高考物理系列讲座
----电学实验专题
1、高中物理实验复习值得思考的环节
一、物理实验复习与备考策略
●考试说明中精选实验，突出了复习的重点。实验条目后冠以“（实验、探究）”，说明实验具备更多的能力要求或可以考查的途径。

●所列实验与传统的实验器材不一定一一对应。

●对实验技能和方法的考查更加突出，要求对实验原理有更高层次的领悟才能正确迁移和运用。
2、高中物理实验所涉及基本方法
3、北京“11考试说明”对实验器材与实验
误差提出的要求
● 设计实验原理：控制变量法、替代法、模拟法、 微小量放大法、留迹法
●控制实验误差：多次测量法、积累法
●处理实验数据：列表法、作图法、平均值法、逐差法
●实验器材
●实验误差与有效数字
●实验考试形式与比例
2011考试说明有关实验部分的要求
实验能力是指针对具体问题，根据已有条件，运用已学过的知识和方法制定方案，通过实验解决问题的能力。能独立完成“物理知识内容表”中所列的实验。具体要求如下：
①了解基本仪器的主要性能和使用方法，根据需要能合理选择和正确使用基本仪器。
②理解实验原理和方法。能够控制实验条件，排除实验故障，正确进行观察、测量、记录实验现象和实验数据。
③分析和处理实验数据，对实验结果进行描述和解释，对误差进行初步分析和讨论，评价实验结论。
④依据已有资源，设计简单实验，组合实验器材，拟定实验步骤，探究所要解决的问题。
第一部分
2011考试说明有关实验部分的要求
2011考试说明有关实验部分的要求
2011考试说明有关实验部分的要求—说明
1．要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧秤、电流表、电压表、多用电表、示波器、滑动变阻器、电阻箱等
2．要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。
3．要求知道有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果．间接测量的有效数字运算不作要求
近几年北京高考实验题目类型
一、电学测量仪表及读数法则
0-3v-15v
0-0.6A-3A
电压表
电流表
例：按照有效数字规则读出下列电表的测量值
接0~3A量程
(0.1×8+0.1×9/10)A
=0.89A
误差值
1.最小分度是1（包括0.1、0.01等）的仪器，测量误差出现在下一位（即估读到最小分度下一位），下一位按1/10估读。若无估读，则在最小分度的下一位补“0”。
安培表0～3A档、电压表0～3V档等。
读数规则：
读数：2、40V
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例：按照有效数字规则读出下列电表的测量值
接0~15V量程时
读数为________V.
精度(即最小分度值）为0.5V，在十分位上。
2.最小分度是5（包括0.5、0.05等），测量误差出现在同一位上，同一位按1/5估读，即按五分之几格估读。
(10+0.5×1+0.5×3/5)V
最小分度值
误差值
10.8
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例：按照有效数字规则读出下列电表的测量值
接0~0.6A量程时
读数为________A.
0.18
精度(即最小分度值）为0.02A，在百分位上。
3.最小分度是2（包括0.2、0.02等），测量误差出现在同一位上，同一位按1/2估读，即不足半小格舍去，超过半小格按半格估读，接近满格按满格估读。
(0.02×8+0.02×1)V
最小分度值
误差值
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凡最小分度值是一个单位的，有效数字的末位都在精度的下一位，即需要估读，若无估读，则在精度的下一位补“0”。凡最小分度值是2或5个单位的，有效数字的末位就是精度的同一位（含估读数），若无估读不需补“0”。若用0~0.6安量程，其精度为0.02安，说明测量时只能准确到0.02安，不可能准确到0.01安，因此误差出现在安培的百分位（0.01安），读数只能读到安培的百分位，以估读最小分度半小格为宜，当指针指在小于半小格位置则舍去，指针正对半小格则取为0.01安，指针超过半小格时则算一小格即0.02安。
小结：
读数：10.5V
读数：9.5V
练一练
读数：0.37A
电阻箱：是一种可以调节电阻的并且能够显示出电阻阻值大小的变阻器。
读数方法是：各旋扭对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数，它们之和就是电阻箱接入电路的阻值。
使用电阻箱时要注意通过电阻的电流不能超过允许的最大数值。
6、电阻箱
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电阻箱读数:
8×10000+4×1000+5×100+8×10+0×1+2×0.1
=84580.2 Ω
练一练
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（二）常见实验数据的收集方法
1．利用测量工具直接测量基本物理量
2. 间接测量的物理学量
试验流程：实验目的 → 实验原理 → 实验器材→ 电路选择 → 实验方法→ 实验数据→实验结果 　　　　
实验装置
　　　　　 控制条件
　　　　　 实验步骤
　　　　　 实验现象
专题二 电学实验
一、电学实验的基本知识
专题二 电学实验
1．电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。
⑴正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。
⑵安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。
⑶方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。
⑷精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。
2．电学实验仪器的选择：
⑴根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度的1/3），以减少测读误差。
⑵根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、电压有很大变化的，不宜采用。
⑶应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。
仪器选择顺序：先电源----电压表—电流表---变阻器
3、测量电路的选择——内外接选择
＜
＞
伏特表的分流作用
安培表的分压作用
测小电阻 Rx＜Rv
测大电阻 Rx＞＞RA
①已知Rx、RA、Rv范围
外
内
Rx/RA＜Rv/Rx： 接法
Rx/RA＞Rv/Rx： 接法
②未知RA、Rv、ＲＡ:试触法
A变化明显: 接法
V变化明显: 接法
内
外
测大用内
测小用外
4、供电电路选择----分压、限流接法
为了改变测量电路（待测电阻）两端的电压（或通过测量电路的电流），常使滑动变阻器与电源连接作为控制电路，滑动变阻器在电路中主要有两种连接方式：如图（甲）为滑动变阻器的限流式接法，RX为待测电阻。它的接线方式是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对待测电阻供电电压的最大调节范围是：
RX是待测电阻，R是滑动变阻器的总电阻，不计电源内阻)。如图（乙）是滑动变阻器的分压式接法。接线方式是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对待测电阻供电电压的调节范围是：0~E（不计电源内阻时）。
选取接法的原则：
①要求负载上电压或电流变化范围大，且从零开始连续可调，须用分压式接法。
②负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R时，须用分压式接法，此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。
③采用限流电路时，电路中的最小电流（电压）仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流（电压）时，应采用变阻器的分压式接法。
④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。
⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小。
滑动变阻器的粗调和微调作用：
①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用。
②在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。
零起必分压 滑小必分压
滑大可限流 烧表必分压
Rx的电压范围
电压调节范围大
供电电路——滑动变阻器(分压,限流)
5．实物图的连接：实物图连线应掌握基本方法和注意事项。
⑴注意事项：
①连接电表应注意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。
②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。
③对于滑动变阻器的连接，要搞清楚接入电路的是哪一部分电阻，在接线时要特别注意不能将线接到滑动触头上。
⑵基本方法：
①画出实验电路图。
②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程。
③画线连接各元件。(用铅笔画线，以便改错)连线方式应是单线连接，连线顺序应先画串联电路，再画并联电路。
一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。
连线口诀：
有图到物、接线到柱、
先串后并、量程清楚
线不交叉就近接入
二、关于电阻的测量方法
1.欧姆表测量
2.替代法
3.伏安法
4.比较法
替代法测量电阻
1、在右图中，S接1，记下电流值 I ;
S接2，调节R，使电流值仍为 I ，
则 Rx =R
2、在下图中，调节P，甲图中的电压表的电压为U;
保持P不动，换接电阻箱R, 调节R使乙图中的电压表的电压仍为U，
则 Rx =R
比较法测量电阻
1、比较电流
在右图中，S接1，记下电流值I1，
S接2，记下电流值为I2，
（不计电源内阻和电流表内阻 ）
2、比较电压
调节P，甲图中的电压表的电压为U1、
保持P不动，乙图中的电压表的电压为U2，
则
伏安法测电压表电阻
电压表是一个能够显示自身电压的特殊电阻，因此，可以用一个安培表测量其电阻。
读出电压表和电流表的示数U和I，则
比较法测电压表电阻
甲图中的电压表的电压U1;
乙图中的电压表的电压U2 , R为大电阻
(不计电源内阻)
例1. (2)用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900— 1000Ω) .
电源 E （有一定内阻，电动势约为 9.0V )
电压表 Vl （量程为 1.5V ，内阻 rl =750Ω )
电压表 V2 （量程为 5V ，内阻 r2 =2500Ω )
滑线变阻器 R （最大阻值约为 100Ω ）
单刀单掷开关S ，导线若干．
① 测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，请在答题卡的虚线方框中画出
测量电阻Rx的一种实验电路
原理图．（原理图中的元件
要用题目中相应的字母标注）
② 若电压表V1的示数用 U1表示，电压表 V2的示数用U2表示，则由已知量和测得量表示 Rx的公式为 Rx= ▲ .
解：
电压表V1和Rx中的电流相等，即
例2. 测量一块量程已知的电压表的内阻，器材如下：
A．待测电压表（量程3V，内阻未知）一块
B．电流表（量程3A，内阻0.01 Ω ）一块
C．定值电阻（阻值5kΩ ，额定电流0.5A）一个 D．电池组（电动势小于3V，内阻不计）一个
E．多用电表一块 F．开关两只 G．导线若干
有一同学利用上面所给器材，进行如下实验操作：
(1) 用多用电表进行粗测：多用电表电阻档有3种倍率，分别是×100Ω、×10Ω和×1Ω。该同学选择×10Ω倍率，用正确的操作方法测量时，发现指针偏转角度太小。为了较准确地进行测量，
应重新选择 倍率。
重新选择倍率后，刻度盘上的
指针位置如图所示，那么测量
结果大约是 Ω。
×100Ω
3.0 ×103
（2）为了更准确的测出该电压表内阻的大小，该同学设计了如图甲、乙两个实验电路。你认为其中较合理的是 （填“甲”或“乙”）电路。其理由是：
。
（3）用你选择的电路进行实验时，需要直接测量的物理量 ；
用上述所测各量表示电压表内阻，其表达式应为Rv＝ 。
乙
因为甲图中流过电流表的电流太小,读数误差比较大
K2闭合前后电压表的读数U1、U2
电压表内阻的表达式为
解见下页
解：
当S向电压表一侧闭合时，
当S向R一侧闭合时，
连线如图
例5．（6分）为了测量一个阻值较大的未知电阻，某同学使用了干电池（1.5V），毫安表（1mA），电阻箱（0-9999），电键，导线等器材。该同学设计的实验电路如图（a）所示，实验时，将电阻箱阻值置于最大，断开K2，闭合K1，减小电阻箱的阻值，使电流表的示数为I1＝1.00mA，记录电流强度值；然后保持电阻箱阻值不变，断开K1，闭合K2，此时电流表示数为I2＝0.80mA，记录电
流强度值。由此可得被测电
阻的阻值为________。
解：
解得 Rx =375 
375
3.伏安法测电阻
1、测金属丝的电阻率（或是测膜厚等）
2、测电源的电动势和内阻；
3、描绘小灯泡的伏安特性曲线。
涉及的问题主要有：电路的连接（滑动变阻器的限流或分压、外接或内接）、电表量程的选择
十、测定金属的电阻率
外接、限流
十一、描绘小灯泡的伏安特性曲线
外接分压
起始位置在C
十三、测电源的电动势E和内电阻r
伏安法测电阻电路
测电阻基本变式：
（1）无电流表
①已知电阻与理想电压表并联替代电流表
②用已知内阻的电压表替代电流表
③无电流表时的替代法
④无电流表时的半偏法（测量电压表内阻）
（2） 无电压表
①已知电阻与理想电
流表串联替代电压表
②无电压表时的等效替代法
③无电压表时的半偏法（测表头内阻）
（3）把实验题当作计算题处理
①根据闭合电路欧姆定律列方程求解待测量；

②根据欧姆定律的变式 求解电阻。在利用伏安法测电源的电动势和内阻的实验中，只要测出外电路的电压变化量和电流的变化量（外电压的变化量始终等于内电压的变化量），就可以求出电源的内阻
。
【例6】
为了测定一电阻约20Ω，额定电流为0.5A的电阻器的电阻，现备有
下列器材：
(A)内阻不计的6v电源；
(B)量程为0～3A，内阻约为0.06Ω的电流表；
(C)量程为0～0.6A，内阻约为3Ω的电流表；
(D)量程为0～25V，内阻约为5×104Ω的电压表；
(E)量程为0～5V，内阻约为l04Ω的电压表；
(F)阻值为0～5Ω，额定电流为3A的滑动变阻器；
(G)阻值为0～1500Ω，额定电流为0.5A的滑动变阻器；
(H)电键和导线若干。
（1）为了尽可能多测几组数据，应选用的器材为
（2）将符合要求的实验电路图画在图方框内。
（3）本实验电阻得测量值与真实值相比偏 （填大或小或相等）
（4）有一位同学将实验进行如下改装：
电路如图所示，操作如下：
改装图
【例7】
某同学用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx ：电源E，适当量程的电流表电压表各一只，滑线变阻器R，电阻箱Rp，开关S1、S2，导线若干．他设计的电路图如图(a)所示，具体做法：先闭合S1，断开S2，调节R和Rp使电流表和电压表示数合理。记下两表示数为I1、U1；再保持Rp值不变，闭合S2，记下电流表和电压表示数为I2、U2.
(2)写出被测电阻Rx= （用电表的读数表示)；
(3)此实验中因电流表有内阻，电压表内阻不是无限大，使被测电阻的测量值 真实值（选填“大于”“小于”或“等于”）。
等于
（十）测定金属的电阻率
实验目的：
测定金属的电阻率
外接、限流
三、电学实验解析
实验思考题：
1．伏安法测量电阻的理论根据是什么？电阻的计算式是怎样的？
2．伏安法测量电阻有哪两种测量电路？画出电路图。
3．两种电路产生系统误差的原因各是什么？测量结果比电阻的实际值大还是小？
两种电路测量的结果，绝对误差和相对误差各多大？
两种电路分别适于测量多大的电阻？
如果知道电流表和电压表的内电阻，怎样计算待测电阻值？
4．已知待测电阻的大约值和电压、电流表的内电阻，怎样选用测量电路？
在待测电阻大小，安培表、伏特表内阻都不了解的情况下怎样决定采用哪种测量电路？
5．如果没有安培表，只有伏特表，另有一个电阻箱（或者两个定值电阻）怎样测电阻？画出电路图。
6．如果没有伏特表，只有安培表，另有一个电阻箱（或者两个定值电阻）怎样测电阻？画出电路图。
实验原理:
实验目的:
用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。
根据电阻定律公式
只要测量出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率。
实验器材:
被测金属导线，直流电源（4V）, 电流表 (0-0.6A)，电压表（0-3V），滑动变阻器（50Ω）,电键，导线若干，螺旋测微器，米尺。
实验步骤:
1.用螺旋测微器在被测金属导线上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.
2．按如图所示的原理电路图连接好
用伏安法测电阻的实验电路。
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l, 反复测量3次,求出其平均值。
4．把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置,电路经检查确认无误后, 闭合电键S。改变滑动变阻器滑动片的位置, 读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，断开电键S，求出导线电阻R的平均值。
6．拆去实验线路，整理好实验器材。
注意事项:
1．测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。
2．本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。
3．实验连线时,应先从电源的正极出发,依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。
4．闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置。
5．在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度I的值不宜过大（电流表用0~0.6A量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。
例1.（3）测定金属丝的电阻（阻值3～5Ω）时，给定的实验器材的实物如下图所示，要求通过金属丝的电流可以在0—0.6A之间变化。请在方框中画出实验电路图，并在图中用实线代替导线连接成符合实验要求的电路图。
解: 实验电路图如图示,
连线图如图示。
例2．（11分）图a为某一热敏电阻（电路符号为 ,其电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图．
（1）为了通过测量得到图a所示I－U关系的完整曲线，在图b和图c两个电路中应选择的是图_________；
简要说明理由： 。
(已知电源电动势为9V,内阻不计,滑动变阻器的阻值为0－100Ω),
（2）在图d电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250Ω．由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_______V；电阻R2的阻值为 Ω．
（3）举出一个应用热敏电阻的例子：___________________．

b
电压可从0V调到所需电压,调节范围较大
解: ⑵ I1=9/250=0.036A=36mA I2=70-36=34 mA
由图a得 UR=5.3V
R2 =(9-5.3) / 0.034=108.8 Ω
5.3
108.8
热敏温度计
例3．(12分)热敏电阻是传感电路中常用的电子元件．现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约40～50Ω．热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1Ω)、直流电压表(内阻约5kΩ)、滑动变阻器(0～10Ω)、开关、导线若干．
(1)图(1)中a，b，c三条图线能反映出热敏电阻伏安特性曲线的是　　　　　　．
(2)在图(2)的方框中画出实验电路图，
要求测量误差尽可能小．
(3)根据电路图，在图(3)的实物图上连线．
c
解：
常温下待测热敏电阻的阻值约40～50Ω．放入热水中，电阻减小，所以电流表采用外接法。
滑动变阻器最大阻值10Ω，且电压要从0测起，变阻器采用分压器接法，电路图如下左图示：
实物连线图如下右图示：
例4．(10分)图12中，甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒，现测量该材料的电阻率.
（1）首先用多用电表的欧姆档（倍率为×10）粗测
其电阻，指针位置如图乙所示，其读数R= .
（2）然后用以下器材用伏安法尽可能精确地测量其电阻：
A. 电流表: 量程为0.6A，内阻约为0.1Ω
B. 电压表: 量程为3V，内阻约为3kΩ
C. 滑动变阻器：最大阻值为20Ω，额定电流1A
D. 低压直流电源：电压6V，内阻忽略
F. 电键K，导线若干
在方框中画出实验电路图.
200Ω
（3）如果实验中电流表示数为I，电压表示数为U，并测出该棒的长度为L、直径为d，则该材料的电阻率ρ= （用测出的物理量的符号表示）
解： (2)
电阻较大，所以电流表采用内接法。
滑动变阻器最大阻值20Ω，为了多测几组数据，变阻器采用分压器接法，电路图如下图示：
（3）该材料的电阻率
例5．⑵(6分)某学生欲测一未知电阻的阻值，可供选择的器材有：
电流表Al量程0～10mA， 电流表A2量程0～0.6 A，
电压表Vl量程0～3 V， 电压表V2量程0～15 V，
滑动变阻器一只，电源4.5 V， 电键2个，
如下图所示，当电键S2连a时，两电表的指针偏转角度都在满偏