恒定电流实验知识点及答案.docx

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恒定电流实验知识点及答案

电流：

定义式：

I=q/t微观式：

I=nqSv

电压：

定义式：

U=W/q计算式：

U=IR

电阻：

定义式：

R=U/I计算式：

R=ρl/s

电动势：

由电源本身决定，与外电路无关，是描述电源内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能的物理量

恒定电流-知识网络

基本

概念

逻辑电路：

与门电路，或门电路，非门电路

电阻定律：

R=ρl/s

部分电路：

I=U/R

闭合电路：

I=E/（R+r），或E=U内+U外=IR+Ir

适用条件：

用于金属和电解液导电

欧姆定律：

恒定电流

公式：

W=qU=IUt

纯电阻电路：

电功等于电热

非纯电阻电路：

电功大于电热，电能还转化为其它形式的能

规律

电功：

用电器总功率：

P=UI，对纯电阻电路：

P=UI=I2R=U2/R

电源总功率：

P总=EI

电源输出功率：

P出=UI

电源损耗功率：

P內=I2r

电源的效率：

，

电功率：

伏安法测电阻：

R=U/I，注意电阻的内、外接法对结果的影响

描绘小灯泡的伏安特性曲线

测定金属的电阻率：

ρ=Rs/l

测定电源电动势和内阻

电表的改装

多用电表测黑箱内电学元件

实验

恒定电流-知识点

1.电流强度：

I＝q/t｛I:

电流强度（A），q:

在时间t内通过导体横载面的电量（C），t:

时间（s）｝2.欧姆定律：

I＝U/R｛I:

导体电流强度（A），U:

导体两端电压（V），R:

导体阻值（Ω）｝

3.电阻、电阻定律：

R＝ρL/S｛ρ:

电阻率（Ω?

m），L:

导体的长度（m），S:

导体横截面积（m2）｝4.闭合电路欧姆定律：

I＝E/（r+R）或E＝Ir+IR也可以是E＝U内+U外｛I:

电路中的总电流（A），E:

电源电动势（V），R:

外电路电阻（Ω），r:

电源内阻（Ω）｝

5.电功与电功率：

W＝UIt，P＝UI｛W:

电功（J），U:

电压（V），I:

电流（A），t:

时间（s），P:

电功率（W）｝

6.焦耳定律：

Q＝I2Rt｛Q:

电热（J），I:

通过导体的电流（A），R:

导体的电阻值（Ω），t:

通电时间（s）｝

7.纯电阻电路中:

由于I＝U/R,W＝Q，因此W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2t/R

8.电源总动率、电源输出功率、电源效率：

P总＝IE，P出＝IU，η＝P出/P总｛I:

电路总电流（A），E:

电源电动势（V），U:

路端电压（V），η：

电源效率｝

9.电路的串/并联串联电路（P、U与R成正比）并联电路（P、I与R成反比）

电阻关系（串同并反）R串＝R1+R2+R3+1/R并＝1/R1+1/R2+1/R3+

电流关系I总＝I1＝I2＝I3I并＝I1+I2+I3+

电压关系U总＝U1+U2+U3+U总＝U1＝U2＝U3

功率分配P总＝P1+P2+P3+P总＝P1+P2+P3+

10.欧姆表测电阻使用方法:

机械调零、选择量程、欧姆调零、测量读数｛注意挡位（倍率）｝、拨off挡。

注意:

测量电阻时，要与原电路断开,选择量程使指针在中央附近,每次换挡要重新短

接欧姆调零。

11.伏安法测电阻

电流表内接时（图已）：

电压表示数：

U＝UR+UA

电流表外接时（图甲）：

电流表示数：

I＝IR+IV

Rx的测量值＝U/I＝（UA+UR）/IR＝RA+Rx>R真

Rx的测量值＝U/I＝UR/（IR+IV）＝RVRx/（RV+Rx）

当Rx>>RA或R2x>>RARV选用内接法

当Rx<

12.滑动变阻器在电路中的限流接法与分压接法（R为用电器电阻R0为滑动变阻器电阻）

限流接法：

电路特点：

电压调节范围小,电路简单,功耗小

选择条件：

当R<

分压接法：

电路特点：

电压调节范围大,电路复杂,功耗较大

选择条件：

当R>>R0时

13.电表的改装

（1）改装成安培表

在表头两端并联一个阻值较小的分流电阻RP（如图2），使流过表头的电流只是总电流的一部分。

表头G和RP组成的整体就是电流表。

选用不同阻值的RP能得到不同量程的电流表。

图2中，当表头满偏时，通过电流表的总量程为I，通过表头的电流为Ig，根据欧姆定律有

IgRg=（I－Ig）RP

故得

（1）

若表头的量程要扩大

倍，则

。

根据改装电流表的量程I、表头的量程Ig和内阻Rg，可算出分流电阻RP。

（3）改装成电压表

通常Ig和Rg的数值不大，Ug=IgRg很小。

为了测量较高的电压，将表头改装成电压表的办法是，在表头上串联一个阻值较大的分压电阻RS（如图3），

使超过表头电压量程的那部分电压降落在电阻RS上。

RS亦称为扩程电阻。

表头和RS组成的整体就是电压表。

选用不同阻值的RS可以得到不同量程的电压表。

在图3中，当表头满偏时，通过表头的电流为Ig，设改装后电压表总量程为U，因为U=Ig（Rg+RS），则RS=

-Rg

（2）

根据改装电压表的量程U、表头量程Ig和内阻Rg，可算出分压电阻RS

14.简单的逻辑电路

与门电路：

输入均为1时，输出才是1

或门电路：

输入有一个为1时，输出即为1

非门电路：

输入为1时，输出为0；输入为0时，输出为1

注意：

（1）单位换算：

1A＝103mA＝106μA；1kV＝103V＝106mA；1MΩ＝103kΩ＝106Ω

（2）各种材料的电阻率都随温度的变化而变化,金属电阻率随温度升高而增大；

（3）串联总电阻大于任何一个分电阻,并联总电阻小于任何一个分电阻；

（4）当电源有内阻时,外电路电阻增大时,总电流减小,路端电压增大；

（5）当外电路电阻等于电源电阻时,电源输出功率最大,此时的输出功率为E2/（4r）；

（一）电表的改装

（1）灵敏电流表（也叫灵敏电流计）：

符号为G，用来测量微弱电流，电压的有无和方向．其主要参数有三个：

①内阻Rg．②满偏电流Ig：

即灵敏电流表指针偏转到最大刻度时的电流，也叫灵敏电流表的电流量程．③满偏电压Ug：

灵敏电流表通过满偏电流时加在表两端的电压．以上三个参数的关系Ug=IgRg．其中Ig和Ug均很小，所以只能用来测量微弱的电流或电压．

（2）电流表：

符号I，用来测量电路中的电流，电流表是用灵敏电流表并联一个分流电阻改装而成．如图所示为电流表的内部电路图，设电流表量程为I,扩大量程的倍数n=I/Ig，由并联电路的特点得：

Ig·Rg=（I－Ig）R,

内阻

由这两式子可知，电流表量程越大，Rg越小，其内阻也越小.

（3）电压表：

符号U，用来测量电路中两点之间的电压．电压表是用灵敏电流表串联一个分压电阻改装而成，如图所示是电压表内部电路图．设电压表的量程为U，扩大量程的倍数为n=U/Ug，由串联电路的特点，得：

U=Ug＋IgR,Ig=Ug/Rg,

电压表内阻

由这两个式子可知，电压表量程越大，分压电阻就越大，其内阻也越大．

（4）半值分流法（也叫半偏法）测电流表的内阻，其原理是：

当S1闭合、S2打开时：

当S2再闭合时：

联立以上两式，消去E可得：

得：

可见：

当R1>>R2时，有：

（5）非理想电表对电路的影响不能忽略，解题时应把它们看作是能显示出本身电压或电流的电阻器.

①用电压表测得的电压实际上是被测电路与电压表并联后两端的电压，由于电压表内阻不可能无限大，因此测得的电压总比被测电路两端的实际电压小，表的内阻越大，表的示数越接近于实际电压值.

②用电流表测得的电流，实质上是被测量的支路（或干路）串联一个电阻（即电流表内阻）后的电流.因此，电流表内阻越小，表的示数越接近于真实值.

（二）含电容器电路的分析与计算

电容器是一个储存电能的元件．在直流电路中，当电容器充放电时，电路里有充放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想的不漏电的情况）的元件，在电容器处电路看作是断路，简化电路时可去掉它．简化后若要求电容器所带电荷量时，可在相应的位置补上．分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：

（1）电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过．所以在此支路中的电阻上无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．

（2）当电容器和用电器并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联用电器两端的电压相等．

（3）电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电．如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它并联的电路放电．电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据正极板电荷变化情况来判断电流方向。

⑷如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。

（三）电路故障分析与黑盒子问题

闭合电路黑盒。

其解答步骤是：

①将电势差为零的两接线柱短接

②在电势差最大的两接线柱间画电源

③根据题给测试结果，分析计算各接线柱之间的电阻分配，并将电阻接在各接线柱之间。

恒定电流实验专题

恒定电流实验常考知识点如下:

1.伏安特性曲线为I—U曲线,不是U—I曲线,tanθ=1/k看斜率

2.伏安法测电阻口诀:

大内高手（大电阻内接法测量值高于真实值）

3.试触法:

A表大内高手

4.当R2X>RARV时,RX为大电阻

5.滑动变阻器限流接法起降压﹑限流作用,负载电压﹑电流调节范围小,电路消耗功率小

6.滑动变阻器分压接法起分压﹑分流作用,负载电压﹑电流调节可从零开始连续可调（用于80%的电路测量）

7.无论限流器还是分压器,电路中的电流﹑电压都不能超过电表量程

8.当R变《R用时,应作分压器

9.当R变>R用或差不多时,应作限流器,但R变》R用时,虽然控流能力强,但电流变化不均匀

10.分压﹑限流都可以时,尽量采用限流器,因为能耗小

11.有两个滑动变阻器都可选择时,选电阻小的滑动变阻器,这样调节的U,I变化较均匀,移动相同的距离,阻值变化小

12.伏安法测电阻时,因为R灯随T升高而增大,所以画出的是曲线,不是直线

13.伏安法测电阻时,在坐标纸上建立一个直角坐标系,两坐标轴选取的标度要合理,使得根据测量数据画出的图线尽量占满坐标纸,并用平滑的曲线将各数据点连接起来

14.A表与被测电阻串联,V表与被测电阻并联,指针指示在满刻度的2/3处时,读数的相对误差较小

15.读数方法:

最小分度末位是“1”的仪器,读数时估读一位,如最小分度是1mm的刻度尺读2.83cm:

最小分度末位不是“1”的仪器,读数时不估读,如最小分度是0.02的电流表,读数以A为单位,则可以是0.48A:

最小分度是0.5的电压表,读数以V为单位,则可以是7.5V

16.负载大或负荷大是指用电器的功率大,.负载大的用电器电阻反而小,如100W灯的电阻小于40W灯的电阻

17.测定金属的电阻率时,用螺旋测微器测金属导线的直径应在三个不同的位置各测一次,取平均值

18.游标卡尺读数举例:

12mm+7/20mm=12.35mm（7为游标上的第7根线与主尺上的刻度线对齐;20为20分度的游标卡尺）不估读

螺旋测微器读数举例:

2.5mm+40.2×0.01mm=2.902mm（半毫米以下）（40.2估读一位）

19.测定电池的电动势和内阻时,为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可用旧电池

20.测定电池的电动势和内阻时,读数要快,在内阻发生较大变化之前结束测量,并切断电源.

21.测定电池的电动势和内阻时,r和E的测量值都小于真实值,系统误差来源于未计电压表的分流

22..测定电池的电动势和内阻时,为了减小系统误差,可选择阻值范围小而额定电流大的滑动变阻器和内阻较大的电压表

23.欧姆表刻度盘左侧是∞,右侧是O,电阻刻度不均匀,在中值电阻附近,指针偏角φ与RX的关系比较接近线性,刻度比较均匀,因此在具体测量时,最好使指针位于中央附近,这是选档的依据

24.使用多用电表时,电流都是从红表笔流入,从黑表笔流出

25.欧姆档中有内接电源,,红表笔接正接线柱,接电源的负极,黑表笔接负接线柱,接电源的正负极,测直流电流﹑直流电压时内部测量电路没有电源

26.因为欧姆档内阻值不同,每次换档后和测量前都必须将两表笔短接,进行一次欧姆调零,以防止测量时产生零误差.若调不到零,说明电池电能不足,电动势变小,内阻增大,使测量结果不准确,更换电池.

27.严禁在有电流流过的电阻上测电阻值

28.不使用多用电表时,应把选择开关旋转到OFF档或交流电压最高档（500V档）

29.测晶体二极管正反向电阻时,阻值相差大,说明二极管质量好

30.误差分析方法主要有公式法（列出物理关系式,对比分析）和图像法（画图分析判断）

31.当RX=Rg+r+R变时，I=Ig/2,此时欧姆表内阻等于中值电阻

32.保险丝和开关都接在火线上

能力提升训练

1．从下列器材中选出适当的实验器材，设计一个电路来测量电流表

的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并能测得多组数据．

电流表

，量程10mA，内阻待测（约40Ω）电流表

，量程500μA，内阻r2＝750Ω

电压表

，量程10V，内阻r3＝10kΩ电阻R1，阻值约为100Ω

滑动变阻器R2，总阻值约50Ω电源E，电动势1.5V，内阻很小开关S，导线若干

（1）画出实验电路图，标明所用器材的代号．

（2）若选取测量中的一组数据来计算r1，则所用的表达式r1＝____，式中各符号的意义是____．

[答案]　

（1）电路如图所示

（2）

，式中I1、I2分别是电流表

、

的读数，r1、r2分别是电流表

、

的内阻

[解析]　必选的器材有电源E、开关S、导线若干．

的满偏电压约为UA1＝Ig1·r1＝0.4V，为满足尽可能高的精度的要求，量程10V的电压表

不能选用，而电流表

的内阻确定，且满偏电压UA2＝Ig2·r2＝0.375V，可当电压表用来测

的电压．由于并联的

、

端电压只有零点几伏，而电源电动势有1.5V，可串联R1作保护电阻，为满足多测几组数据，滑动变阻器R2采用分压式供电方式．

2．某电压表的内阻在20～50kΩ之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材；

待测电压表V（量程3V）电流表A1（量程200μA）电流表A2（量程5μA）

电流表A3（量程0.6A）滑动变阻器R（最大阻值1kΩ）电源E（电动势4V）电键S

（1）所提供的电流表中，应选用______．（填写字母代号）

（2）为了尽量减小误差，要求测多组数据，试在图中的方框中画出符合要求的实验电路图．（其中电源和电键及其连线已画出）

[答案]　

（1）A1　

（2）如下图所示

[解析]　图为安培表和伏特表串联在一起．若滑动变阻器

作为限流使用，电压表的电压超过其量程．故应采用分压式

连接．通过估算发现，电流表A3量程过大，测量误差大，不宜用．

3.在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中，用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图甲所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零．闭合开关后：

（1）若不管怎样调节滑动变阻器，小电珠亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是________导线断路．

（2）某学生测出电源和小电珠的U－I图线如图乙所示，将小电珠和电阻R串联后接到电源上，要使电路中电流为1.0A，则R＝________Ω.

（3）某同学在实验中还测出a、b、c三种元件的伏安特性曲线分别如图丙中的（a）、（b）、（c），下列说法正确的是________．

A．a可以作为标准电阻使用B．b能作为标准电阻使用

C．b的阻值随电压升高而增大D．c的阻值随电压升高而增大

[答案]　

（1）g　

（2）0.8　（3）AC

[解析]　

（1）g

（2）从题图乙中可得电源的电动势为：

E＝3.0V，内阻为：

r＝

＝

Ω＝1.0Ω.还可看出，电流表示数为1.0A时，电压表示数为1.2V，由欧姆定律解得小电珠的电阻为：

R电＝

＝

Ω＝1.2Ω，将小电珠和电阻R串联后接到电源上，由闭合电路的欧姆定律得：

I＝

，代入数据解得：

R＝0.8Ω.

（3）由题图丙可知，（a）图的电阻不变，可以作为标准电阻，A正确；（b）图的电阻变化，不能作为标准电阻，B错误；（b）图的电阻随电压的增大而增大，（c）图的电阻随电压的增大而减小，C正确，D错误

4．在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中．

（1）备有如下器材：

A．干电池1节；B．滑动变阻器（0～20Ω）；C．滑动变阻器（0～1kΩ）；

D．电压表（0～3V）；E．电流表（0～0.6A）；F．电流表（0～3A）；G．开关、导线若干．

其中滑动变阻器应选______，电流表应选________．（只填器材前的序号）

（2）为了最大限度地减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图．

（3）某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图中画出U－I图线，根据图线得到被测电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.

1

2

3

4

5

6

I（A）

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.40

U（V）

1.32

1.26

1.18

1.13

1.04

0.93

[答案]　

（1）B　E　

（2）见解析图　（3）1.45　1.3

[解析]　

（1）由于干电池的电动势只有1.5V，滑动变阻器应选B，从测量的数据可以看出电流最大只有0.4A，电流表应选E.

（2）电路图如图所示．

（3）作出的U－I图象如图所示，从图象可以看出在U轴上的截距为1.45V，即电源的电动势为1.45V.图象斜率的绝对值为：

K＝ΔU/ΔI＝0.65/0.5Ω＝1.3Ω.

5．现有一阻值为10.0Ω的定值定阻、一个开关、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧）．要求：

（1）画出实验电路图．

（2）简要写出完成接线后的实验步骤．

（3）写出用测得的量，计算电源内阻的表达式r＝______.

[答案]　

（1）图见解析

（2）①断开开关记下电压表偏转格数N1②合上开关记下电压表偏转格数N2（3）r＝

R（R＝10Ω）

[解析]　

（1）电路图如图所示．

（2）①断开开关，记下电压表偏转格数N1；②合上开关，记下电压表偏转格数N2；

（3）由于电压表内阻很大，因此在断开开关S时测得的路端电压U1等于电源电动势，设电压表每格的电压值为U0，则有E＝U1＝U0N1①

同样是因为电压表内阻很大，在合上开关S后，外电路总电阻可认为R＝10Ω，

因此有E＝U2＋

r＝（N2＋

r）U0②由①②两式消去E、U0并导出r则有：

r＝

R（R＝10Ω）

6．某同学想用以下器材组装一只欧姆表，并比较精确地测量一只约几千欧电阻的阻值．

A．电流计，满偏电流为1mA，内阻为20ΩB．电流计，满偏电流为0.6A，内阻为5Ω

C．电动势15V，内阻5Ω的直流电源D．电动势3V，内阻3Ω的直流电源

E．最大阻值为5000Ω的滑动变阻器F．最大阻值为100Ω的滑动变阻器

（1）以上器材应选用________（填字母），并画出所组装的欧姆表的内部电路结构图．

（2）欧姆表调零后，滑动变阻器被接入电路部分的阻值为________Ω.

（3）若用此欧姆表测量电阻，发现指针指在满偏电流的三分之一处，则此电阻的阻值约为________Ω.

（4）如果电池长期未用，导致内阻增大，电动势基本不变，且仍然能正常调零，这将导致测量的结果________．（填“偏大”、“偏小”或“准确”）．

[答案]　

（1）ADE　

（2）2977　（3）6000　（4）准确

[解析]　

（1）选取器材要能够满足欧姆表调零的要求，

即：

I＝

，调节滑动变阻器的滑片时，当滑动变阻器的阻值最大时，

电流小于电流表的满偏电流Ig，综合考虑应选ADE.欧姆表的内部电路结构图如图所示．

（2）欧姆表调零时，由闭合电路欧姆定律得：

E＝Ig（R＋Rg＋r），代入数据解得：

R＝2977Ω.

（3）测量电阻时，由闭合电路欧姆定律得：

E＝I（R＋Rg＋r＋Rx），由题意得，I＝Ig/3，故：

Rx＝6000Ω.

（4）由于电池的电动势不变，根据上面的分析可知，测量的结果准确．

7．用伏安法测一节干电池的电动势E和内电阻r，所给的器材有：

A．电压表：

0～3～15V；B.电流表：

0～0.6～3A；C.滑动变阻器R1（总电阻20Ω）；D.滑动变阻器R2（总电阻100Ω）；以及电键S和导线若干．

（1）电压表量程选用________，电流表量程选用________，滑动变阻器选用________．

（2）在方框中画出实验电路图．

（3）如图所示的U－I图象是由实验测得的7组数据标出的点，请你完成图线，并由图线求出E＝________V，r＝________Ω.

（4）若只选用两组数据，用欧姆定律算出E、r，有可能误差较大；若选用第________组和第________组数据误差最大．

[答案]　

（1）0～3V　0～0.6A

（2）电路如图甲所示（3）如图乙所示　1.5　0.5　（4）5　6

[解析]　因为待测电源为一节干电池，故电压表量程选用0～3V，电流表量程选用0～0.6A；待测干电池一般内阻较小，故滑动变阻器选择总电阻为20Ω的R1可满足要求，伏安法测电源电动势和内电阻，电流表内接，电路如图所示．根据数据完成图线时，要注意尽量使数据点均匀分布在线的两侧，同时注意大胆舍弃误差较大的数据．图线与纵轴交点即为电动势值即E＝1.5V，图线斜率的绝对值即为电源内电阻r＝0.5Ω.过第5组、第6组数据对应点的直线与原直线截距、斜率相差最大．

8．用电流传感器和电压传感器等可测干电池的电动势和内电阻．改变电路的外电阻，通过电压传感器和电流传感器测量不同工作状态的端电压和电流，输入计算机，自动生成U－I图线，由图线得出电动势和内电阻．

（1）记录数据后，打开“坐标绘图”界面，设x轴为“I”，y轴为“U”，点击直接拟合，就可以画出U－I图象，得实验结果如图甲所示．根据图线显示，拟合直线方程为：

________，测得干电池的电动势为________V，干电池的内电阻为________Ω.

（2）现有一小灯泡，其U－I特性曲线如图乙所示，若将此小灯泡接在上述干电池两端，小灯泡的实际功率是多少？

（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在方格图中）．

[答案]　

（1）y＝－2x＋1.5　1.5　2　

（2）0.27W

[解析]　

（1）设直线方程为y＝ax＋b，把坐标（0,1.5）和（0.75,0）代入方程解得：

a＝－2，b＝1.5，得出直线方程为：

y＝－2x＋1.5；由闭合电路的欧姆定律得：

E＝IR＋Ir＝U＋Ir，对比图象可得：

E＝1.5V，r＝2Ω.

（2）作出U＝E－Ir图线，可得小灯泡工作电流为0.30A，工作电压为0.90V，因此小灯泡的实际功率为：

P＝UI＝0.30×0.90W＝0.27W.

9．测量一只量程已知的