第二章 恒定电流 电学实验

电学实验教案
实验一、描绘小灯泡的伏安特性曲线
Ⅰ.实验目的
描绘小灯泡的伏安特性曲线
Ⅱ.实验原理
用
测出流过小灯泡的电流，用
测出小灯泡两端的电压，测出多组（U,I）值后，在
坐标系中描出各对应点，用一条
将这些点连起来，就得到小灯泡的伏安特性曲线。
Ⅲ.实验器材
小灯泡（3.8V
0.3A）、
、
、
、学生用低压直流电源（或电池组）、开关、导线若干、坐标纸、铅笔。
Ⅳ.实验步骤
注意事项
实验前应检查电流表、电压表的指针是否对准
。若不指零，应转动机械调零旋钮，直到指针对准
为止。
实验中，要注意电流表、电压表的正确接法，电流表应
联在电路中，电压表应
联在小灯泡的两端，并使电流从
接线柱流入电表，从
接线柱流出电表。且电流表采用
。
要注意电表量程的选取。电流表选0~0.6A的量程，电压表先用0~3V的量程，当电压大于3V时，选用0~15V的量程。
滑动变阻器采用
接法，闭合开关前，应使滑片位于
端。闭合开关后，移动滑片P停止移动。读出电流表所示的电流值，这样做也可以防止电压过大而烧坏电压表。
实验中，若采用“3.8V
0.3A”的小灯泡，在图线拐弯处要尽量多测几组数据，以减小实验误差；加在小灯泡上的电压不得超过其额定值过多。
在电压接近额定电压值时，一定要
移动滑片，以免电压过大，将小灯泡烧坏。
画伏安特性曲线时，不要画成折线，而应画成
，而误差较大的点应当舍弃。
设计实验
实验设计
按图所示电路连接实验电路，并观察电表的正、负接线柱。滑动变阻器采用分压式连接。接线顺序为“先串后并”。选择电表量程的原则是：使测量值不超过量程的情况下，指针尽量偏转至
量程处。电路接好后合上开关前要检查滑动变阻器滑片的位置，使开始实验时，小灯泡两端的电压最小。
合上开关后，移动滑动变阻器的滑片，改变小灯泡两端的电压，每改变一次，读出电压值和相应的电流值。
重复步骤（2）。多次读出多组数据，并记录下来。
实验结束后断开电源，将实验器材整理完毕，放到指定的位置。
表格设计
U(V)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
I(A)
U(V)
1.4
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
I(A)
Ⅴ.数据处理和误差分析
1.数据处理：
实验结论：小灯泡灯丝的电阻随温度的升高而
，而通过小灯泡灯丝的电流越大，灯丝的温度也越
，所以小灯泡的伏安特性曲线为
。
误差分析：
（1）由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来误差。电流表外接时由于电压表的分流，使测得的电流值大于真实值。
测量时读数带来的误差。
（3）在坐标纸上描点、作图带来误差。
例1、本实验中小灯泡的规格为“2.5V
0.4A”，电流表应该外接还是内接？为什么？量程分别是多少？补全下面测量部分电路图。
问题2：滑动变阻器应该是串联限流还是并联分压？为什么？完成电路图。
问题3：你能根据上面的实验电路图连接实物图吗？
【归纳总结】1.电流表内、外接法的选择。
2.滑动变阻器分压接法和限流接法的选择。
附、伏安法测电阻
（1）测量原理：根据欧姆定律
，得到
，用电压表测出电阻两端的电压和通过电阻的电流，就可以求出电阻，这种测量电阻的方法叫伏安法。
（2）两种测量电路的比较
类别
安培表内接法
安培表外接法
电
路
图
误差分析
伏特表示数
安培表示数
误差来源于安培表的分压作用
伏特表示数
安培表示数
误差来源于电压表的分流作用
两种电路的选择条件
R越大，越接近越接近于
可见，为了减小误差，该电路适合测大电阻，即
R越小，越接近越接近
可见，为减小误差，该电路适合测小电阻，即
（注：1、本学期疫情原因，学考时间紧任务重，学生没有做学生实验，都是讲基础理论
2、电流表的内外接法，滑变的分压式和限流式讲得不够，题目练得不充分）
实验二、测量金属丝的电阻率
重点：１、根据需要选择器材，确定实验电路图；
2、对学生实验过程的指导。
难点：1实验电路图的确定。
新课教学
引入：前面，我们学过了电阻定律，请同学们回顾电阻定律的内容？
根据这一表达式，则
所以，如果我们能够测得某段金属的长度，横截面积和电阻，我们就可以算出它的电阻率，这节课我们就用这种方法测定金属的电阻率。
一、实验原理和实验器材
我们需测哪些量？测这些量需要用哪些仪器？我们实验用的金属丝长度在60cm左右，
选用最小刻度为多少的刻度尺？
读数：教师讲解
实验方法一、伏安法
问：伏安法测金属丝电阻时，已知金属丝电阻大约10Ω，安培表0.6Ａ档内阻0.1Ω，伏特表３Ｖ档内阻为3kΩ，安培表是内接还是内接？变阻器阻值50Ω，应分压还是限流？安培表和伏特表的量程如何选择？
大家想一会儿做实验时你将如何操作？操作过程中需注意什么？
1、要求学生在实验步骤中列举出实验中的重要注意事项。
本实验中为什么电流不宜过大？通电时间不宜过长？电流表的位置能否内接？
指导学生进行实验，学生记录数据并拟合图像
实验方法二、课本第56页的探究方案一的实验
注：这实验匆匆带过，如果可以还需基础系统地复习一下
实验三、练习使用多用表
一、改装原理
1、电压表的改装原理-----串联分压
2、电流表的改装原理----并流分流
3、欧姆表的改装原理----闭合电路的欧姆定律
二、实验操作
1．测电压
(1)选择直流电压挡合适的__________，并将选择开关旋至相应位置．
(2)将多用电表________在待测电路两端，注意红表笔接触点的电势应比黑表笔接触点的电势________．
(3)根据表盘上的直流电压标度读出电压值，读数时注意最小刻度所表示的电压值．
2．测电流
(1)选择直流电流挡合适的_______，并将选择开关旋至相应位置．
(2)将被测电路导线拆开一端，把多用电表________在电路中．
(3)读数时，要认清刻度盘上的最小刻度．
注意：电流应从______笔流入多用电表．
3．测电阻（重点）
(1)将选择开关旋至欧姆挡，此时红表笔连接表内电源的负极，黑表笔连接表内电源的_____极．电流从欧姆表的_______流出，经过被测电阻，从_______流入．
(2)测量步骤：
①选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位．
②欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0
Ω”．
③测量、读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，指针示数乘以_______即为待测电阻阻值．
④实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡．
4、欧姆表的应用：研究二极管的单向导电性
(1)认识二极管：如图所示，它由_________材料制成，左端为______极，右端为______极．
特点：电流从正极流入时电阻________(填“很小”或“很大”)，而从正极流出时电阻很______(填“很大”或“很小”)．
(2)多用电表测二极管的正反向电阻
①测二极管正向电阻：将多用电表的选择开关选至_____(填“低”或“高”)倍率的欧姆挡，调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管的正极，______表笔接触二极管的负极．
②测二极管反向电阻：将多用电表的选择开关选至高(填“低”或“高”)倍率的欧姆挡，调整欧姆零点之后将黑表笔接触二极管的负极，_____表笔接触二极管的正极．
5．注意事项
(1)电流都是从_____表笔流入，从黑表笔流出．
(2)电压、电流的读数要看清选择开关所选择的量程，搞清楚每一小格表示多少，及应读到的有效数字位数．
(3)测电阻时注意：
①测电阻必须把待测电阻隔离．
②两个调零过程，切记换挡需进行_______调零．
③合理选择量程，使指针尽可能指在_________附近．
④读数时应乘以相应的_______．
⑤欧姆表的表盘刻度不均匀，一般不估读．
⑥电池用旧后，电动势会变小，内电阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时换电池．
三、多用电表测电流、电压和电阻
【例1】在练习使用多用电表的实验中：
(1)某同学连接的电路如图所示．
①若旋转选择开关，使其尖端对准直流电流挡，此时测得的是通过________的电流；
②若断开电路中的开关，旋转选择开关使其尖端对准欧姆挡，此时测得的是________的阻值；
③若旋转选择开关，使尖端对准直流电压挡，闭合开关，并将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时测得的是__________两端的电压．
(2)在使用多用电表的欧姆挡测量电阻时，若(　　)
A．双手捏住两表笔金属杆，测量值将偏大
B．测量时发现指针向左偏离中央刻度过大，则必需减小倍率，重新调零后再进行测量
C．选择“×10”倍率测量时发现指针位于20与30正中间，则测量值小于25
Ω
D．欧姆表内的电池使用时间太长，虽然完成调零，但测量值将略偏大
【题后反思】多用电表使用的“几项注意”
1．使用前要机械调零．
2．两表笔在使用时，无论测电流、电压还是电阻，电流总是“红入黑出”．
3．测电阻时，应选择合适量程，使指针指在中值电阻附近，且注意每换一次挡都需重新进行欧姆调零．
4．测电学黑箱时，一定要先用大量程电压挡判断其内部有无电源，无电源方可用欧姆挡．
【例2】如图所示为多用电表的刻度盘．若选用倍率为“×100”的电阻挡测电阻时，表针指示如图所示，则：
(1)所测电阻的阻值为______
Ω；如果要用此多用电表测量一个阻值约为2.0×104
Ω的电阻，为了使测量结果比较精确，应选用的欧姆挡是______(选填“×10”“×100”或“×1
k”)．
(2)用此多用电表进行测量，当选用量程为50
mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为______
mA；当选用量程为250
mA的电流挡测量电流时，表针指于图示位置，则所测电流为________
mA.
(3)当选用量程为10
V的电压挡测量电压时，表针也指于图示位置，则所测电压为______
V.
注：多用电表的读数问题还没讲
实验四、测定电池的电动势和内阻
一、测定电池电动势和内阻的实验方案设计
1．伏安法：由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的______数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有_______、_______、_________、_________、___________，电路图如图所示．
2.安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到_______的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有______、________、_________、________，电路图如图所示．
3.伏阻法：由E＝U＋r知，如果能得到______的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是_______、__________、_________、__________，电路图如图所示．
二、实验操作与实验数据的处理
1．实验步骤(以伏安法为例)
(1)电流表用0～0.6
A量程，电压表用0～3
V量程，按实验原理图连接好电路．
(2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大．
(3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)．用同样的方法测量几组I、U值．
(4)断开开关，整理好器材．
(5)处理数据，用公式法和图象法这两种方法求出电池的电动势和内阻．
2．实验数据的处理
(1)公式法
依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：
实验序号
1
2
3
4
5
6
I/A
I1
I2
I3
I4
I5
I6
U/V
U1
U2
U3
U4
U5
U6
分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值作为测量结果．
E＝，r＝.
(2)图象法
①根据多次测出的U、I值，作U－I图象；
②将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电池电动势E；
③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；
④图线斜率的绝对值等于电池的内阻r，即r＝＝，如图所示．
3．注意事项
(1)为使电池的路端电压有明显变化，应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表．
(2)实验中不能将电流调得过大，且读数要快，读完后立即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化．
(3)当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始．
如图所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝||求出．
4．误差分析
(1)偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作U－I图象时描点不准确．
(2)系统误差：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表上读出的数值比流过电源的电流偏小一些．U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在U－I坐标系中表示出来，如图6所示，可见E测＜E真，r测＜r真．
例题1、伏安法测电动势和内阻
【例1】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．要求尽量减小实验误差．
(1)应该选择的实验电路是图中的________(填“甲”或“乙”)．
(2)现有电流表(0～0.6
A)、开关和导线若干，以及以下器材：
A．电压表(0～15
V)
B．电压表(0～3
V)
C．滑动变阻器(0～10
Ω)
D．滑动变阻器(0～500
Ω)
实验中电压表应选用____________；滑动变阻器应选用________．(选填相应器材前的字母)
（注：1、本实验讲得较快，误差分析原理没有讲。
2、具体的实验综合题没有来得及系统练过）