学生实验1描绘小灯泡的伏安特性曲线
一、滑动变阻器的限流接法和分压接法
1．两种接法比较
方式
内容
限流式接法
分压式接法
对比说明
两种接法电路图
串、并联关系不同
负载R上电压调节范围
≤U≤E
0≤U≤E
分压电路调节范围大
负载R上电流调节范围
≤I≤
0≤I≤
分压电路调节范围大
闭合S前触头位置
b端
a端
都是为了保护电路元件
由上表可以看出：滑动变阻器的分压式接法中，电压和电流的调节范围大，限流式接法较节能．
2．两种接法的选择
(2)两种接法的适用条件
①限流式接法适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不多或比滑动变阻器的总电阻还小)．
②分压式接法适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)．
③如果R很小，限流式接法中滑动变阻器分得电压较大，调节范围也比较大．R很大时，分压式接法中R几乎不影响电压的分配，滑片移动时，电压变化接近线性关系，便于调节．
a．若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，则必须选用分压式接法．
b．若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化不明显，此时，应改用分压电路．
c．若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式接法．
d．两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．
二、描绘小电珠的伏安特性曲线
实验目的
1．描绘小电珠的伏安特性曲线．
2．分析小电珠伏安特性曲线的变化规律．
实验原理
1．用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组(U，I)值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．
2．电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用分压式接法，使电压能从零开始连续变化．
实验器材
小电珠(3.8 V,0.3 A)或(2.5 V,0.6 A)一个、电压表(0～3 V～15 V)与电流表(0～0.6 A～3 A)各一个、滑动变阻器(最大阻值20 Ω)一个、学生低压直流电源(或电池组)、开关一个、导线若干、坐标纸、铅笔．
实验步骤
1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，滑动变阻器采用分压式接法，按图的原理图连接好实验电路．
2．把滑动变阻器的滑片调节到图中最左端，接线经检查无误后闭合开关S.
3．移动滑动变阻器滑片位置，测出多组不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入表格中，断开开关S.
U(V)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
I(A)
U(V)
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
3.8
I(A)
4．拆除电路，整理仪器．
数据处理
1．在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．
2．在坐标纸上描出各组数据所对应的点．(坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜)
3．将描出的点用平滑的曲线连结起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线．
误差分析
1．由于电压表、电流表不是理想电表，电表内阻对电路的影响会带来误差．
2．电流表、电压表的读数带来误差，要严格按照读数规则读数．
3．在坐标纸上描点、作图带来操作误差．
注意事项
1．电路的连接方式
(1)电流表应采用外接法，因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小，与0～0.6 A的电流表串联时，电流表的分压影响很大．
(2)滑动变阻器应采用分压式接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化.
2．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝．
3．I－U图线在U0＝1.0 V左右将发生明显弯曲，故在U0＝1.0 V左右描点要密，以防出现较大误差．
4．电流表选择0.6 A量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即若使用“3.8 V,0.3 A”的小电珠，选用电压表的15 V量程；若使用“2.5 V,0.6 A”的小电珠，则选用电压表的3 V量程．
5．当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录后马上断开开关．
6．误差较大的点要舍去，I－U图线应是平滑曲线而非折线．
易记图：
巩固训练：
1. 在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，应( )
A．采用电流表内接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻小得多
B．采用电流表内接法，因为小灯泡的电阻比电流表内阻大得多
C．采用电流表外接法，因为小灯泡的电阻比电压表内阻小得多
D．采用电流表外接法，因为小灯泡的电阻比电流表内阻大得多
2.在图甲所示的电路中，电源电动势为3.0 V，内阻不计，A1、A2、A3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，当开关S闭合后( )
A．通过A1的电流为通过A2的电流的2倍
B．A1的电阻为7.5 Ω
C．A1消耗的电功率为0.75 W
D．A2消耗的电功率为0.375 W
3.在描绘小灯泡的伏安特性曲线时，采用如图所示的电路，实验中发现移动滑动变阻器的滑片时，电流表的示数变化而电压表的指针不动，下列原因可能的是( )
A．灯泡中灯丝已烧断
B．滑片接触不良
C．灯泡内部短路
D．滑动变阻器A端接触不良
4. 以下是“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的操作步骤：
A．闭合开关，记下电压表、电流表的一组示数(U，I)，移动滑动变阻器的滑片位置，每移动一次记下一组(U，I)值，共测出12组左右的数据．
B．将电流表、电压表、滑动变阻器、灯泡、电源、开关正确连接成电路，电流表外接，滑动变阻器采用分压式接法，如图所示．
C．调节滑片位置，使闭合开关前滑片处于滑动变阻器的最左端．
D．按所测数据，在坐标纸上描点并将各点用直线连接起来，得出小灯泡的伏安特性曲线．
(1)以上各步骤中存在错误或不足的是__________．
(2)将各步骤纠正后，按实验先后顺序排列起来__________．
5. 2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们对石墨烯的研究．他们最初是用透明胶带从石墨晶体上“粘”出一片石墨烯的．我们平常所用的铅笔芯中就含有石墨，能导电．某同学设计了探究铅笔芯伏安特性曲线的实验，得到如下数据(I和U分别表示通过铅笔芯的电流和其两端的电压)：实验室提供如下器材：
U/V
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
I/A
0.00
0.10
0.18
0.34
0.38
0.48
A.电流表A1(量程0.6 A，内阻约为1.0 Ω)
B．电流表A2(量程3 A，内阻约为0.1 Ω)
C．电压表V1(量程3 V，内阻3 kΩ)
D．电压表V2(量程15 V，内阻15 kΩ)
E．滑动变阻器R1(阻值0～10 Ω，额定电流2 A)
F．滑动变阻器R2(阻值0～2 kΩ，额定电流0.5 A)
(1)除长约14 cm的中华绘图2B铅笔芯、稳压直流电源E(6 V)、开关和带夹子的导线若干外，还需选用的其他器材有__________(填选项前字母)；
(2)在虚线方框中画出实验电路图；
(3)根据表格中数据在坐标纸上画出铅笔芯的I—U图线．
6.有一个标有“12 V,24 W”的灯泡，为了测定它在不同电压下的实际功率和额定电压下的功率，需测定灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，现有如下器材：
A．直流电源15 V(内阻可不计)
B．直流电流表0～3 A(内阻约0.1 Ω)
C．直流电流表0～300 mA(内阻约5 Ω)
D．直流电压表0～15 V(内阻约15 kΩ)
E．直流电压表0～25 V(内阻约200 kΩ)
F．滑动变阻器10 Ω、5 A
G．滑动变阻器1 kΩ、3 A
(1)实验台上已放置开关、导线若干及灯泡，为了完成实验，需要从上述器材中再选用__________(用序号字母表示)．
(2)在下面的虚线框内画出最合理的实验原理图．
(3)若测得灯丝电阻R随灯泡两端电压变化关系的图线如图所示，由这条曲线可得出：正常发光条件下，灯丝消耗的电功率是__________．
(4)如果灯丝电阻与(t＋273)的大小成正比，其中t为灯丝摄氏温度值，室温t0＝27 ℃，则正常发光时灯丝的温度是__________ ℃.
学生实验2 测定金属的电阻率
一、伏安法测电阻
1．电流表、电压表的应用
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差原因
电流表分压
U测＝Ux＋UA
电压表分流
I测＝Ix＋IV
电阻测量值
R测＝＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝＝测量值小于真实值
适用条件
RA?Rx
RV?Rx
口诀
大内偏大(大电阻用内接法测量，测量值偏大)
小外偏小(小电阻用外接法测量，测量值偏小)
2．伏安法测电阻的电路选择
(1)阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．
(2)临界值计算法
Rx<时，用电流表外接法；
Rx>时，用电流表内接法．
(3)实验试探法：按图接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而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．
二、测量金属的电阻率
实验目的
1．掌握螺旋测微器及游标卡尺的原理及读数方法．
2．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法及电流表和电压表的读数方法．
3．会用伏安法测电阻，并能测定金属的电阻率．
实验原理
由R＝ρ得ρ＝，因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积S和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.
(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R＝)．电路原理图如图所示．
(2)用毫米刻度尺测量金属丝的长度l，用螺旋测微器量得金属丝的直径，算出横截面积S.
(3)将测量的数据代入公式ρ＝求金属丝的电阻率．
点拨 因为本实验中被测金属丝的电阻值较小，所以实验电路采用电流表外接法．
实验器材
毫米刻度尺、螺旋测微器、直流电流表和直流电压表、滑动变阻器(阻值范围0～50 Ω)、电池组、开关、被测金属丝、导线若干．
实验步骤
1．直径测定：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＝.
5．拆除电路，整理好实验器材．
数据处理
1．在求R的平均值时可用两种方法
(1)用R＝分别算出各次的数值，再取平均值．
(2)用U－I图线的斜率求出．
2．计算电阻率：将记录的数据R、l、d的值代入电阻率计算式ρ＝R＝.
误差分析
1．金属丝的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一．
2．采用伏安法测量金属丝的电阻时，由于采用的是电流表外接法，测量值小于真实值，使电阻率的测量值偏小．
3．金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等也会带来偶然误差．
4．由于金属丝通电后发热升温，会使金属丝的电阻率变大，造成测量误差．
注意事项
1．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法．
2．实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、开关、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．
3．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，亦即电压表两端点间的待测导线长度，测量时应将导线拉直，反复测量三次，求其平均值．
4．测金属导线直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值．
5．闭合开关S之前，一定要使滑动变阻器的滑片处在有效电阻值最大的位置．
6． 在用伏安法测电阻时,通过待测导线的电流强度I不宜过大(电流表用0～0.6 A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逐渐增大．
7．求R的平均值时可用两种方法：第一种是用R＝U/I算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U－I图线)来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽可能地让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑．
巩固训练
1. [2012·滨州模拟]在“测定金属的电阻率”的实验中，由ρ＝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．导线长度的测量
2．“测定金属的电阻率”的实验中，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电流表内接法，多次测量后算出平均值
D．实验中应保持金属丝的温度不变
3．分别用图甲、乙两种电路测量同一未知电阻的阻值．图甲中两表的示数分别为3 V、4 mA，图乙中两表的示数分别为4 V、3.9 mA，则待测电阻Rx的真实值为( )
A．略小于1 kΩ B．略小于750 Ω
C．略大于1 kΩ D．略大于750 Ω
4．(2010·高考安徽卷)(1)在测定金属的电阻率实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图甲所示，读数为________mm.
(2)用游标为20分度的卡尺测量小球的直径，示数如图乙所示，读数为________cm.
5．在“测定金属的电阻率”的实验中，所用的电阻丝 Rx的阻值约为3 Ω，变阻器最大阻值为20 Ω，电源电压为3 V，电源内阻不计，则：
(1)电压表的量程应选用________，电流表的量程应选用________．
(2)画出实验电路图．
6．(2012年深圳模拟)某学习小组为测量一铜芯电线的电阻率，他们截取了一段电线，用米尺测出其长度为L，用螺旋测微器测得其直径为D，用多用电表测得其电阻值约为2 Ω，为提高测量的精度，该小组的人员从下列器材中挑选了一些元件，设计了一个电路，重新测量这段导线(用Rx表示)的电阻．
G．滑动变阻器R2(最大阻值1 kΩ，额定电流1 .0 A)
H．定值电阻R0(阻值为3 Ω)
I．开关S一个，导线若干
(1)如图所示是该实验小组用螺旋测微器对铜芯线直径的某次测量，其读数是________mm.
(2)为提高实验的精确度，请你为该实验小组设计电路图，并画在下面的方框中．
(3)实验时电压表选________，电流表选________，滑动变阻器选________(只填代号)．
(4)某次测量时，电压表示数为U，电流表示数为I，则该铜芯线材料的电阻率的表达式为ρ＝________.
7. [2012·广州模拟]在“测定金属丝的电阻率”的实验中，如提供的电源是一节内阻可不计的干电池，被测金属丝的直径小于1 mm，长度约为80 cm，阻值约为3 Ω，使用的电压表有3 V(内阻约为3 kΩ)和15 V(内阻约为15 kΩ)两个量程，电流表有0.6 A(内阻约为0.1 Ω)和3 A(内阻约为0.02 Ω)两个量程，供限流用的滑动变阻器有：A.0～10 Ω；B.0～100 Ω；C.0～1500 Ω三种，可供选择的实验电路有如图所示的甲、乙两种，用螺旋测微器测金属丝的直径如图所示，则：
(1)螺旋测微器的示数是__________mm.
(2)为减小电阻的测量误差，应选用__________图所示的电路．
(3)为了便于调节，应选用编号为__________的滑动变阻器．
(4)电压表的量程应选用__________V.
(5)电流表的量程应选用__________A.
第二章 恒定电流 习题课
基础练
1．关于电源的电动势，下面正确叙述的是( )
A．电源的电动势就是接在电源两极间的电压表测得的电压
B．同一电源接入不同的电路，电动势就会发生变化
C．电源的电动势是表示电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量
D．在闭合电路中，当外电阻变大时，路端电压增大，电源的电动势也增大
2. 如图所示，已知R1＝R2＝R3＝1 Ω.当开关S闭合后，电压表的读数为1 V；当开关S断开后，电压表的读数为0.8 V，则电池的电动势等于( )
A．1 V B．1.2 V
C．2 V D．4 V
3．在如图所示电路中E为电源，其电动势E＝9.0 V，内阻可忽略不计；AB为滑动变阻器，其电阻R＝30 Ω；L为一小灯泡，其额定电压U＝6.0 V，额定功率P＝1.8 W；S为开关，开始时滑动变阻器的触头位于B端，现在接通开关S，然后将触头缓慢地向A端滑动，当到达某一位置C处时，小灯泡刚好正常发光．则CB之间的电阻应为( )
A．10 Ω B．20 Ω C．15 Ω D．5 Ω
4．如图所示的电路，闭合开关S，滑动变阻器滑片P向左移动，下列结论正确的是( )
A．电流表读数变小，电压表读数变大
B．小灯泡L变亮
C．电容器C上电荷量减小
D．以上说法都不对
5．在如图所示电路中，开关S1、S2、S3、S4均闭合，C是水平放置的平行板电容器，板间悬浮着一油滴P，断开哪个开关后P会向下运动？( )
A．S1 B．S2
C．S3 D．S4
提升练
6. 在图所示的电路中，电源内阻忽略不计，电动势为E，电阻R1、R2阻值相等，保持R1的阻值不变，改变R2的阻值，则关于R2消耗的功率P的说法正确的是( )
A．R2增大，P增大；R2减小，P减小
B．R2增大，P减小；R2减小，P增大
C．无论R2是增大还是减小，P均减小
D．无论R2是增大还是减小，P均增大
7．某同学设计了一个转向灯电路(如图所示)，其中L为指示灯，L1、L2分别为左、右转向灯，S为单刀双掷开关，E为电源，当S置于位置1时，以下判断正确的是( )
A．L的功率小于额定功率
B．L1亮，其功率等于额定功率
C．L2亮，其功率等于额定功率
D．含L支路的总功率较另一支路的大
8．如图所示的电路中，闭合开关S后，灯泡L1、L2都能发光．后来由于某种故障使灯L2突然变亮(未烧坏)，电压表的读数增大，由此可推断，这个故障可能是( )
A．电阻R1断路
B．电阻R2短路
C．灯L1两接线柱间短路
D．电阻R2断路
9．如图所示电路中，定值电阻R2＝r(r为电源内阻)，滑动变阻器的最大阻值为R1且R1?R2＋r，在滑动变阻器的滑片P由左端a向右滑动的过程中，以下说法正确的是( )
A．电源的输出功率变小
B．R2消耗的功率先变大后变小
C．滑动变阻器消耗的功率先变大后变小
D．以上说法都不对
10. 汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗．如图9所示，在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表读数为10 A，电动机启动时电流表读数为58 A．若电源电动势为12.5 V，内阻为0.05 Ω，电流表内阻不计，则因电动机启动，车灯的电功率降低了( )
A．35.8 W B．43.2 W C．48.2 W D．76.8 W
11．如图所示的电路中，电路消耗的总功率为40 W，电阻R1为4 Ω，R2为6 Ω，电源内阻r为0.6 Ω，电源的效率为94%，求：
(1)a、b两点间的电压；
(2)电源的电动势．
12．如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻忽略不计．R1、R2、R3、R4均为定值电阻，C是电容器，开关S是断开的．现将开关S闭合，则在闭合S后的较长时间内，通过R4的电荷量是多少？
13．如图所示的电路中，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，电动机的电阻R0＝1.0 Ω，电阻R1＝1.5 Ω.电动机正常工作时，电压表的示数U1＝3.0 V，求：
(1)电源释放的电功率；
(2)电动机消耗的电功率．将电能转化为机械能的功率；
(3)电源的输出功率．
