电学实验设计.ppt

 电学实验设计 姜堰二中 钱宏春 一、常见实验电路的组成： ① 若 ，则选用电流表的内接法； ② 若 ，则选用电流表的外接法。 ① 要求电表读数从零开始变化； ②滑动变阻器的总阻值比Rx小太多 ③用限流接法时电路中出现的最小电流超过电流表的量程. 二、电学实验设计遵循的基本原则 1.安全性原则 2.精确性原则 3.可操作性（方便性）原则 在用伏安法测电阻时，应注意： ① 若电流表内阻已知，电压表内阻未知，应选用内接法。可消除因电流表分压作用引起的系统误差。 ② 若电压表内阻已知，电流表内阻未知，应选用外接法。可消除因电压表分流作用引起的系统误差。 * * 电流表外接法 电流表内接法 知识回顾 选择分压式接法的几种情况： 1.电路设计 例1 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象，用实验描绘小灯泡的伏安特性曲线。实验可供选择的器材有： A．小灯泡 （“2.5V, 1.2W”） B．电流表 (量程:0～0.6A , 内阻1Ω ) C．电压表 (量程:0～3V, 内阻未知) D．滑动变阻器 (0～5Ω, 额定电流0.5A ) E．滑动变阻器 (0～10Ω, 额定电流1A ) F．滑动变阻器 (0～1000Ω, 额定电流2A ) G．电源 (E=3V , 内阻不计) H．开关一个和导线若干 （1）本题应选择的滑动变阻器是 。 V A （3）按照方框中正确的电路图，若电流表的示数为I，电压表的示数为U ，则小灯泡两端的实际电压U灯是多少？ U灯=U-IrA （2）要求小灯泡两端的电压从零开始变化，请你选择合理方案并画出你设计的电路图。 V A ？（思考：如果电流表的内阻未知，电压表的内阻已知，我们又应如何设计电路，说说你的理由。） 「小结」 导线若干 开关S 电动势为3 V，内阻很小 电源E 总阻值约50 Ω 滑动变阻器R2 阻值约20 Ω，与电源串联，起保护作用 电阻R1 量程为3 V，内阻r3＝10 kΩ 电压表V 量程为500 μA，内阻r2＝1000 Ω 电流表A2 量程为100 mA，内阻r1待测(约5 Ω) 电流表A1 规格 器材代号 A R1 1 A 2 ①测量电流表的内阻，按常规方法应用伏安法。因为待测电流表本身可以测出通过自身内部的电流，只需将电压表并联在待测电流表两端即可。但本题中即使待测电流表满偏，其两端的电压也仅为0.5 V，远小于题目提供的电压表的量程3 V。估电压表读数将存在很大偶然误差。 ②将已知内阻的电流表当成电压表使用，实际也是伏安法的一种推广形式。是我们在电路设计中经常用到的一种方法。 「小结」 思考 在上题中，如果没有给出电流表A2，但提供了以下3只已知阻值的电阻。若仍然需要高精度地测量电流表A1的内阻，你认为可以怎样设计实验方案，请谈谈你的设计思路，并画出实验电路图。 A．定值电阻R1(阻值5 Ω)； B．定值电阻R2(阻值25 Ω)； C．定值电阻R3(阻值1000 Ω)； V A 1 R2 r1=U/I –R2 ①本题通过给电流表串联一个阻值适当定值电阻R2解决了电流表和电压表量程不匹配的问题，这也是电学实验设计中一个常用的手法。 ②常见的解决量程不匹配问题的方法还有就是进行电表改装。 「小结」 例3 现有一种特殊的电池，它的电动势E约为9V，内阻r约为50Ω，为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图所示的电路进行实验，图中电压表量程大于电源电动势，且对电路的影响可不考虑，R为电阻箱，阻值范围0～9 999Ω。 2.数据处理 V R （1）你认为既能减小偶然误差，又直观、简便的处理数据的方法是 。 线性图像法 （2）该同学在实验中，通过改变电阻箱阻值，取得多组数据，如下表： 0.7 1．0 2．0 4．0 5.0 1/R（×10-2Ω-1） 150 100 50 25 20 R(Ω) 0.13 0.15 0.20 0.30 0.34 1/U(V-1) 7.5 6.7 5.0 3.3 2.9 U(V) 请从表格中选取你所需要的数据，建立恰当坐标系，画出相应线性图像。并利用图像求出电源电动势和内阻。 答案 由闭合电路欧姆定律得 整理得 作出 的图像，利用图像斜率和截距即可。 1/U(V-1) 1/R(×10-2Ω-1) 0.20 0.30 0 0.10 0.35 5.0 4.0