高二物理恒定电流实验报告.docx

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高二物理恒定电流实验报告

高二物理恒定电流实验报告

实验六描绘小灯泡的伏安特性曲线

[实验目的]

掌握用伏安法研究非线性电阻伏安特性的方法

[实验原理]

1．据部分电路的欧姆定律知，在纯电阻电路中，电阻R两端的电压U与电流I成正比，即U=IR，其U—I图线是一条过原点的直线．由于小灯泡灯丝的电阻率随着温度的升高而增大，其电阻也随着温度的升高而增大，故小灯泡的伏安特性曲线应为曲线．

2．实验中选用“3.8V，0.3A”的小灯泡，故电流表的量程选用0．6A，电压表的量程选用15V．由于这种规格的小灯泡的电阻很小，当它与电流表串联时，电流表的分压影响很大，为了减小实验误差，应采用电流表“外接法”．本实验中，为了使小灯泡两端的电压从零开始连续变化，滑动变阻器应采用“分压接法”。

[实验器材]

小灯泡（3.8V，0.3A）、电压表（0～3,0～15V）、电流表（0～0.60～3A）、滑动变阻器（20Ω）、学生低压直流电源（或电池组）、电键、导线若干、坐标纸、铅笔。

[实验步骤]

1.根据实验要求，设计实验的电路图如图所示．

2.根据电路图连接实验电路．用导线将小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、电键连接成实验所需的电路．滑动变阻器采用分压接法，电流表采用外接法，电流表的量程用0.6A，电压表的量程先用0～3V，电压超过3V时，采用15V的量程．

3.测出小灯泡在不同电压下的电流值

闭合电键S前，滑动变阻器的滑片P应位于最左端，这样闭合电键后，小灯泡两端的电压可以从零开始连续变化，同时这样做也起到了保护用电器的作用，防止灯泡两端的电压过大而烧坏小灯泡及电表．

闭合电键S后，使滑动变阻器的滑片户由左向右移动，在0～3.8V范围内读取并记录12组不同的电压值U和电流值I，并将测量结果填人实验记录表中．

U／V

0

0.05

0.15

0.20

0.30

0.40

0.50

0.70

1.0

1.5

2.0

2.5

I／A

由于U一I图线在0.3V左右发生弯曲，故0.3V左右测绘点要密，否则将会出现较大的误差．

4．在坐标纸上画出伏安特性曲线

在坐标纸上，以U为横轴，以I为纵轴，建立平面直角坐标系．根据实验测得的数据，描出各组数据所对应的点，将描出的各点用平滑的曲线连接起来，就得到了小灯泡的伏安特性曲线．

坐标系中，横、纵轴的标度要适中，以使所描绘的图线占据整个坐标纸为宜。

5．实验完毕，将实验仪器摆放整齐．

[注意事项]

1．实验前应检查电流表、电压表的指针是否对准零刻度．若不指零，转动机械调零旋钮，直到指针对准零刻度为止．

2、实验中，要注意电流表、电压表的正确接法，电流表串联在电路中，电压表并联在小灯泡的两端，并使电流从“+”接线柱流人电表，从“一”接线柱流出电表．且电流表采用外接法．

3、要注意电表量程的选取．电流表取0．6A的量程，电压表选用0～15V的量程．

4、滑动变阻器采用分压接法，闭合电键之前，应使滑片位于最左端。

闭合电键后，移动滑片P时，眼睛要盯着电压表，当指针指在所设电压值时，停止滑动．读出电流表所示的电流值，这样做也可以防止电压表电压过大而烧坏电表．

5、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．

6、在电压接近额定电压值时，一定要缓慢移动滑片，以免电压过大，将小灯泡烧坏．

7、画伏安特性曲线时，不要画成折线，而应画成平滑的曲线，误差较大的点应舍弃

[实验思考题]

1、灯泡的伏安特性曲线为什么不是直线?

在测电压时能否由大到小进行测量？

2、在“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯泡为“6V，3W”，其他选用的仪器有____________

电流表Al（量程3A，内阻0.2Ω）

电流表A2（量程0.6A，内阻1Ω）

电压表V1（量程3V，内阻20kΩ）

电压表V2（量程15V，内阻60KΩ）

变阻器R1（0—1000Ω，0.5A）

变阻器R2（0～20Ω，2A）

学生电源（6～8V）．

开关S及导线若干．

实验中要求在0～6V范围内读取并记录下12组不同的电压值U和对应的电流值I,以便作出小灯泡的伏安特性曲线．在上述器材中，电流表应选用_______，电压表应选用________变阻器应选用________·在下面的方框中画出实验的电路图．

3、某同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中得到如下一组数据：

编号

1

2

3

4

5

6

7

8

U（V）

0.20

0.60

1.00

1.40

1.80

2.20

2.60

3.00

I（A）

0.020

0.060

0.100

0.140

0.170

0.190

0.200

0.205

灯泡发光情况

不亮微亮逐渐变亮正常发光

（1）试在坐标纸上画出U-I图。

当U<1.40V时，灯丝电压与电流成___比，灯丝电阻_______；当U>1.40V时，灯丝温度逐渐升高，其电阻随温度升高而___________

（2）从图线上看，当小灯泡功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况是：

__________

（3）这表明导体的电阻随温度升高而_____

实验七测定金属的电阻率

[实验目的]

学习使用螺旋测微器，伏安法测电阻，间接测定金属丝的电阻率

[实验原理]

1、根据电阻定律有，金属的电阻率

因此，只要测出金属丝的长度l，横截面积S和导线的电阻R，就可求出金属丝的电阻率ρ

①根据部分电路的欧姆定律可知R=U/I

②金属丝的长度l可以用米尺测量．

③金属丝的横截面积S由金属丝的直径d算出，即S=πd2/4．由于金属丝的直径较小，因此需要用比较精密的测量长度的仪器——螺旋测微器来测量．这就是本实验的实验原理．

若用实验中直接测出的物理量来表示电阻率，则金属丝的电阻率的表达式为

2、螺旋测微器的构造、原理、读数方法

（1）螺旋测微器的构造:

测砧A、固定刻度B、尺架C、可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D`、测微螺杆F．

（2）螺旋测微器的原理：

螺旋测微器的螺距是0.5mm，可动刻度一周为50格；旋钮D每旋转一周，测微螺杆F前进或后退0．5mm．因此，旋钮D每转过l格，测微螺杆F前进或后退0．01mm．可见螺旋测微器的精确度为0．01mm．

（3）螺旋测微器的操作与读数：

使用螺旋测微器时，将被测物体放在小砧A和测微螺杆F之间，先调节旋钮D，在测微螺杆F快靠近被测物体时，改用微调旋钮D，，这样不致于在测微螺杆和被测物体之间产生过大的压力，既可以保护仪器，又能保证测量结果的准确性．当听到咔咔的声音时停止转动，并用止动螺旋止动．

读数时，被测物体长度大于0.5mm的部分在固定刻度上读出，不足0.5mm的部分在可动刻度上读出，读可动刻度示数时，还要注意估读一位数字．螺旋测微器的读数可用下面公式表示：

螺旋测微器的读数＝固定刻度的读数+可动刻度上的格数×精确度0.01mm

[实验器材]

被测金属丝、米尺、螺旋测微器、电压表、电流表、直流电源、滑动变阻器、电键、导线若干

[实验过程]

1、将实验仪器排列到适当（如图）的位置，断开电键，并将变阻器的滑动片移到阻值最大的位置（用“↓”表示）．按图连接电路.

2、用螺旋测微器测量金属导线的直径，在导线的不同位置各测量一次，求出它们的平均值，就是导线的直径d的测量结果．

3、把连入电路的导线长度用米尺测量一次，这就是导线长度l的测量结果．

4、把滑动变阻器的滑动片移动到最大的位置；闭合开关，再移动滑片，到电表上有合适的读数，记录两个电表的读数．

5、继续移动滑片，再记录两组电表的读数．

6、拆除电路，并将仪器整理清楚

7、运用欧姆定律计算电阻，并求出电阻的阻值，再算电阻平均值R

8、将测得R的平均值、d的平均值、l的测量值代人公式，计算导线的电阻率．

[注意事项]

⑴观察电表的指针是否指在零刻度，如果有偏差，应当用小螺丝刀轻轻转动表头下方正中央的小螺丝，直到指针指在零刻度为止；当螺旋测微器的测帖A和螺杆F并拢时，可动刻度E的零点应该恰好跟固定刻度B零点重合

⑵使用螺旋测微器中，当F快要接近被测物体时，要停止使用大旋钮D，改用微调旋钮D`,这样就不至于在F和被测物体之间产生过大的压力，既可以保护仪器又能保证测量结果的准确.

⑶由于被测金属丝电阻较小，实验电路必须采用电流表外接法

⑷连线之前应先断开开关，闭合开关之前要使滑动变阻器的滑动片位于阻值最大的位置．拆除电路时，应首先拆去电源连线，然后再拆其他连线，并整理好仪器．

⑸L、d测多次，求平均值

⑹通电电流不宜过大，时间不宜过长

[实验思考]

1、读出下列图示的读数

2、在本实验中，为了减少实验过程中的偶然误差，在物理量测量时都进行了多次测量，但在求平均值时却采用了不同的方法：

在不同位置测量导线直径后先求平均值，再用它来求横截面积；伏安法测电阻时，要用每一组的电压值与电流值求电阻，然后求电阻的平均值，如果用相反的办法：

用每一个直径的值求面积，然后求平均值，可以吗?

将电压值和电流值分别求平均值，然后再用它们的平均值来计算电阻，可以吗?

为什么?

3、图7是滑动变阻器的示意图，若要将其连人电路，且当其滑动片向左滑动时，连人电路的电阻值变大，请在图（A）上画连线；若要使其滑动片向右滑动时，连人电路的电阻值变大，请在图（B）上画连线．

图7图8

4、图8是一位同学做本实验时的电路连线，请将他的错误连线加以更正．

5、（绵阳06二诊）

（1）某学校学生在开展“测金属电阻率’：

研究性学习括动中，对有关金属（灯泡中的钨丝）、半导体（二极管）、合金（标准电阻），及超导材料的电阻率查阅了大量资料，提出了下列一些说法，你认为正确的有·

A．金属温度计是利用金属材料的电阻率随温度升高而不发生显著变化制成的

B．标准电阻是利用合金材料的电阻率几乎不随温度变化而变化制成的

C．半导体材料的电阻率随温度升高而增大·

D．当温度为绝对零度时，某种材料电阻率突然为零，这种现象叫超导现象

（2）①在“测金属电阻率”实验中，螺旋测微器测金属丝的直径的读数如图，则直径d=______mm。

②测得接入电路的金属丝的长度为L，已知其电阻大约为25Ω．

在用伏安法准确测其电阻时，有下列器材供选择，除必选电源（电动势1.5V，内阻很小）、导线、开关外，电流表应选，电压表应选，滑动变阻器应选。

（填代号）并将设计好的测量电路原理图画在虚框内。

A1电流表（量程40mA，内阻约0.5Ω）

A2电流表（量程10mA，内阻约0．6Ω）

V1电压表（量程6V，内阻约30kΩ）

V2电压表（量程1.2V，内阻约的20kΩ）

R1滑动变阻器（范围0-10Ω）

R2滑动变阻器（范围0-2kΩ）

③若电压表、电流表读数用U、I表示，用上述测得的物理量计算金属丝的电阻率的表示式为ρ=。

6、（湖南06百校联考）有一根细长而均匀的金属材料样品M截面为外方内圆，如图所示．此样品重约1~2N，长约为30cm。

电阻约为10Ω，其电阻率为ρ，密度为D，因管线内径d太小，无法直接测量，请设计一个实验方案测量d．

供选用的器材有：

A．毫米刻度尺

B．螺旋测微器

C．电流表（600mA，1.0Ω）

D．电流表（3A，0.1Ω）

E．电压表（3V，6KΩ）

F．滑动变阻器（2KΩ，0.5A）

G．滑动变阻器（10Ω，2A）

H．蓄电池（6V，0.05Ω）

（1）除待测金属材料、开关、带夹子的导线若干外，还应选用实验器材有__________（只填代号字母）

（2）在（左图）虚结框中，画出设计方案的电路图；

（3）在（右图）中，把所选器材连接实际测量电路；

（4）用已知的物理常数和测得的物理量，推导出计算金属管线内径d的表达式．

7、如图，P是一根表面均匀的镀有很薄的发热电阻膜的长陶瓷管（长L约为50cm左右，直径D约为10cm左右），镀膜材料电阻率为ρ已知，管的两端有导电箍AB。

给你米尺、电压表V、电流表A、电源E、滑动变阻器R、电键S和若干导线，请设计一个测定膜层厚度d的实验方案：

（1）实验中应测量的物理量

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

（2）用上述物理量计算膜层厚度的公式是

_____________________________________________________________________________

（3）画出测量电路图

实验十测定电源的电动势和内阻

[实验目的]

1、测定电池的电动势和内电阻；

2、学会用作图法处理实验数据．

[实验原理]

如图2-30所示，根据闭合电路欧姆定律：

电动势ε，内电阻r、电源的路端电压U和通过电源的电流I之间关系是：

ε＝U+Ir.改变变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出两组对应的数值（Ul、I1）、（U2、I2）代入方程组：

ε＝U1+Ilr；ε＝U2+I2r．可求出电动势ε和内电阻r．这样做虽然简单，但偶然误差较大，为了减小偶然误差，至少测6组U和I值，且变化范围要大些，对这几组U和I数据处理的方法是：

（1）求出几组ε和r值，计算出ε和r的平均值为实验结果．

（2）把各组U和I数据在U—I图中描点作图，由图线的纵截距和斜率找出ε和r值．本次实验采用作图法处理数据．它可获得和方法

（1）同样的“平均”效果．

由ε=U+Ir可改写为U＝ε-Ir．从中看出U—I图线是一条负斜率的直线如图2—31所示．有以下特点：

（1）I＝0时，U＝ε，即外电路断路时，路端电压等于电动势，反映在U—I图线中，纵轴U上的截距等于电动势

（2）R外＝0时，U＝0，可得I短＝ε/r，即电源短路时，路端电压为零，反映在U—I图线中，图线在横轴I上的截距等于短路电流I短，由式I短=ε/r得r=ε/I短，而ε/I短在图像中反映为直线斜率的绝对值。

由于实际实验中数据采集范围的限制以及作图的规范，使得该实验的U-I图线的纵轴起点一般不是零，这样图线与横轴I的截距不是短路电流．那么计算内阻的方法是：

从图线上任取a、b两点，利用a、b两点的数据算内阻值如图2—32所示．

r=|ΔU|/|ΔI|=|Ua-Ub|/|Ia-Ib|.注意Uo是纵轴的起点值，I0是对应的电流值，而不是短路电流。

[实验器材]

电压表、电流表、被测电池（干电池）、滑动变阻器、电键、导线

[实验步骤]

（1）按图2-30所示电路连接实验线路．

（2）移动滑动变阻器的滑动触头，使它的电阻处于最大值．

（3）闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数。

以同样方法测量并记录几组U、I的值．

（4）断开电键，整理器材．

（5）数据处理：

在坐标纸上作出U-I图线，由此图线确定电源的电动势和内电阻．

[注意事项]

（1）为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些（选用已使用过一段时间的干电池）．

（2）干电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势ε会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3A，短时间放电不宜超过0.5A.因此,在实验中不要将I调得过大，读电表要快，每次读完U和I的数据后，应立即断开电源．

（3）要测出不少于6组的U、I数据，且变化范围要大．

（4）在画U—I图线时，要让较多的点落在这条直线上，或使各点对称分布在直线的两侧，而不要顾及个别离开较远的点，以减小偶然误差．

（5）干电池内阻较小时，路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多.此时，坐标图中数据点将呈现如图2—33所示的状况，即坐标纸中下部大面积空间得不到利用．这时，可让纵轴刻度不从零开始（横坐标I必须从零开始），如图2—34所示，把坐标比例放大，可减小作图误差。

此时图像与横轴交点不表示短路电流，但直线的斜率的绝对值仍然是电源的内阻。

[思考与练习]

1、在测定电源电动势和内电阻的实验中，除需用导线和开关外，下述各组器材可完成实验的是（）．

A、电压表和电流表B、电流表和电阻箱

C、电流表和滑动变阻器D、电压表和电阻箱

E、电压表和滑动变阻器F、电流表、电压表和滑动变阻器

2、如图2—35所示，用一只电流表和两个定值电阻测定电源电动势和内电阻的实验中，由于未考虑电流表的内阻，其测量值ε和r与真实值ε0和r0相比较，正确的关系是（）．

A、ε＝εo,r＝r0B、ε＝εo，r>r0

C、ε>εo，rεo，r>r0

3、若只需要粗测一节干电池的电动势ε，则可以用______表进行直接测量．操作时，应将表的正接线柱与干电池的______相连接,将表的负接线柱与干电池的相连接．进行上述测定的理论根据是U端＝____________．用这种方法测得的电动势的值是比电动势的真实值要______

4、（上海长宁区期终考试）某同学用伏安法测电池的电动势和内电阻，实验记录的六组数据在下表列出：

I（A）

0.12

0.22

0.31

0.32

0.45

0.57

U（V）

1.37

1.32

1.22

1.14

1.12

1.05

试在坐标纸中画出U—I图线；并根据图线求出电池的电动势ε=_____v，电池内阻r=____Ω．

5、用电流表和电压表测定电池的电动势ε和内电阻r．所用电路如图2—36（甲）所示.一位同学测得的6组数据如表格中所示．

组别

I/A

U/V

1

0.12

1.37

2

0.20

1.32

3

0.31

1.24

4

0.32

1.18

5

0.50

1.10

6

0.57

1.05

（1）试根据表格中数据在图2—36（乙）坐标纸中作出U-I图线

（2）据图线得出电池的电动势ε=_______电池的内电阻r＝______

（3）若不作图线，只选其中两组U和I值的数据，可利用公式ε＝U+Ir，算出ε和r，这样做可能得出的结果误差很大．选用第____组和第____组数据，求得的ε和r值的误差最大．

6、在做测量干电池的电动势和内电阻的实验时，备有下列器材供选用：

（a）干电池一节（电动势约1.5V）

（b）直流电压表（量程0～3V～15V，3V挡内阻为5kΩ，15V挡内阻为25kΩ）

（c）直流电流表（量程为0～0.6A～3A，0.6A挡内阻为0.1Ω，0.025Ω）

（d）滑动变阻器（阻值范围为0～15Ω，允许最大电流为lA）

（e）滑动变阻器（阻值范围为0～1000Ω，允许最大电流为0.5A）

（f）电键

（g）导线若干

（1）将选定的器材按本实验要求的电路（系统误差较小），在图2-37（甲）所示的实物图上连线

（2）根据实验纪录，画出的U-I图像如图2-37（乙），可得电池的电动势为ε=_____,内电阻r=_________

7、某同学在实验室先后完成下面二个实验：

（

）测定一节干电池的电动势和内电阻；（

）描绘小灯泡的伏安特性曲线．

用（

）实验测量得到数据作出U一I图线如图中a线，实验所测干电池的电动势为

V，内电阻为Ω。

在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中，为减小实验误差，方便调节，请在给定的四个电路图和三个滑动变阻器中选取适当的电路或器材，并将它们的编号填在横线上。

应选取的电路是，滑动变阻器应选取·

E．总阻值15

，最大允许电流2A的滑动变阻器

F．总阻值200

，最大允许电流2A的滑动变阻器

G．总阻值1000

，最大允许电流1A的滑动变阻器

将实验（

）中得到的数据在实验（

）中同一U一I坐标系内描点作图，得到如图所示的图线b，如果将实验（

）中的电池与实验（

）中的小灯泡组成闭合回路，此时小灯泡的实际功率为，若将两节与实验（

）中相同的干电池串联后与该小灯泡组成闭合回路，试根据一节干电池的伏安特性曲线作出由两节干电池组成电源的伏安特性曲线，则此时小灯泡的电压为。

实验十二用多用电表探索黑箱内的电学元件

[实验目的]

1、培养综合分析电学问题的能力；

2、学习黑箱问题的研究方法；

3、掌握多用电表的使用．

[实验原理]

以上欧姆表的结构示意图。

借助电流表显示示数，测电阻不同于测电流、电压，表内本身含有电源，表盘上本身刻定的是电流值。

试想，在两表笔间接入不同的电阻时，电路中的电流强度会随之发生改变，且一个阻值对应一个电流值，即指针偏在某一位置，所以可知：

（1）原理：

闭合电路欧姆定律

（2）刻度的标定：

　　①两表笔短接，调

，使

，刻出“0”

　　②两表笔断开，指针不偏，刻出“∞”

　　③任意加上

，

，在指针偏转到的位置，刻出“

”；

　　④若是正好是

呢？

应有

，不难看出此时、

，是此时的欧姆表内阻，也称中值电阻。

——由于

与

并不是简单的反比关系，所以欧姆表的刻度是不均匀的，从右向左，刻度越来越密。

——在零值附近和无限大值附近读取被测电阻的数值误差较大．一般来说，欧姆表刻度标尺长度的10％～90％之间为有效工作刻度。

另当RX=R内时，即在中值附近时，指针偏角φ和RX的关系比较接近线性．刻度接近均匀．因此，在测量时，最好让指针位于中值电阻附近或偏右些，这是选挡的依据．

[实验器材]

常用的多用电表一台、晶体二极管一只、大小不同的定值电阻两只

[实验步骤]

①机械调零：

检查多用表指针是否停在表盘刻度线左端的零位置，若不指零，可用小螺丝刀旋转定位螺丝（使用电流挡和电压挡也是如此）．

②选挡：

先将红、黑表笔分别插入正（+）、负（-）测试笔插孔，根据定值电阻大小，旋动选择开关使其尖端对准欧姆挡的合适量程挡．

③欧姆调零：

将红、黑表笔短接，调整电阻调零旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置．

④测量、读数：

将红、黑表笔分别与待测电阻两端相接，表针示数乘以量程倍率，即为待测电阻的阻值．

⑤重复步骤②、③、④，对其他定值电阻进行测量时，要注意每次换挡后都要重新调零，并将测定值与标定值进行比较．对灯泡或人体电阻测量时，应先估计其电阻，选择好适当量程．

⑥认识二极管的单向导电性。

⑦实验完毕，应将两表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF'’挡或交流电压最高挡．如果欧姆表长期不用，应取出表内的电池．

[注意事项]

①红、黑表笔的规定是为了与以往的电压表、电流表“＋、－”极统一，即电流流入的为正极，电流流出的为负极。

②测电阻时，要使被测电阻同其它电路脱离开。

且不要用手接触表笔的金属。

③欧姆表一般均有几档，而且使用时间长了，电池的E，r均要发生改变，所以在每次使用前及换挡后都要进行调零。

④在测量时，最好让指针位于中值电阻附近或偏右些（1/3-2/3），这是选挡的依据．

⑤每