以原理为支点，轻松撬动电学实验

■甘肃省天水市二中

丁 震



以原理为支点，轻松撬动电学实验

■甘肃省天水市二中

丁 震

高二物理中的电学实验颇多，如电表的改装、半偏法测量电表的内阻、用伏安法描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量金属丝的电阻率、测定电源的电动势和内阻、练习使用多用电表等。同学们若想熟练掌握实验内容，则需从实验原理入手，提纲挈领地进行实验的复习。

一、以串联和并联为原理的实验

1．电流表改装的实验原理。

图1

例1 有一个电流表G，内阻Rg=25 Ω，满偏电流Ig=3 mA，要把它改装成量程为0～0.6 A的电流表，求分流电阻R和放大倍数n。

2．电压表改装的实验原理。

图2

例2 有一个电流表G，内阻Rg=10 Ω，满偏电流Ig=3 mA，要把它改装成量程为0～3 V的电压表，求分压电阻R和放大倍数n。

3．多用电表具有多个挡位的原理。

图3

多用电表共用一个表头，电流表、电压表和欧姆表都是由灵敏电流计改装而成的。多用电表的内部电路如图3所示。

(1)开关S与1、2相连时，是多用电表的电流挡。并联分流电阻越小，电流表的量程越大。

(2)开关S与5、6相连时，是多用电表的电压挡。串联分压电阻越大，电压表的量程越大。

(3)开关S与3、4相连时，是多用电表的欧姆挡。

4．半偏法测量电表内阻的实验原理。

(1)用串联分压原理测量电压表的内阻。

图4

如图4所示，电压表V的内阻RV待测，所用仪器有电源E、滑动变阻器R(采用分压式)、电阻箱R1(与电压表串联)、开关S。必须满足的条件是R≪R1。

实验过程：先把滑动变阻器的滑片滑到最右端，闭合开关S，调节电阻箱的阻值使之为零，然后向左移动滑片，使电压表V的指针刚好达到满偏。再将电阻箱的阻值逐渐变大，使电压表的指针恰好指到满刻度的一半处，即半偏位置，这时电阻箱的阻值就是待测电压表内阻的测量值。

注意：采用这种方法测出的电压表内阻的测量值大于真实值。

例3 一只量程为1 V，内阻RV约为900 Ω的电压表是由小量程电流表改装而成的，现在要测量它的内阻。实验室提供了以下器材：

A.待测电压表；

B.标准电压表(量程为1 V)；

C.滑动变阻器(最大阻值为1 000 Ω，额定电流为1 A)；

D.滑动变阻器(最大阻值为10 Ω，额定电流为1 A)；

E.电阻箱(最大阻值为999.9 Ω，阻值最小改变量为0.1 Ω)；

F.电阻箱(最大阻值为99.9 Ω，阻值最小改变量为0.1 Ω)；

G.电池组(电动势为3 V，内阻约为1 Ω)。

另外有导线和开关若干。

为了用半偏法测量该电压表的内阻，某同学设计了两种电路，如图5所示，要使测量较精确，应选择____电路。除电池组、导线、开关和待测电压表外，还应从提供的器材中选用____(用器材前的序号字母表示)。用上述方法测出的电压表内阻的测量值RV____(选填“大于”“等于”或“小于”)电压表内阻的真实值。

图5

解析：甲图适合测量电流表的内阻，乙图适合测量电压表的内阻。除电池组、导线、开关和待测电压表外，还应从提供的器材中选用一个滑动变阻器和一个变阻箱。因为滑动变阻器采用分压式，所以应该选滑动变阻器D；电阻箱应该选择和电压表内阻相当的电阻箱E。因为电阻箱与待测电压表串联，与滑动变阻器的一部分并联，当电压表在半偏位置时，电阻箱分担的电压比半偏值略大，所以用上述方法测出的电压表内阻的测量值RV大于电压表内阻的真实值。

(2)用并联分流原理测量电流表的内阻。

图6

如图6所示，电流表A的内阻RA待测，所用仪器有电源E、滑动变阻器R(采用限流式)、电阻箱R1(与电流表并联)、两个开关S1(串联在干路中)、S2(与电阻箱串联)。必须满足的条件是R1≪R。

实验过程：先把滑动变阻器的滑片滑到最左端，闭合开关S1，向右移动滑片，使电流表A的指针刚好达到满偏。再闭合开关S2，缓慢调节电阻箱的阻值，使电流表的指针恰好指到满刻度的一半处，即半偏位置，这时电阻箱的阻值就是待测电流表内阻的测量值。

注意：采用这种方法测出的电流表内阻的测量值小于真实值。

二、以欧姆定律为原理的实验

1．以欧姆定律为原理的三大基本实验。

(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线。因为小灯泡的电阻很小，所以应该采用电流表外接法；同时要求描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压和电流的取值范围应该尽可能大，所以滑动变阻器要用分压式。

(2)测量金属丝的电阻率。因为金属丝的电阻都不大，所以应该采用电流表外接法；因为要求电压和电流的取值范围越大越好，所以滑动变阻器应该采用分压式。

(3)测定电源的电动势和内阻。电流表采用内接法比采用外接法造成的误差更小；为了减小电能损耗，滑动变阻器应该采用限流式。

图7

例4 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而增大。某同学为研究这一现象，所用的实验器材有：电压表V、电流表A、滑动变阻器(0～10 Ω)、电源、小灯泡、开关，以及导线若干。利用这些器材设计实验电路并进行实验，将得到的实验数据通过描点的方式记录在如图7所示的I-U坐标系中(I和U分别表示小灯泡上的电流和电压)。

(1)请画出实验电路图。

(2)读出图8中的电压表和电流表的示数，并将该组数据标注在图7的I-U坐标系中，然后画出小灯泡的I-U曲线。

解析：(1)在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中，滑动变阻器采用分压式，电流表采用外接法，因此实验电路图如图9所示。

图8 图9

图10

(2)电压表的读数是0.80 V,电流表的读数是0.360 A。把这个点描在坐标纸上，然后根据图中的点，描出平滑的曲线，如图10所示。

2．欧姆表的工作原理。

图11

3．欧姆表换挡必须重新调零的道理。

图12

例5 欧姆表的刻度盘如图12所示，因表头损坏，需要换一个新表头，现有甲、乙两个新表头。甲表头的满偏电流为原表头的2倍，内阻与原表头相同；乙表头的满偏电流与原表头相同，内阻为原表头的2倍。则换用甲表头和乙表头后，刻度盘的中值电阻分别为( )。

A．100 Ω，100 Ω B．200 Ω，100 Ω

C．50 Ω，100 Ω D．100 Ω，200 Ω

(责任编辑 张 巧)