恒定电流学生实验全部.docx

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恒定电流学生实验全部

恒定电流学生实验

实验一：

描绘小电珠的伏安特性曲线

【实验目的】

通过实验来描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律．

【实验原理】

在纯电阻电路中，电阻两端的电压和通过电阻的电流呈线性关系，也就是U-I曲线是条过原点的直线。

但是实际电路中由于各种因素的影响，U-I曲线就可能不是直线。

如图3-1所示，根据分压电路的分压作用，当滑片C由A端向B端逐渐移动时，流过小电珠（“3.8V、0.3A”或“4V、0.7A”）的电流和小电珠两端的电压，由零开始逐渐变化，分别由电流表、电压表示出其值大小，将各组I、U值描绘到U--I坐标上，用平滑的曲线连接各点，即得到小灯泡的伏安特性曲线。

；图3-1

金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而测得一段金属导体的电阻随温度发生相应变化。

本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内阻值的变化，从而了解它的导电特性。

【步骤规范】

实验步骤

操作规范

一.连接实验电路

1．对电流表、电压表进行机械调零

2．布列实验器材，接图3-1连接实验电路，电流表量程0.6A，电压表量程3V

1．若表针不在零位，用螺丝刀旋动机械调零螺钉，使其正对。

2．电键接入电路前，处于断开位置；闭合电键前，滑动变阻器的电阻置于阻值最大；电线连接无“丁”字形接线。

二．读取I、U数据

1．将滑动变阻器的滑片C向另一端滑动，

读取一组电流表和电压表的读数

2．逐渐移动滑动变阻器的阻值，在“0~3.8V”或“0~4V”范围内记录12组电压值U和相应的电流值I

1．使电路中灯泡两端电压从0开始逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据记录在表中。

调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压

2．电流表和电压表读数要有估读（一般可估读到最小分度的

三．描绘图线

将12组U、I值，描绘到I—U坐标上，画出I—U曲线

在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，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；要用平滑曲线将各数据点连接起来。

四．拆除电路，仪器复原

【注意事项】

1．本实验中，因被测小灯泡灯丝电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．

2．因本实验要作I－U图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此变阻器要采用分压接法．

3．电键闭合前变阻器滑片移到图中所示的A端．

4．电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在伏特表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值，并将数据（要求两位有效数字）记录在表中．调节滑片时应注意伏特表的示数不要超过小灯泡的额定电压．

5．在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，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；要用平滑曲线将各数据点连接起来．

【典型例题】

例1某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下组U和I的数据：

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）画出I-U图线。

（2）从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，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_________。

答案

（1）略

（2）电阻开始不变，后来逐渐增大。

（3）增大。

例2“220V100W”的白炽灯泡A和“220V60W”的白炽灯泡B的伏安特性曲线如图所示．若将两灯泡并联接在110V的电源上时，两灯泡实际消耗的功率为多大？

答案

PA＝33WPB＝20W

I（A）

0.12

0.21

0.29

0.34

0.38

0.42

0.45

0.47

0.49

0.50

U（V）

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

例3．（04上海）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，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：

（1）在左下框中画出实验电路图.可用的器材有：

电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0—10Ω）、电源、小灯泡、电键、导线若干.

（2）在右图中画出小灯泡的U—I曲线.（3）如果实验中已知电池的电动势是1.5V，内阻是2.0Ω.问：

将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？

（简要写出求解过程；若需作图，可直接画在第

（2）小题的方格图中）

答案：

（1）见下图

（2）见右图

（3）作出U=E+Ir图线，可得小灯泡工作电流为0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率为0.28瓦

例4（06上海卷）表格中所列数据是测量小灯泡U-I关系的实验数据：

（1）分析上表内实验数据可知，应选用的实验电路图是图（填“甲”或“乙”）；

（2）在方格纸内画出小灯泡的U-I曲线．分析曲线可知小灯泡的电阻随I变大而（填“变大”、“变小”或“不变”）；

（3）如图丙所示，用一个定值电阻R和两个上述小灯泡组成串并联电路，连接到内阻不计、电动势为3V的电源上．已知流过电阻R的电流是流过灯泡b电流的两倍，则流过灯泡b的电流约为A．

【答案】

（1）甲

（2）如图所示变小（3）0.050A

【分析】

（1）甲电路中变阻器采用分压接法，可以获得从零开始变化的电压，符合图中数据的要求。

（2）将表中数据逐一描点后用平滑曲线连接各点。

（3）根据题意有E=Ua+Ub，Ia=3Ib，从所做曲线可以查出，Ia=0.150A，Ib=0.050A，Ua=1V，Ub=2V。

【高考考点】灯泡伏安特性曲线的描述欧姆定律电阻的串、并联，串联电路的分压作用，并联电路的分流作用

【易错点】第三小问，学生可能会用解析法，那计算将很复杂，并造成无法求解。

例5．（04江苏）某同学对黑箱（见图1）中一个电学元件的伏安特性进行研究．通过正确测量，他发现该元件两端的电压Uab（Uab=Ua-Ub）与流过它的电流I之间的变化关系有如下规律

①当-15V

（1）在图2中画出Uab≥0时该元件的伏安特性曲线．（可用铅笔作图）

（2）根据上述实验事实．该元件具有的特性是______________________

（3）若将此黑箱接入图3电路中，并在该电路的cd两端输入如图4（甲）所示的方波电压信号ucd,请在图4（乙）中定性画出负载电阻RL上的电压信号uef的波形．

答案：

（1）

（2）单向导电性（3）

实验一练习：

描绘小电珠的伏安特性曲线

一、选择题

1．如图1所示是两个不同电阻的I－U图像，则图线1、2表示的电阻及两电阻串联或并联后的I－U图像所在的区域分别是（）

A．1表示电阻大的图线，并联后在区域Ⅲ

B．1表示电阻小的图线，串联后在区域Ⅱ

C．2表示电阻小的图线，并联后在区域Ⅰ

D．2表示电阻大的图线，串联后在区域Ⅲ

2．如图2所示为电阻R1和R2的伏安特性曲线，并且把第一象限分为了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域．现把R1和R2并联在电路中，消耗的电功率分别用P1和P2表示；并联的总电阻设为R．下列关于P1与P2的大小关系及R的伏安特性曲线应该在的区域正确的是（）

A．特性曲线在Ⅰ区，P1

B．特性曲线在Ⅲ区，P1

C．特性曲线在Ⅰ区，P1＞P2

D．特性曲线在Ⅲ区，P1＞P2

3．（93全国）一个标有“220V，60W”的白炽灯泡，加上的电压由零逐渐增大到220V．在此过程中，电压U和电流I的关系可用图线表示．图3中的图线肯定不符合实际的是（）

图3

4．小灯泡的伏安曲线不是直线，这是因为：

A．小灯泡是非纯电阻用电器

B．任何导体的电阻率均随温度的升高而增大

C．金属导体的电阻率一般随温度的升高而增大

D．以上说法均不正确

5．在图4中，不论如何移动滑动滑片，电压表的读数几乎不变，下列情况中，可能发生的是：

A．只有小灯泡的灯丝断

B．只有A端断开了

C．灯丝断了且变阻器的A端也断了

D．电流表没接好图4

6．在实际情况中，能较正确反映通过灯泡的电流强度I与灯泡两端电压U之间变化关系的图线是图6所示中的哪一个？

二、填空题

7．现有下列器材：

A、两节干电池，内阻不计；B、滑动变阻器0～10Ω；C、滑动变阻器0～500Ω；D、小灯泡（2.5V，0.5W）；E、开关；F、导线若干

请你设计一个电路，使小灯泡两端的电压能在0～2.5V范围内较方便地连续变化。

（1）滑动变阻器应选；

（2）画出对应的电路图。

8．用如图8中所给的实验器材测量一个“12V，5W”的小灯泡在不同电压下的功率，其中电流表有3A、0．6A两挡，内阻可忽略；电压表有15V、3V两挡，内阻很大．测量时要求加在灯泡两端的电压可持续地从0调到12V．按要求在实物图上连线（其中部分线路已经连好）．

9．如图9所示，滑动变阻器R1的最大值是200Ω，电阻R2=200Ω，AB两端电压U=10V。

试求电键S断开和闭合时，移动滑键P、R2两端的电压变化范围。

10.（06北京卷）某同学用图所示电路，测绘标有“3.8V,0.3V”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.

①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择:

电流表：

A:

（量程100mA,内阻约2）;

A:

（量程0.6A,内阻约0.3）;

电压表：

V1（量程5V,内阻约5）;

V2（量程15V,内阻约15）;

电源：

E1（电动势为1.5V，内阻为0.2）;

E2（电动势为4V,内阻约为0.04）.

滑动变阻器：

R1（10Ω，0.5A）

R2（500Ω，0.5A）

为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表___________，电压表______________滑动变阻器________________，电源___________________.（填器材的符号）

②根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图3所示.由图象可知，此灯泡在不不作时，灯丝电阻为___________；当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为____________,灯泡实际消耗的电功率为___________W.

③根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系.符合该关系的示意图是下列图中的__________．

11．有一个小灯泡上标有“6V，1W”字样，现在要测量这个灯泡的I-U图线。

下列器材可供选用。

A.电压表（0—5V，5kΩ）

B.电压表（0—10V，10kΩ）

C.电流表（0—0.3A，5Ω）

D.电流表（0—0.6A，2Ω）

E.滑动变阻器（30Ω，2A）

F.学生电源（直流9V）还有导线、电键等。

（1）实验中所用电压表应选用，电流表应选用。

（2）在方框中画出实验电路图。

12．“描绘小灯泡伏安特性曲线”实验电路图见图12所示。

（1）请你按该电路图将图13所示中各器材连成实验电路。

（2）合上开关前，应把滑动变阻器滑至＿＿＿处（由实物图13所示，填“最左端”、“最右端”或“中间）。

⑶导致实验结果伏安特性曲线不是一条直线的关键因素是。

图13

实验二:

测定金属的电阻率

【实验目的】1．练习使用螺旋测微器；2．学会用伏安法测电阻；3．测定金属的电阻率。

【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，就可以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

只要测出金属丝两端的电压U和金属丝中的电流I，就可以测出金属丝的电阻．即用伏安法测出金属丝的电阻R

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．在测定金属线的电阻时，为了防止金属线过热造成金属线的长度及电阻率的变化，因此，流过金属线的电流不宜太大．则当电流表具有0～0.6A和0～3A两种量程时，应当选用哪个量程?

如果被测金属线电阻约5Ω，电压表具有0～3V和0～15V两种量程，应当选用哪个量程?

分析：

电流表选0～0.6A

电压表选0～3V

3．在图3中，电流表选用0～0.6A量程，电压表选用0～3V量程，则各指针所指示的分别为:

I是0.35A，Ⅱ是0.50A；Ⅲ是1.20V，Ⅳ是2.00V．

（由于被测金属丝的电阻较小，一般为5Ω～10Ω，电压表3V档的内阻约为3kΩ，电流表0.6A档的内阻约为0.1Ω，所以测量电路应采用电流表外接法．为了调节金属丝两端的电压，应选用滑动变阻器，根据本实验的实际情况，可采用滑动变阻器的限流接法．）

4.图4提供测电阻所用的实验器材，请将它们用线连接成所需的实验电路；并将变阻器的滑动片移到阻值最大的位置（用“↓”表示）．

5．实验中所使用的刻度尺的最小刻度是1mm，则它的测量结果可以准确到1mm，读数时应当读到0.1mm位．下图中，（A）的测量结果是0.1546m,（B）的测量结果是0.4500m.

6.螺旋测微器的构造、原理、读数方法

（1）CAI课件模拟螺旋测微器的构造:

螺旋测微器是由：

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构成的．

（2）CAI课件模拟螺旋测微器的原理

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）CAI课件模拟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o．5mm的部分在固定刻度上读出，不足o．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＝固定刻度上的读数+可动刻度上的格数×精确度o.01mm

（4）CAI课件模拟螺旋测微器测量几种金属丝的直径，学生练习读数．A．4.365mmB．4.090mmC．0.690mmD．0.987mm

7.注意事项

⑴实验中先对测量仪器、仪表进行检查；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，或请老师帮忙调整；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，如果不重合，就存在“零误差”，在测量时如何处理它可以向老师请教.

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在连接电路之前，应当适当安排仪器的位置，做到既要方便连线，又要使经常操作的仪器（如滑动变阻器）方便操作，经常观察的仪表（如电表）便于读数．图1的排列就考虑到这个要求可供参考．

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

【步骤规范】

实验步骤

操作规范

一．测量金属导线的直径

1．观察螺旋测微器两小砧合拢时，可动刻度上的零刻度线和固定刻度上的零刻度线是否重合，观察螺旋测微器的最小分度值

2．将金属导线放在螺旋测微器的小砧和测微螺杆之间，正确操作螺旋测微器，测出金属导线的直径

3．在金属导线的不同位置、不同方向上，再测两次，求出平均值

1．螺旋测微器的最小分度是0.01mm，应估读到0.001mm

2．⑴螺旋测微器的正确握法是：

用左手食指侧面和大拇指握住框架塑料防热片的左侧，用右手大拇指和食指旋动旋钮

⑵调节旋钮时，应先用粗调旋钮，使小砧与金属导线接近，然后改用微调旋钮推进活动小砧，当听到棘轮打滑空转并发出“咯咯”声时，才可读数

⑶读数时，先读出固定刻度上的毫米整数部分（注意半毫米刻度线是否露出），再读出可动刻度的值（如半毫米刻度线已露出，应加上0.500mm），作后读出估读值

二．用伏安法测金属导线的电阻

1．对电流表、电压表进行机械调零

2．将金属导线拉直，固定在木条上

3．按图连接电路

4．闭合电键，调节滑动变阻器，读取三组I、U值

5．计算三组I、U值对应的电阻值，取其平均值

1.若表针不在零位，用螺旋刀旋动机械调零螺钉，使其对正

2．⑴连接电路前，先布列仪器，使其位置合适，然后先电阻、后电表依次连接电路，电源最后接

⑵电键接入电路时，应处于断开位置

⑶闭合电键前，变阻器阻值应最大

⑷导线的连接处必须在接线柱上（无“丁”字形接线）

3．⑴电流表、电压表量程合适

⑵每次实验通电时间不宜过长，电流不宜过大，并应及时切断电源

⑶I、U值读数准确，有估读。

三．测量金属导线的长度

1．用毫米刻度尺测量固定在木条上连入电路中的金属导线的长度

2．以毫米刻度尺的不同起点再测两次

3．算出金属导线长度平均值

测量时，刻度尺的刻度应贴近金属导线；视线要跟尺垂直；有估读（即读出0.1mm）

四．拆除电路，仪器复原

电源必须先拆

【典型例题】

例1在“测定金属电阻率”的实验中，若被测电阻丝的长度为80.00cm，电阻约为3Ω～4Ω，在下列器材中应选用的是（写代号）．

A．电压表（0～15V）；B．电压表（0～3V）；C．电流表（0～0.6A）；D．电流表（0～3A）；E．滑动变阻器（0～50Ω，2A）；F滑动变阻器（0～500Ω，1A）；G．电源（E＝3V，r＝0.2Ω）；H电源（E＝10V，r＝lΩ）；I．开关；J．导线（若干）．

答案.BCEGIJ

例2测定金属电阻率的实验中，

（1）如图2（a）为测金属丝直径时螺旋测微器的示意图，则此金属丝的直径为m；

（2）如图2（b）为用伏安法测金属丝电阻的电路图，其中M为，N为；若两表示数分别如图2（C）、（d）所示，则被测金属丝的电阻R测＝；（3）用以上方法测得的金属丝电阻率与其实际值比较是．（填“偏小”、“偏大”或“准确”）

答案:

（1）5.9×10－2m

（2）电流表电压表5Ω

（3）偏小

例3在测定金属丝的直径时，螺旋测微器的读数如图3所示，可知该金属丝的直径d=______×10－3m。

答案:

.0.900

例4（06四川卷）在“测定金属的电阻率”实验中，需要测量金属丝的长度和直径。

现用最小分度为1mm的米尺测量金属丝长度，图中箭头所指位置是拉直的金属丝两端在米尺上相对应的位置，测得的金属丝长度为mm。

在测量金属丝直径时，如果受条件限制，身边只有米尺1把和圆柱形铅笔1支。

如何较准确地测量金属丝的直径？

请简述测量方法：

答案:

在铅笔上紧密排绕金属丝N匝，用米尺量出该N匝金属丝的宽度D,由此可以计算得出金属丝的平均直径为D/N

实验二：

测定金属的电阻率练习

1．有一个阻值约为5kΩ的电阻，现用伏安法较准确的测定它的电阻值，可供选用的电流表量程为50mA，内阻为20Ω，电压表量程为5V，内阻为10kΩ，为减少误差，实验时应选用哪种电路为好?

（）

2．在测定金属丝的电阻率实验中，用螺旋测微器测量金属丝的直径，如图所示，由图读出金属丝的直径是_________．

3．如图是伏安法测电阻的电路，其中电压表示数为100V，

电流表示数为0.4A，由此得出的电阻值为_________Ω。

若电

压表的内阻为1250Ω，则被测电阻的真实值应为________Ω。

4．用零点准确的螺旋测微器测量某物长度，被测物的长度如图4

（1）可读为___________，

图4

（2）可读为_____________．

5．图5为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：

（1）待测电阻Rx（约100Ω）；

（2）直流毫安表（量程0～10毫安，内阻50Ω）

（3）直流电压表（量程0～3V，内阻5kΩ）；

（4）直流电源（输出电压4V，内阻可不计）；

（5）滑动变阻器（阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A）；

（6）电键一个，导线若干条．

根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线．

6．如图6，a、b、c、d是滑动变阻器的四个接线柱．现把此变阻器串联接入电路中，并要求滑片向c移动时，电路中电流减小．则接入电路的接线柱可能是[]

A．a和bB．a和cC．b和cD．b和d

7．如图7千分尺的读数应是___________mm．

8．如右图8所示为螺旋测微器测量小球的直径时的示数，这个小球的直径应是_________mm.

9．在“测定金属电阻率”的实验中，用千分尺测量金属丝的直径，利用伏安法测量金属丝的电阻，千分尺示数及电流表、电压表的示数都如图9所示，则可读出该金属丝的直径是_________mm，金属丝的电阻值_________Ω（本空要求两位有效数字）。

除此以外，还需要测量的物理量是_________．

图

10．某学生准备用伏安法测定一个未知电阻的阻值，实验中他的实物接线如图10所示．

（1）指出该学生实物接线中的错误；

（2）根据纠正错误以后的实物接线图，画出与之对应的原理电路图．

11．用伏安法测一个未知电阻Rx的阻值．已知Rx约为200Ω．

所用仪器规格如下：

电压表（15V，15kΩ）；电流表（0.6A，0.1Ω）；

变阻器R1：

（0～500Ω）；变阻器R2：

（0～20Ω）；合适的电源以及电键、导线等．

（1）画出实验电路图．

（2）要求调节滑动变阻器使电路中电流强度变化较明显，应选用哪一个变阻器?

答：

____________________________________________．

（3）按上述电路测得的Rx值比真实值________________．

12．用伏安法测一段金属丝的电阻，所用的仪器如图12所示，其中电压表的内阻约2KΩ，电流表的内阻约1Ω，滑动变阻器标有10Ω、1A，蓄电池的电动势6.0V，内电阻0.2Ω。

测得的数据如表所示：

在坐标图上