1、专题13 电学实验,电学实验常用仪器介绍,实验七 测定金属的电阻率,实验八 描述小电珠的伏安特性曲线,实验九 测定电源的电动势和内阻,实验十 练习使用多用电表,实验十一 传感器的简单使用,实验十二 电表内阻的测量,1,2,1螺旋测微器的构造、原理及读数 (1) 螺旋测微器的构造 如图所示是常用的螺旋测微器它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上旋钮D、微调旋钮D和可动刻度E、测微螺杆F连在一起，通过精密螺纹套在B上(2) 螺旋测微器的原理 测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0.5 mm，即旋钮D每旋转一周，F前进或后退0.5 mm，而可动刻度E上的刻度为50等份，每转,电学实验常用仪器介
2、绍,3,一小格，F前进或后退0.01 mm，即螺旋测微器的精确度为0.01 mm.读数时估读到毫米的千分位上，因此，螺旋测微器又叫千分尺 (3) 读数：测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出 测量值(mm)固定刻度数(mm)(注意半毫米刻线是否露出)可动刻度数(估读一位)0.01(mm) 2游标卡尺的构造、原理及读数 (1)构造：主尺、游标尺(主尺和游标尺上各有一个内外测量爪)，游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉(如图所示),电学实验常用仪器介绍,4,(2) 用途：测量厚度、长度、深度、内径、外径 (3) 原理：利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值
3、制成 不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1 mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：,电学实验常用仪器介绍,5,(4) 读数：若用x表示由主尺上读出的整毫米数，k表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标尺的格数，则记录结果表达为(xk精确度) mm.,3多用电表的构造及读数 (1) 表头：多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程外形如图所示：上半部为表头，表头上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程另外，还有欧姆表的调零旋钮、指针定
4、位螺丝和测试笔的插孔,电学实验常用仪器介绍,6,由于多用电表的测量项目和量程比较多，而表头的空间有限，所以并不是每个项目的量程都有专门的标度，有些标度就属于共用标度，如图中的第二行就是交、直流电流和电压共用的标度 (2) 多用电表的内部构造 多用电表是由一个小量程的电流表与若干元件组成的，每进行一种测量时，只使用其中一部分电路，其他部分不起作用,将多用电表的选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表电路就被接通；选择开关旋转到电压挡或电阻挡，表内的电压表电路或欧姆表电路就被接通如图所示，其中1、2为电流测量端，3、4为电压测量端，5为电阻测量端，测量时，黑表笔插入“”插孔，红表笔插入“”插孔，并
5、通过转换开关接入与待测量相对应的测量端,返回专题首页,电学实验常用仪器介绍,7,实验七 测定金属的电阻率,1. 实验原理 根据电阻定律R，只要测出金属导线的长度L和它的直径d，计算出导线的横截面积S，用伏安法测量出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率 2实验器材的使用 螺旋测微器、游标卡尺的使用(详见P232) 3实验步骤 (1)用螺旋测微器在被测金属导线的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S.,8,(2) 按如图所示电路图用导线把器材连好，并把滑动变阻器阻值调到最大 (3) 用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量三次，求出其平均值L.
6、 (4) 电路经检查无误后，闭合开关S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内断开开关S，求出电阻R的平均值 (5) 将得到的R、L、d的值代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率 (6) 拆去实验线路，整理好实验器材,实验七 测定金属的电阻率,9,4伏安法测电阻 (1) 电流表的内接法和外接法的比较,实验七 测定金属的电阻率,10,(2) 两种电路的选择 阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法简单概括为“大内偏大，小外偏小” 比值比较法 若 ，则用电流表外
7、接法，若 ，则用内接法 试触法：如图所示，将电压表分别接在a、c和b、c两点间时，若电流表示数变化较明显，说明电压表分流较大，应选用内接法，若电压表示数变化较明显，则选用外接法,实验七 测定金属的电阻率,11,5控制电路的比较与选择 (1) 滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较,实验七 测定金属的电阻率,12,(2) 两种接法的适用条件 滑动变阻器以何种方式接入电路中，应遵循安全性、精确性、方便性、节能性的原则，综合考虑，灵活选用 在下列三种情况下必须采用分压式接法： 要求通过被控制部分的电流或电压实现从零开始调节(例如测定导体的伏安特性，从零刻度开始校对改装后的电表等)，即大范围测量时，必
8、须采用分压式接法 当用电器的电阻R远大于滑动变阻器的电阻R0，且实验要求电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须采用分压式接法 若采用限流式接法，电路中的实际电压(或电流)的最小值仍超过R的额定电压(或电流)时，只能采用分压式接法,实验七 测定金属的电阻率,13,在下列三种情况下可采用限流式接法： 测量时电路中的电流、电压没有从零开始调节的要求，只是小范围的测量，且R与R0接近，或R略小于R0时，采用限流式接法 电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用限流式接法 没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析，两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素，采用限
9、流式接法 6注意事项 (1) 因为一般金属导线电阻较小，所以用外接法，而不是内接法 (2) 测长度L时应测接入电路的金属导线的有效长度在金属导线的3个不同位置上用螺旋测微器测量直径d.,实验七 测定金属的电阻率,14,(3) 闭合开关前，应把滑动变阻器的滑动触头置于正确位置 (4) 多次测量U、I，先计算R，再求R的平均值 (5) 电流不宜过大，通电时间不宜过长，否则电阻率要变化，电流表一般选00.6 A量程 7误差分析 (1) 金属导线的横截面积是利用直径计算而得，直径的测量是产生误差的主要来源之一 (2) 采用伏安法测量金属导线的电阻时，由于采用的是电流表外接法，电阻的测量值小于真实值，使
10、电阻率的测量值偏小 (3) 金属导线的长度测量、电流表和电压表的读数等会带来偶然误差 (4) 由于金属导线通电后发热升温，会使金属导线的电阻率变大，造成测量误差,返回专题首页,实验七 测定金属的电阻率,15,实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线,1. 实验原理 金属物质的电阻率随温度升高而增大，从而使得一段金属导体的电阻随温度变化发生相应变化对一只灯泡来说，不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到十几倍，它的伏安特性曲线(IU图线)并不是一条直线，即灯丝的电阻是非线性的本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究灯泡在某一电压变化范围内其阻值变化，从而了解它的导电特性,2实验步骤 (1) 按右图
11、连接好电路，把滑动变阻器的滑片P调节到靠近A端处,16,(2) 闭合开关S，把滑片P调节到某个合适的位置，然后读出此时电压表的示数U1和电流表的示数I1，并把它们记录到下面表格中(3) 把滑片P从A端逐渐往B端调节，重复步骤(2)，读出并记录下12组左右不同的电压值和电流值 (4) 断开开关S，拆除电路 (5) 以I为纵轴、U为横轴画出直角坐标系，选取适当的标度，在坐标系内依次描出12组数据所表示的点，然后用平滑曲线连接这些点，此曲线就是小灯泡的伏安特性曲线,实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线,17,3注意事项 (1) 因本实验要作出IU图线，要求测出包括零在内的电压、电流值，因此滑动变阻器要采
12、用分压式接法 (2) 本实验中，因被测小灯泡电阻较小，所以实验电路必须采用电流表的外接法 (3) 开关闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值(如0.5 V)时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压 (4) 在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，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,实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线,18,4误差分析 (1) 由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，电流表外接，由于电压表的分流，使电流的测量值大于真实值
13、(2) 测量时读数带来误差 (3) 在坐标纸上描点、作图带来误差,返回专题首页,实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线,19,实验九 测定电源的电动势和内阻,1. 实验原理 如图所示通过改变滑动变阻器的阻值，用电压表和电流表测出每种状态(最少两种)下的U、I值，根据闭合电路欧姆定律EUIr，列方程求电动势E和内阻r.多测几组U、I数据，分别求出每组测量数据对应的E、r值，最后求出平均值,20,还可用图像确定电源的电动势和内阻由UEIr知，对于确定的电源，E、r为定值，U是I的一次函数，U与I的关系图像是一条直线2实验步骤 (1) 确定电流表、电压表的量程，按下图所示电路把器材连接好,实验九 测定电源
14、的电动势和内阻,21,(2) 把变阻器的滑片移到一端使其接入电路的阻值最大 (3) 闭合开关，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，用同样的方法测量并记录几组I和U的值 (4) 断开开关，整理好器材 (5) 数据处理，用原理中的方法计算或从UI图像中找出E和r.3实验数据的处理 (1) 公式法：把测量的几组数据分别代入EUIr中，然后两个方程为一组，解方程组，求解出几组E、r的值，最后对E、r分别求平均值作为测量结果,实验九 测定电源的电动势和内阻,22,(2) 图像法：以I为横坐标、U为纵坐标建立直角坐标系，根据几组I、U的测量数据在坐标系中描点；用直尺画一条直线，使
15、尽量多的点落在这条直线上，不在直线上的点，能大致均匀地分布在直线两侧；直线与纵轴的交点表示I0，属于断路的情况，这时的电压U等于电源的电动势E，直线与横轴的交点表示U0，属于短路的情况，此时的电流为短路电流I短，则电源内阻 . 4注意事项 (1) 实验电路图：电流表和滑动变阻器串联后与电压表并联 (2) 为了使电池的路端电压变化明显，电池内阻应大些 (3) 测出不少于6组I、U数据，且变化范围要大 (4) 电流表一般选00.6 A量程，电压表一般选03 V量程 (5) 电流不能过大，一般小于0.5 A.,实验九 测定电源的电动势和内阻,23,5误差分析 (1) 偶然误差：主要来源于电压表和电流
16、表的读数及作UI图像时描点不准确 (2) 测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，使得测量值小于通过电源的真实电流值 (3) 由于电压表的分流使电动势的测量值小于真实值，内阻的测量值小于真实值,返回专题首页,实验九 测定电源的电动势和内阻,24,实验十 练习使用多用电表,1. 实验原理 (1) 多用电表的上半部分为表盘，下半部分是选择开关，周围标有测量功能的区域及量程，将选择开关旋转到电流挡，多用电表内的电流表电路就被接通，将选择开关旋转到电压挡或电阻挡，表内的电压表电路或欧姆表电路就被接通 (2) 测电阻依据的是闭合电路欧姆定律；测电流和电压依据的是串联和并联的特点及部分电路欧姆定律 (3
17、) 二极管的特性是单向导电性，当二极管加上一定的反向电压时，它的电阻值变得很大，就像断开的开关一样,25,2实验步骤 (1) 使用多用电表测电阻的步骤 机械调零：使用前若表针没有停在左端“0”位置，要用螺丝刀转动指针定位螺丝，使指针指零 选挡：估计待测电阻的大小，旋转选择开关，使其尖端对准欧姆挡的合适挡位 欧姆调零：将红、黑表笔短接，调整欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右端“0”刻度处 测量读数：将两表笔分别与待测电阻的两端接触，表针示数乘倍率即为待测电阻阻值 测另一电阻时重复. 实验完毕，应将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡,实验十 练习使用多用电表,26,(2) 测二极管的正、反向电阻
18、 测正向电阻：将选择开关置于欧姆挡的“10”挡，短接红、黑表笔，转动欧姆调零旋钮，使指针指向表盘右端“0”刻度处黑表笔接二极管正极、红表笔接二极管负极，读出欧姆表指针指示的数值，乘倍率，记下正向阻值 测反向电阻：将选择开关置于欧姆挡的“1 k”挡，短接红、黑表笔，转动欧姆调零旋钮，使指针指向表盘右端“0”刻度处黑表笔接二极管负极、红表笔接二极管正极，读出欧姆表指针指示的数值，乘倍率，记下反向阻值 实验完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡,实验十 练习使用多用电表,27,3注意事项 (1) 使用多用电表时，若不知被测量电阻阻值的大小，要先从最大倍率开始测量，然后
19、根据测量的情况，选择合适的倍率原则是：测量电压和电流时，应尽量使指针超过1/2量程测电阻时，尽可能让指针指向刻度盘的中央位置 (2) 测量时，注意不要用手碰表笔的金属触针，这样一方面可防止测高电压时发生触电事故，另一方面在测电阻时，可能会把人体电阻并联进去，使测得的电阻值变小 (3) 测量电流时，应把多用电表串联在被测电路中对于直流电，必须使电流从红表笔流进，从黑表笔流出测量交流电时，应注意交流电的频率当交流电的频率超出电表的额定频率范围时，将会引起很大的测量误差,实验十 练习使用多用电表,28,(4) 测电阻时，待测电阻上不应有外电路的电流通过不允许在电路未断开的情况下，用多用电表去测电阻，
20、更不能用多用电表直接测电源的内阻 (5) 多用电表不用时，选择开关应置于交流电压的最高挡，决不能置于欧姆挡，以防两表笔触针不慎相碰，使电池放电若长期不用，则应把电池取出 4误差分析 (1) 电池用久后，电动势会减小，内阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池 (2) 欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏特点 (3) 由于欧姆表刻度的非线性，指针偏转过大或过小都会使误差增大，,实验十 练习使用多用电表,29,因此要选用恰当挡位，使指针指在表盘中央位置附近 (4) 测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值均小于真实值 (5) 读数时易形成偶然误差，要使视线
21、垂直表盘正对指针读数,返回专题首页,实验十 练习使用多用电表,30,实验十一 传感器的简单应用,1. 实验原理 传感器是将它感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的了,31,2实验步骤 (1) 热敏特性实验 按如图所示将一热敏电阻连入电路中，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与热敏
22、电阻两端相连将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中，在欧姆挡上选择适当的倍率，观察表盘所示热敏电阻的阻值；再分几次向烧杯中倒入开水，观察不同温度下热敏电阻的阻值，看看这个热敏电阻的阻值是如何随温度变化的,实验十一 传感器的简单应用,32,(2) 光敏特性实验 按如图所示将一光敏电阻连入电路中，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻两端相连在欧姆挡上选择适当的倍率，观察表盘所示光敏电阻的阻值；将手张开放在光敏电阻上方，挡住部分光线，观察表盘所示光敏电阻的阻值；上下移动手掌，观察表盘所示光敏电阻的阻值，总结一下光敏电阻的阻值随光照发生怎样的变化,实验十一 传感器的简
23、单应用,33,(3) 光电计数的基本原理 如图所示是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是光电传感器光敏电阻当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，供给信号处理系统的电压变高，这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化成相应的数字，实现自动计数的功能,实验十一 传感器的简单应用,34,3注意事项 (1) 在做热敏特性实验时，加开水后要等一会儿再测量其阻值，使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温 (2) 光电计数器是比较精密的仪器，使用过程中要轻拿轻放，严格按操作要求进行 (3) 热敏电阻、烧杯、温度计
24、易破损，实验时务必小心 (4) 温度自动报警器、光电计数器、小灯泡所需电压都很小(小于6 V)，切勿超电压使用 4误差分析 本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数,返回专题首页,实验十一 传感器的简单应用,35,实验十二 电表内阻的测量,1. 实验原理 测量电阻的理论是欧姆定律的变形公式RU/I，只要知道电压U和电流I即可求得电阻，在实际操作中，要用电压表、电流表测量电压、电流，根据被测电阻的大小，我们分别选择电流表内接、外接，以减小测量误差(在此不做讨论)测电表的内阻与测纯电阻的阻值原理相同，对于电表的“身份”我们做一下转换：认为它是一个“会说话的电阻”，会说自己的电压值(电压表)、电流值
25、(电流表)，即测量自身分得的电压和通过自身电流我们需要做的工作就是想办法测量另一未知的物理量,36,2实验方案和步骤,实验十二 电表内阻的测量,37,实验十二 电表内阻的测量,38,3. 注意事项 如果只有一块电表，我们一般都是采用半偏法的原理去测电表的内阻，但这种方法存在系统误差，精确度不高；对于两块相同的电表总是将两电表串联或并联，或者一表与电阻箱并联或串联，另一电表放在干路上，找出串、并联电路电压关系或电流关系，通过欧姆定律来求解；如果是一块电流表和一块电压表测电流表的内阻，将电压表并联在电流表两端，如果是测电压表的内阻则将电流表与电压表串联，采用“伏安法”来求解 4误差分析 (1) 半偏法测电流表内阻：当闭合S2，调节R2的时候，电路中的总电阻变小，因此干路中的总电流要比I0略大，由于滑动变阻器的阻值远远大于电流表的内阻，所以这个变化很微小,实验十二 电表内阻的测量,39,返回专题首页,实验十二 电表内阻的测量,
