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电学电路实验内容归纳（高三）
电学实验包括范围很广，包括测电阻、测功率、测电阻率、描绘伏安特性曲线、测电动势和内电阻、万用表的使用等等，一直是高考的重点内容。近年来的高考实验部分更是基本实验变化考，基本方法变化考，充分体现了新课改高考是考查学生能力。但是，万变不离其中，最基本的还是电路的伏安法测电阻，这里就伏安法的问题，进行归纳。
一、电流表内、外接法的选择
由于电流表和电压表内阻的影响，不管采用电流表内接法还是外接法都将引起误差。在安培内接法中，电流表测量值I是Rx的电流，而电压表测量值U是Rx和电流表串联后的电压，根据可知，测量值比真实值偏大；安培外接法中，电压表测量值U是Rx的电压，电流表测量值I是Rx和电压表并联后的电流，而根据可知，测量值比真实值偏小。
比如教材中常提到的几个实验：测定金属丝的电阻率实验应该用外接法，因为电阻丝的电阻一般都比较小；描绘小灯泡的伏安特性曲线实验也应该用外接法，因为小灯泡的电阻一般也都比较小；而测定电源电动势和内电阻的实验应该选择内接法，因为变阻器本身就是变化的，并不要求又准确数值，表面上看是测变阻器的电阻，实际上是测电源，可谓“醉翁之意不在酒”，假如采用了外界，则测出的r是电源内电阻和电流表内阻之和。
为了减小误差，实验中应根据不同的实验选取不同的接法，具体分两种选择方法：
选择方法1：当Rx的内阻比较小时，一般采用外接法，而Rx的内阻比较大时，应采用内接法。如遇到待测电阻值既不是很大又不是很小时，可用临界电阻方法粗略判定：先算出临界电阻（推导略，仅使用于RA<<RV的情况），若Rx>R0可采用内接法；若Rx<R0可采用外接法。
选择方法2：当RA、RV均不知的情况时，可用试触法判定：通过改变电表的连接方式看电流表、电压表的变化大小，确定正确的接法。若电流表示数变化大，说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法；若电压表示数变化大，说明电流表的分压作用较大，为了减小误差，应采用电流表外接法。
例1：如右图所示，某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值，他先将电压表接在a点，读得两表示数分别为U1=3.0V，I1=3.0mA，然后将电压表改接在b点，读得两表示数分别为U2=2.9V，I2=4.0mA，由此可知电压表应接到 点误差较小，测得Rx值应为 。
解析：两种接法中两表示数变化分别为：，，此时有人得出错误结论：电流变化大，正确方法应该是看，，可见电流表示数的变化与电压表接a时电流之比为，而电压表示数变化与电压表接a时电流之比为，电流表示数变化较电压表示数变化明显，说明电压表的分流作用较大，为了减小误差，应采用电流表内接法，即电压表接a点，此时。
二、滑动变阻器分压、限流法的选择
1、限流接法
右图电路中变阻器起限流作用，负载Rx的电压调节范围为~E，在合上电键前一定要使变阻器所使用的阻值最大，因此在闭合电键前一定要检查滑动触头P是否在正确的一端（图中应为b端）。
2、分压接法
右图电路中变阻器起分压作用，滑片自a端向b端滑动时，负载Rx上电压的调节范围为0~E，显然，滑动变阻器在分压使用时，调节负载上的电压范围比限流法使用时调节范围大。在合上电键前一定要使变阻器的滑动触头P滑到a端，以使负载的电压和电流最小（均为零）。
3、选择方法
通常情况下，变阻器尽可能选用限流式接法，因为这种接法消耗的电能较小。
但在一下三种情况下，必须选择分压器连接方式：
（1）量程不够：若采用限流电路时，电表的量程不够或电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用分压电路。
（2）变阻器阻值太小：当用电器电阻远大于滑动变阻器全值电阻，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组实验数据）时，必须选用分压电路。
（3）要求从零开始变化：实验要求回路中某部分电路的电压从零开始可连续变化，必须选用分压电路。
比如教材中常提到的几个实验：测定金属丝的电阻率实验和测定电源电动势和内电阻的实验，在没有特殊要求的情况下，而选用限流式接法就可以满足正常的实验要求；描绘小灯泡的伏安特性曲线实验，一般都要求从零开始变化或相对连续的电压和电流值，所以通常选用分压器接法。
例2：(08年高考山东卷理综12分)2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度。
若图l为某磁敏电阻在室温下的电阻一磁感应强度特性曲线，其中RB,R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验。
(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其它部分的影响)。要求误差较小。
提供的器材如下：
A.磁敏电阻，无磁场时阻值Ro=150Ω
B.滑动变阻器R，全电阻约20Ω
C.电流表．量程2.5mA，内阻约30Ω
D.电压表，量程3V，内阻约3kΩ
E.直流电源E，电动势3V，内阻不计
F.开关S，导线若干
(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表
根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB=________Ω，
结合图1可知待测磁场的磁感应强度B=_________T。
(3)试结合图1简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?
(4)某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻一磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论?
答案：(1)如右图所示
(2)1500 0.90
(3)在0～0 2T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在0.4～1.0T范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)
(4)磁场反向．磁敏电阻的阻值不变。
三、实验器材的选择
仪器的选择首先应考虑安全因素，其次是误差因素。
各电表：安全因素应考虑读数不能超过量程，误差因素一般应要求各电表的实际读数不小于量程的。
滑动变阻器：除了应考虑其电流不能超过其最大允许电流（其它电阻类元件相同）的外，在分压接法中，一般选择阻值较小而额定电流较大的变阻器，在限流接法中，变阻器的阻值应与电路中其它电阻的阻值比较接近。
例3：（07年高考山东卷理综11分）检测一个标称值为5Ω的滑动变阻器。可供使用的器材如下：
A.待测滑动变阻器，全电阻约5 Ω（电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数）
B.电流表，量程0.6 A，内阻约0.6 Ω
C.电流表，量程3 A，内阻约0.12 Ω
D.电流表，量程15 V，内阻约15 kΩ
E.电压表，量程3 V，内阻约3 kΩ
F.滑动变阻器R，全电阻约20 Ω
G.直流电源E，电动势3 V，内阻不计
H.游标卡尺
I.毫米刻度尺
J.电键S、导线若干
（1）用伏安法测定的全电阻值，所选电流表为_______（填“”或“”），所选电压表为____（填“”或“”）。
（2）画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将图中实物连接成测量电路。
（3）为了进一步测量待测滑动变阻器电阻丝的电阻率，需要测量电阻丝的直径和总长度，在不破坏变阻器的前提下，请设计一个实验方案，写出所需器材及操作步骤，并给出直径和总长度的表达式。
【解析】 实验时尽可能使测量数据准确。所以尽可能使指针偏转在三分之一以上。所以电压表选择，电流表选择 答案：、
M
A
待测元件
O
P
N
R
E
例4：（07年高考江苏物理卷9分）要描绘某电学元件（最大电流不超过6 mA，最大电压不超过7 V）的伏安特性曲线，设计电路如图，图中定值电阻R为1 kΩ，用于限流；电流表量程为10 mＡ，内阻约为5 Ω；电压表（未画出）量程为10 Ｖ，内阻约为10 kΩ；电源电动势E为12 Ｖ，内阻不计。
⑴实验时有两个滑动变阻器可供选择：
　　　a、阻值0到200 Ω，额定电流0.3 A
　　　b、阻值０到20 Ω，额定电流0.5 A
本实验应选的滑动变阻器是　　　　　　（填“a”或“b”）
⑵正确接线后，测得数据如下表

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
U（V）
０.00
3.00
6.00
6.16
6.28
6.32
6.36
6.38
6.39
6.40
I（mA）
0.00
0.00
0.00
0.06
0.50
1.00
2.00
3.00
4.00
5.50
a）根据以上数据，电压表是并联在M与
　　　　　　之间的（填“O”或“P”）
b）根据以上数据，画出该元件的伏安特性
曲线为 。
⑶画出待测元件两端电压UMO随MN间电压UMN变化的示意图为（无需数值）
UMO
UMN

答案、⑴a
⑵（a）P
（b）如图
⑶

四、实物连接：
实物连接图中，只要有一处错误就不得分，因为一处错误便不能使电路正常工作。需要注意：滑动变阻器接法（不能接到滑片上或腿上）；电表的量程和正负接线柱；单刀双掷开关；分压器电路等。详细内容略。
例5：（08年高考各天津卷理综)
（2）用下列器材组装成描绘电阻R0伏安特性曲线的电路，请将实物图连线成为实验电路。
微安表μA（量程200μA，内阻约200Ω )；
电压表V（量程3V，内阻约10kΩ）；
电阻R0（阻值约20kΩ）；
滑动变阻器R（最大阻值50Ω，额定电流1A ) ；
电池组E（电动势3V ，内阻不计）；
开关S 及导线若干。
答案：见右图
五、伏安法测电阻的变化
1. 只有一个表测电源电动势和内电阻
其实，这不是一个实验而是一道电路习题（如教材选修3-1P62例题），但完全可能变成一个实验习题考查。一般分只有电压表和只有电流表两种情况（见右图）。
当然，若电动势和R1以及接通R1时表的示数已知，还可以变成判断S接R2时表的示数范围。（具体略）
2、电表的改装
有的实验所给的仪器中，虽然给了电流表和电压表，但是，其中一个表（电压表或电流表）明显量程不够，即使采用分压器接法，也不能满足实验要求，这种情况下，一般在所给的实验器材中，还格外给出一个定值电阻或电阻箱，这时就需要将量程不够的电表和定值电阻或电阻箱，改装成另外一个量程足够的电表。
当然，也有的实验是给出两块电流表和一个定值电阻或电阻箱，其中一个电流表的内阻给出具体数值而不是大约数值，这时也需要将这块内阻固定的电流表和定值电阻或电阻箱，改装成电压表来使用。
例6： （07年高考宁夏理综）
利用伏安法测量干电池的电动势和内阻，现有的器材为：
干电池：电动势约1.5 V，符号
电压表：量程1 V，内阻998.3 Ω，符号
电流表：量程1 A，符号
滑动变阻器：最大阻值10 Ω，符号
电阻箱：最大阻值99 999.9 Ω，符号
单刀单掷开关1个，符号
导线若干
①设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内。要求在图中标出电压表、电流表的接线柱的正负。
②为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的________倍，电阻箱的阻值应为__________Ω。
【解析】⑴这是圆柱形电容器，但可以定性地根据平行板电容器的公式判断，由平行板电容器的公式，可推测影响圆柱形电容器电容的因素有：正对面积、板间距离、极板间的介质即H、R1、R2、ε。
⑵①考虑到电源的内阻比较小，则电流表接法是确定的，所以必须连接成答案所示。
V
A
E r
S
＋
＋
－
－
②因为干电池的电动势约为1.5 V，电压表的量程1 V，为了满足本实验要求并保证实验的精确度，电压表量程应扩大为原量程的2倍；又因电压表的内阻为998.3 Ω，所以电阻箱的阻值也应为998.3Ω。
答案：⑴H、R1、R2、ε（正对面积、板间距离、极板间介质）
⑵①如右图 ②2； 998.3
例7：（08年高考全国II理综13分）右图为一电学实验的实物连线图。该实验可用来测量特测电阻Rx的阻值（约500Ω）。图中两个电压表量程相同，内阻都很大。实验步骤如下：
① 调节电阻箱，使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近；将滑动变阻器的滑动头调到最右端。
② 合上开关S。
③ 将滑动变阻器的滑动头向左端滑动，使两个电压表指针都具有明显偏转。
④记下两个电压表和的读数U1和U2。
⑤多次改变滑动变阻器滑动头的位置，记下和的多组读数U1和U2。
⑥求Rx的平均值。
回答下列问题：
（Ⅰ）根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路原理图，其中电阻箱的符号为
滑动变阻器的符号为　　　　　　　　　　　
，其余器材用通用的符号表示。
（Ⅱ）不计电压表内阻的影响，用U1、U2和R0表示Rx的公式为Rx                             。
（Ⅲ）考虑电压表内阻的影响，且U1、U2、R0、　的内阻r1、的内阻r2表示Rx的公式为Rx         。
解析：（Ⅰ）电路原理图如图所示（6分。其中，分压电路3分，除分压电路外的测量部分3分）
（Ⅱ）(3分)
（Ⅲ）
3、表的改装与校对
例8：（08年高考全国I理综12分）一直流电压表，量程为1 V，内阻为1 000Ω,现将一阻值为5000~7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程.为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源（电动势E为6~7 V，内阻可忽略不计），一阻值R2=2000Ω的固定电阻，两个单刀开关S1、S2及若干线.
（1）为达到上述目的，将答题卡上对应的图连成一个完整的实验电路图.
（2）连线完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90 V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70 V，由此可以计算出改装后电压表的量程
为 V，电源电动势为 V.
答案：

A
mA
A
mA
R
R0
a
b
E
S
＋
＋
－
－
例9：（08年高考海南卷物理）一毫安表头 满偏电流为9.90 mA，内阻约为300 Ω．要求将此毫安表头改装成量程为1 A的电流表，其电路原理如图所示．图中 是量程为2 A的标准电流表，R0为电阻箱，R为滑动变阻器，S为开关，E为电源．
⑴完善下列实验步骤：
①将虚线框内的实物图按电路原理图连线；
②将滑动变阻器的滑动头调至 端（填“a”或“b”），电阻箱R0的阻值调至零；
③合上开关；
A
mA
＋
－
R0
S
E
④调节滑动变阻器的滑动头，增大回路中的电流，使标准电流表读数为1 A；
⑤调节电阻箱R0的阻值，使毫安表指针接近满偏，此时标准电流表的读数会 （填“增大”、“减小”或“不变”）；
⑥多次重复步骤④⑤，直至标准电流表的读数为 ，同时毫安表指针满偏．
⑵回答下列问题：
①在完成全部实验步骤后，电阻箱使用阻值的读数为3.1 Ω，由此可知毫安表头的内阻为 ．
②用改装成的电流表测量某一电路中的电流，电流表指针半偏，此时流过电阻箱的电流为 A．
③对于按照以上步骤改装后的电流表，写出一个可能影响它的准确程度的因素： 。
解析：⑴①连线如图
②b
⑤减小
⑥1 A
⑵①310 Ω
②0.495（0.494～0.496均可）
③例如：电阻箱和滑动变阻器的阻值不能连续变化；标准表和毫安表的读数误差；电表指针偏转和实际电流的大小不成正比；等等
4、电流表和电压表之间的替代
有的实验所给的仪器中，没有电压表而有两个电流表，其中至少一个电流表的内阻给出具体数值而不是大约数值，这时就可以用这块内阻确定的电流表代替电压表，读数时，将这块表的示数（电流）乘以其内阻，就等于跟这块表并联的那部分电路的电压。
若没有电流表而有两个电压表，其中至少一个电压表的内阻给出具体数值而不是大约数值，这时就可以用这块内阻确定的电压表代替电流表，读数时，将这块表的示数（电流）除以其内阻，就等于跟这块表串联的那部分电路的电流。
例10：（04年高考）用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900~1000Ω）：
电源E,具有一定内阻，电动势约为9.0V;
电压表V1，量程为1.5V，内阻r1＝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；
V1
V2
+
+
+
-
-
-
单刀单掷开关K，导线若干。
（1） 测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注)。
（2） 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。
（3） 若电压表V1的读数用U1表示，电压V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx 。
解析：本题提供了两只电压表，在没有电阻箱和定值电阻的情况下，不能用替代法和等效测量法，只能用伏安法测量，提供的电压表中必定有一只电压表要做电流表使用。
由于待测电阻的阻值范围在900－1000 之间，而电压表V1的内阻r1＝750Ω，电压表V2的内阻r2=2500Ω，待测电阻阻值与电压表V1的内阻阻值比较接近，不存在明显关系，所以“电流表”内接和“电流表”外接应该都是可行的。
由于两个电压表的读数均不低于量程的，要想满足上述条件，电路也要接成分压电路。

Rx= 或 Rx=
5、半偏法测电表的内阻
“半偏法”是一种科学巧妙的测定电表内阻的方法，常见的有“半偏电流法”和“半偏电压法”，下面对这两种方法作一比较。
（1）、半偏电流法
在用“半偏电流法”测定电流表的内电阻的实验中，如图1，R1和R2是电阻箱，先闭合S1，调节R1，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合S 2，调节R2使电流表指针指在刻度盘的中央。则近似有rg=R2。
（2）、半偏电压法
在用“半偏电压法”测定电压表的内电阻的实验中，如图2，R11为滑动变阻器，R2为电阻箱，闭合开关S前，将滑动变阻器滑片P移到最右端，并将电阻箱的电阻调至零；闭合S，调节滑动变阻器R1的阻值，使电压表的指针指到满刻度；保持P不动，调节电阻箱R2阻值，使电压表指针指到刻度盘的中央，记下此时R2的值。则近似有Rv＝R2。
（3）、误差分析：
半偏电流法：根据闭合电路欧姆定律和串并联的特点，当闭合开关S2，调整电流表半偏时，回路中的总电流增大，故流过R2的实际电流比流过电流表的电流大，因此，R2＜rg，即测量值小于真实值。
半偏电压法：根据闭合电路欧姆定律和串并联电路的特点，当调整电压表半偏时，R2和电压表上的电压之和增大，故R2上的实际电压大于电压表上的电压，因此，R2＞Rv，即测量值大于真实值。
（4）、其它的半偏法：
按图3接好电路。G为待测电表，mV为毫伏表，R0为电阻箱，R′为保护电阻。实验时，R′调至最大阻值，R0调到较小的阻值R1。先调节R，再调节R′使G的指针满偏（通过它的电流为Ig）记下毫伏表的读数U，则U＝Ig（R1＋Rg）。
调节R0及R，使检流计的指针达到半偏，而毫伏表读数不变，这时电阻箱示数为R2，则U＝（1／2）Ig（R2＋Rg）
由上面两式可得：Rg＝R2－2R1
如果实验时能够做到R0＝0时，使G表指针指向满刻度，则Rg＝R2。
也可以用图4所示电路测量检流计内阻。G为待测电阻的检流计，μA为微安表，R0为电电阻箱，R′为保护电阻。实验时，先断开S2，闭合S1，调节R和R′，使G表电流达到满偏，记下微安表的读数I。闭合S2，调节R0及R，使检流计的指针达到半偏，而微安表读数仍保持I不变。这时G与电阻箱R0中的电流相等，均为（1／2）I，由欧姆定律：
，有
即这时电阻箱的阻值等于检流计的内阻。
用图5也可测出检流计的内阻。开始时使滑动变阻器R上的分压值最小，电阻箱R′的阻值较大。闭合开关，调节R及R′的阻值使G的指针满偏。保持R的分压值不变，调节R′使G的指针半偏，如前后两次R′的阻值分别为R1和R2，则

可得Rg＝R2－2R1。
A
A
例11：（07年高考全国理综II）有一电流表 ，量程为1 mA，内阻r1约为100 Ω。要求测量其内阻。可选用器材有：电阻器R0，最大阻值为99999.9 Ω；滑动变阻器甲，最大阻值为10 kΩ；滑动变阻器乙，最大阻值为2 kΩ；电源E1，电动势约为2 V，内阻不计；电源E2，电动势约为6 V，内阻不计；开关2个，导线若干。
A
A
A
A
A
A
A
R1
R
S2
S1
E
A
A
采用的测量电路图如图所示，实验步骤如下：①断开S1和S2，将R调到最大；②合上S1调节R使 满偏；③合上S2，调节R1使 半偏，此时可以认为 的内阻rg＝R1，试问：
①在上述可供选择的器材中，可变电阻R1应该选择 ；为了使测量尽量精确，可变电阻R应该选择 ；电源E应该选择 。
②认为内阻rg＝R1，此结果与rg的真实值相比 。（填“偏大”、“偏小”或“相等”）
答案：⑴AC ⑵①R0；滑动变阻器甲；E2 ②偏小
6. 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 。
7、其它电路实验变化
电路实验变化很多，但万变不离其宗，无论怎么变化，都可以看到以上的影子。
例12： (07年高考海南卷) 图１中电源电动势为Ｅ，内阻可忽略不计；电流表具有一定的内阻，电压表的内阻不是无限大，Ｓ为单刀双掷开关，Ｒ为待测电阻。当Ｓ向电压表一侧闭合时，电压表读数为U1,电流表读数为I1；当Ｓ向Ｒ一侧闭合时，电流表读数为I2。
（１）根据已知条件与测量数据，可以得出待测电阻Ｒ＝______________。
（２）根据图１所给出的电路，在图２的各器件实物图之间画出连接的导线。
【解析】（1）当Ｓ向电压表一侧闭合时，电压表读数为U1,电流表读数为I1；根据闭合电路欧姆定律有；整理得；当Ｓ向Ｒ一侧闭合时，电流表读数为I2。根据闭合电路欧姆定律有，整理得
　　（2）连线如图

11
用心 爱心 专心