知识与技巧的梳理
电学实验
1、测定金属的电阻率（螺旋测微器的使用）
2、描绘小灯泡的伏安特性曲线
3、把电流表改成电压表
4、测定电源的电动势和内阻
5、多用电表的使用
6、示波器的使用
7、传感器的简单使用
1、测定金属的电阻率
[实验目的]
用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。
[实验原理]
根据电阻定律公式R= ，只要测量出金属导线的长度 和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。
[实验器材]
被测金属导线，直流电源（4V），电流表(0-0.6A)，电压表（0-3V），滑动变阻器（50Ω），电键，导线
若干，螺旋测微器，米尺等。
[实验步骤]
1．用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S。
2．按如图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路。
3．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，反复测量3次，求出其平均值 。
4．把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S。改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。
5．将测得的R、 、d值，代入电阻率计算公式 中，计算出金属导线的电阻率。
6．拆去实验线路，整理好实验器材。
[注意事项]
1．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两接入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。
2．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。
3．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。
4．闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。
5．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用0~0.6A量程），通电时间不宜过长，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变化。
[例题]
1．在“测定金属的电阻率”实验中，以下操作中错误的是
A．用米尺量出金属丝的全长三次，算出其平均值 B．用螺旋测微器在金属丝三个不同部位各测量一次直径，算出其平均值
C．用伏安法测电阻时采用安培表的内接线路，多次测量后算出其平均值 D．实验中应保持金属丝的温度不变
答案：AC
2．欲用伏安法测定一段阻值约为5 左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：
A．电池组（3V，内阻1 ）； B．电流表（0~3A，内阻0.0125 ）
C．电流表（0~0.6A，内阻0.125 ） D．电压表（0~3V，内阻3k ）
E．电压表（0~15V，内阻15k ） F．滑动变阻器（0~20 ，额定电流1A）
G．滑动变阻器（0~2000 ，额定电流0.3A） H．电键、导线。
（1）上述器材中应选用的是________。（填写各器材的字母代号）
（2）实验电路应采用电流表________接法。（填“内”或“外”）
（3）将图中给定的器材连成实验电路。
答案：（1）ACDFH；（2）外；（3）略。
2、描绘小灯泡的伏安特性曲线
实验目的及教学目标
1、描绘小灯泡的伏安特性曲线；
2、分析曲线的变化规律并得出结论；
3、能根据题目给出的实验数据，正确描出实验曲线，并由此计算相关物理量；能正确选择适的仪表和器材，选择适的量程和进行正确的实物连路，
4、能处理相关的拓展性的实验课题；能够根据伏安特性曲线求出功率或导体电阻大小。
实验原理
在纯电阻电路中，电阻两端的电压与通过电阻的电流是线性关系，但在实际电路中，由于各种因素的影响，U—I图像不再是一条直线。读出若干组小灯泡的电压U和电流I，然后在坐标纸上以U为纵轴，以I为横轴画出U—I曲线。
实验器材
小灯泡、4V～6V学生电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干。
实验步骤
1、适当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。
2、滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端，电路经检查无误后，闭合电键S。
3、改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U，记入记录表格内，断开电键S；
4、在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，用平滑曲线将各点连接起来，便得到伏安特性曲线。
5、拆去实验线路，整理好实验器材。
注意事项
1、因本实验要作出I—U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；
2、本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法；
3、电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，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0.5V）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、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；
5、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定用平滑的曲线，不能画成折线。
误差分析
1、测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；
2、描绘I—U线时作图不准确造成的偶然误差。
3、把电流表改装为电压表
实验目的
用半偏法测定电流表的内阻；把电流表改装成电压表
实验器材
电源，导线，开关，电阻箱，电位器，滑动变阻器，电流表，标准电压表
R
R＇
S2
S1
G
图8-1
实验步骤
1．半偏法测电流表内阻
（1）按图8-1所示连好电路，图中R用电位器，R＇用电阻箱。
（2）合上开关S1，调整R的阻值，使电流表指针偏转到满刻度Ig。
（3）合上开关S2，调整Rˊ的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半。读出电阻箱的阻值，当R比Rˊ大得多时， ，可认为rg= Rˊ。
2．改装
（4）算出电流表的满偏电压Ug= 。
（5）如果把电流表改装成量程为U=2V的电压表，计算应串联的电阻值R1。
（6）将电阻箱阻值调为R1，把电流表跟电阻箱串联起来。
3．核对
（7）按图8-2所示连好电路，并使变阻器R2的滑片在分压值最小的位置。
G
V
R1
R2
S
图8-2
（8）改变变阻器R2的滑片位置，使标准电压表V的示数分别为0.5V、1.0V、1.5V、2.0V，并核对改装的电压表的示数是否正确。
4．计算百分误差
（9）将改装成的电压表调到满偏。
（10）读出标准电压表的示数。
（11）计算改装电压表满偏刻度的百分差。
实验记录和结果
电流表满偏电流Ig=
电流表内阻rg=
改装成量程为U=2V的电压表时应串联的分压电阻R= （计算式）= （代入数据）=
图8-3
思考练习题
1．用半偏法测电流表内阻的实验中，将原并联在电流表两端的电阻箱改换成滑动变阻器是否可以？为什么？
2．图8-3是测电流表内阻的实验电路图，下列说法中正确的是
A．开关接通前，必须调节到高阻处
B．开关S2接通前，R2的阻值无需调节
C．当电流示数从满偏电流Ig调到半偏电流Ig/2时，R2中电流强度稍大于Ig/2
D．R1阻值的大小，对实验误差没有影响。
3、如果条件可以，为提高本实验的测量结果的准确性，电源的电动势是稍大一些好还是稍小一些好？为什么？
4．在测定电流表的内阻的实验中备有的器材有
A、 电流表（量程0~10mA）.
B、 标准电压表（量程0~5V）.
C、 电阻箱（阻值范围0~9999Ω）.
D、 电阻箱（阻值范围0~99999）.
E、 电源（电动势2V，有内阻）.
F、 电源（电动势6V，有内阻）.
G、滑动变阻器（组值范围0~50Ω，额定电流1.5A）
还有若干开关和导线.
(1)如果采用图8-3所示的电路测定电流表G的内阻，并且要想得到较高的精确度，那么从以上备用的器件中，可变电阻R1应选用 ，可变电阻R2应选用 ，电源E应选用 。（用字母代号填写）
（2）如果实验要进行的步骤有
A．合上S1
B．合上S2
C．观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大。
D．调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度。
E．调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度一半。
F．记下R2的阻值。 图8-4
把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序写在下面横线上：
（3）如果在步骤F中所得R2的阻值为600Ω，则被测电流表rg的内阻的测量值为 Ω。
（4）电流表内阻的测量值r测与其真实值r真的大小关系是r测 r真.（填“>”“
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