第3节　实验：电学实验基础

对应学生用书p147

1．电流表、电压表的使用和读数

(1)用电流表测电流时，要把电流表__串__联在被测电路中，让电流从__＋__接线柱流进电流表，从__－__接线柱流出来．

读数：0～3 A量程按____估读.0～0.6 A量程，按估读，超过半小格的按半小格读，不足半小格的舍去．都只读到__百分__位．

(2)用电压表测电压时，要把电压表__并__联在被测电路两端．让“＋”接线柱接在电势较__高__的一端．“－”接线柱接在电势较__低__的一端．

读数：0～3 V量程，按估读(估读为小格的整数倍)，只读到百分位.0～15 V，按估读(的1倍、2倍、3倍、4倍)，只读到十分位．

2．电学实验器材的选用

(1)选用器材的原则是：安全、精确、方便

①选用电源、电流表、电压表时，要根据实验的要求，根据器材的参数，考虑所测电流，电压的最大值不能超出仪表的量程，以确保不损坏仪器．

在实验电路中测量电流、电压时，电流表、电压表指针的偏角不能过小，以减小误差．电流表、电压表的读数为满刻度的以上时，读数较准确，能接近满刻度更好．

②选用滑动变阻器时，先要确保电路中电流不超过变阻器允许通过的最大电流．若用“限流式”一般选阻值适当大一点的，但不是越大越好．因阻值太大时，在实验中，可能只用到其阻值较小的一部分，滑动触头只能在很短的距离内移动，使用起来很不方便．一般是选变阻器总阻值与用电器的阻值比较接近的．

若用“分压式”，应选择总阻值适当小一些的滑动变阻器，这样可使分出的电压大致上随滑动触头移动距离成正比例改变，调节起来比较方便．

(2)选用器材的一般步骤：

①先找出实验中必须应用的器材；

②画出实验电路图；

③估算待测电路中I和U的最大值；

④考虑能否使电表指针偏转满刻度的以上；

⑤选择合适量程的电压表、电流表，合适的滑动变阻器和电源．

3．滑动变阻器的限流接法与分压接法

(1)滑动变阻器示意图

(2)滑动变阻器的使用

①作限流用时，把滑动变阻器串联在被限电流的电路中，可以接同一端的两个接线柱__A、C__或__B、D__，也可以接对角线上的两接线柱__A、D__或__B、C__，开始时，应使接入的电阻__最大__．

②作分压用时，先把电阻丝串上开关，接到电源两极上，再在电阻丝的一端与滑键之间接上用电器．如下图所示．开始时，应使用电器上的电压为__0__．

(3)两种接法的比较

　　4.电流表的内接与外接

(1)电流表的内接法和外接法的比较

　　(2)两种电路的选择方法

①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若Rx远小于RV，宜采用电流表外接法；若Rx远大于RA，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．

对应学生用书p149

例1　图甲所示的电流表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中指针示数是________A；当使用3 A量程时，对应刻度盘中每一小格代表________A，图中指针示数为________A．如图乙所示的电表使用较小量程时，每小格表示________V，图中指针的示数为________V．若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________V，图中表针指示的是________V.

[解析] 电流表使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，应估读到百分位，读为0.44 A；当换用3 A量程时，每一小格为0.1 A，指针示数为2.20 A．电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，指针示数为1.70 V；使用15 V量程时，每小格为0.5 V，应估计到十分位，所以指针示数为8.5 V.

[答案] 0.02　0.44　0.1　2.20　0.1　1.70　0.5　8.5

,　　先看清是什么表，再依所选的量程确定每小格表示多少和估读到哪一数位，最后读数．)

【变式1】　分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中.

[解析] 0～3 V的最小分度为0.1 V，读数为1.90 V；

0～15 V的最小分度为0.5 V，读数为9.5 V；

0～3 A的最小分度为0.1 A，读数为0.80 A；

0～0.6 A的最小分度为0.02 A，读数为0.16 A.

[答案] 1.90(1.89～1.91均可) V　9.5 V　0.80(0.79～0.81均可)A　0.16 A

例2　旋钮式电阻箱如图所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为________ Ω.今欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，最简单的操作方法是__________________________________________．若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为__________．

[解析] 电阻为1 987 Ω.最简单的操作方法是先将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0.每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用这样的两个电阻箱串联可得到的最大电阻是2×9 999 Ω＝19 998 Ω.故用两个这样的电阻箱，可得到的电阻值范围为0～19 998 Ω.

[答案] 1 987　将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0　0～19 998 Ω

,　　旋钮式电阻箱的读数规则是：先把每个旋钮所对的数字乘以相应的倍率，得出该旋钮所对应的阻值，然后把各个阻值相加就得到电阻箱的读数．)

【变式2】　

为了测定电流表A1的内阻，采用如右图所示的电路．其中：

A1是待测电流表，量程为300 μA，内阻约为100 Ω；

A2是标准电流表，量程是200 μA；

R1是电阻箱，阻值范围是0～999.9 Ω；

R2是滑动变阻器；

R3是保护电阻；

E是电池组，电动势为4 V，内阻不计；

S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关．

连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开关S1；调整滑动变阻器R2，使电流表A2的读数是150 μA；然后将开关S2扳到接点b处，保持R2不变，调整变阻箱R1，使电流表A2的读数仍是150 μA.若此时电阻箱各旋钮的位置如图所示，电阻箱R1的阻值是________Ω，则待测电流表A1的内阻Rg＝________Ω.

[解析] 因两次电流表A2读数相同，故电流表A1内阻即等于电阻箱阻值，而电阻箱读数为(8×10＋6×1＋3×0.1) Ω＝86.3 Ω.

[答案] 86.3　86.3

例3　在做“测定金属丝的电阻率”的实验中，若待测金属丝的电阻约为5 Ω，要求测量结果尽量准确，提供以下器材供选择：

A．电池组(3 V，内阻约1 Ω)

B．电流表(0～3 A，内阻0.012 5 Ω)

C．电流表(0～0.6 A，内阻约0.125 Ω)

D．电压表(0～3 V，内阻4 kΩ)

E．电压表(0～15 V，内阻15 kΩ)

F．滑动变阻器(0～20 Ω允许最大电流1 A)

G．滑动变阻器(0～2 000 Ω，允许最大电流0.3 A)

H．开关、导线若干

(1)实验时应从上述器材中选用__________(填写仪器前字母代号)．

(2)测电阻时，电流表、电压表、待测电阻Rx在组成测量电路时，应采用电流表________接法，测量值比真实值偏________(选填“大”或“小”)．滑动变阻器应采用________(选填“限流”或“分压”)接法．

(3)若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图所示，则读数为________mm.

(4)若用L表示金属丝的长度，d表示直径，测得电阻为R，请用R、d、L写出计算金属丝电阻率的表达式 ρ＝________．

[解析] (1)由电池组的电动势可判断电压表选D；根据金属丝的电阻约为5 Ω，可求出电路中的最大电流Im＝0.6 A，所以电流表选C；滑动变阻器选F；最后选取开关、导线H.

(2)由于金属丝的电阻较小，所以采用电流表外接法，外接法测得的电流偏大，算出的电阻值偏小，所以测量值比真实值偏小．滑动变阻器阻值与待测电阻相差不大且不要求电压从0开始变化，故应采用限流接法．

(3)螺旋测微器的读数为0.900 mm.

(4)金属丝的横截面积为S＝，由电阻定律，得R＝，联立解得金属丝的电阻率为ρ＝.

[答案] (1)ACDFH　(2)外　小　限流　(3)0.900　(4)

,　　当滑动变阻器的最大阻值与用电器的阻值相差不大且不要求电压从0开始变化应优先考虑限流式接法．有下列情况时，要用分压式接法：①要求电压从0开始变化，②待测电阻远大于变阻器的最大阻值，③若用限流式接法，电路中的最小电流超过电表量程或电阻允许的最大电流．)

【变式3】　现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．

在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω.

(1)完成待调节的报警系统电路图的连线．

(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．

(3)按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________ Ω；滑动变阻器的滑片应置于______(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是__________________________________________________．

②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至__________________．

(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．

[解析] (2)在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围是 Ω＝900 Ω≤R≤ Ω＝1 800 Ω.

60 ℃时热敏电阻的阻值是650.0 Ω，所以滑动变阻器阻值的取值范围在250 Ω到1150 Ω之间，所以滑动变阻器应该选R2.

(3)电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻，阻值应为650.0 Ω，滑动变阻器刚开始应置于b端，若置于另一端，接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏；实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直至报警器开始报警．

[答案] (1)

(2)R2　(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏　②c　报警器开始报警　

例4　为了测量一电阻的阻值Rx，现有以下器材：蓄电池E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，电阻箱RP，开关S1、S2，导线若干．某活动小组设计了如图甲所示的电路．实验的主要步骤如下：

A．闭合S1，断开S2，调节R和RP，使电流表和电压表示数合适，记下两表示数分别为I1、U1；

B．闭合S2，保持RP阻值不变，记下电流表和电压表示数分别为I2、U2.

(1)按电路图在实物图乙上连线．

(2)写出被测电阻的表达式Rx＝____________(用两电表的读数表示)．

(3)由于电流表、电压表都不是理想电表，则被测电阻的测量值____________(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值．

[解析] (1)实物连线如图所示．

(2)由欧姆定律，第一次测量的电阻为电压表和RP的并联电阻，即＝R并；第二次测量的电阻为电压表、Rx和RP的并联电阻，＝，联立解得Rx＝.

(3)由于电流表、电压表内阻不影响被测电阻的测量，故其测量值等于真实值．

[答案] (1)见解析　(2)　(3)等于

,　　实物图连接的注意事项：

(1)画线连接各元件，一般先从电源正极开始，按照电路原理图依次到开关，再到滑动变阻器，按顺序以单线连接方式将主电路中串联的元件依次串联起来；其次将要并联的元件再并联到相应电路中去．

(2)连线时要将导线接在接线柱上，两条导线不能交叉．

(3)要注意电表的量程和正、负接线柱，要使电流从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出．)