北京四中高中物理實驗(二)

1、北京四中編稿：王運(yùn)淼 審稿：陳素玉 責(zé)編：郭金娟高中物理實驗（二） 電學(xué)實驗 1、用描跡法畫出電場中平面上的等勢線實驗?zāi)康睦秒妶鲋须妱莶罴暗葎菝娴闹R，練習(xí)用描跡法畫出電場中一個平面上的等勢線。實驗原理用導(dǎo)電紙上形成的穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場，當(dāng)兩探針與導(dǎo)電紙上電勢相等的兩點接觸時，與探針相連的靈敏電流計中通過的電流為零，指針不偏轉(zhuǎn)，當(dāng)兩探針與導(dǎo)電紙上電勢不相等的兩點接觸時，與探針相連的靈敏電流計中通過的電流就不為零，從而可以利用靈敏電流計找出導(dǎo)電紙上的等勢點，并依據(jù)等勢點描繪出等勢線。實驗器材學(xué)生電源或電池組（電壓約為6V），靈敏電流計，開關(guān)，導(dǎo)電紙，復(fù)寫紙，白紙，圓柱形金屬電極兩個，探針兩

2、支，導(dǎo)線若干，木板一塊，圖釘，刻度尺等。實驗步驟1在平整的木板上，由下而上依次鋪放白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙各一張，導(dǎo)電紙有導(dǎo)電物質(zhì)的一面要向上，用圖釘把白紙、復(fù)寫紙和導(dǎo)電紙一起固定在木板上。2在導(dǎo)電紙上平放兩個跟它接觸良好的圓柱形電極，兩個電極之間的距離約為10cm，將兩個電極分別與電壓約為6V的直流電源的正負(fù)極相接，作為“正電荷”和“負(fù)電荷”，再把兩根探針分別接到靈敏電流計的“+”、“-”接線柱上（如圖所示）。3在導(dǎo)電紙上畫出兩個電極的連線，在連線上取間距大致相等的五個點作基準(zhǔn)點，并用探針把它們的位置復(fù)印在白紙上。4接通電源，將一探針跟某一基準(zhǔn)點接觸，然后在這一基準(zhǔn)點的一側(cè)距此基準(zhǔn)點約1cm處再

3、選一點，在此點將另一探針跟導(dǎo)電紙接觸，這時一般會看到靈敏電流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，左右移動探針位置，可以找到一點使電流計的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，用探針把這一點位置復(fù)印在白紙上。5按步驟（4）的方法，在這個基準(zhǔn)點的兩側(cè)逐步由近及遠(yuǎn)地各探測出五個等勢點，相鄰兩個等勢點之間的距離約為1cm。6用同樣的方法，探測出另外四個基準(zhǔn)點的等勢點。7斷開電源，取出白紙，根據(jù)五個基準(zhǔn)點的等勢點，畫出五條平滑的曲線，這就是五條等勢線。注意事項1電極與導(dǎo)電紙接觸要良好，且與導(dǎo)電紙的相對位置不能改變。2尋找等勢點時，應(yīng)從基準(zhǔn)點附近由近及遠(yuǎn)地逐漸推移，不可冒然進(jìn)行大跨度的移動，以免電勢差過大，發(fā)生電流計過載現(xiàn)象。3導(dǎo)電紙上所涂導(dǎo)電

4、物質(zhì)相當(dāng)薄，故在尋找等勢點時，不能用探針在導(dǎo)電紙上反復(fù)劃動，而應(yīng)采用點接觸法。4探測等勢點不要太靠近導(dǎo)電紙的邊緣，因為實驗是用電流場模擬靜電場，導(dǎo)電紙邊緣的電流方向與邊界平行，并不與等量異種電荷電場的電場線相似。例題1如圖為描繪電場中等勢線的裝置，所用的電流計電流從哪一接線柱流入，其指針就向哪一側(cè)偏。在尋找基準(zhǔn)點O的另一等勢點時，探針I(yè)與O點接觸，另一探針I(yè)I與導(dǎo)電紙上的C點接觸，電流計的指針向負(fù)接線柱一側(cè)偏轉(zhuǎn)，為了盡快探測到新等勢點，探針I(yè)I應(yīng)由C點逐漸A向上移動 B向下移動 C向左移動 D向右移動。答案：由于指針向負(fù)極一側(cè)偏轉(zhuǎn)，所以電流由負(fù)極流入，即C點的電勢高于O點的電勢，探針I(yè)I應(yīng)向低

5、電勢移動，也就是向左移動。故選C。2某同學(xué)在做“電場中等勢線的描繪實驗”中，若手頭沒有靈敏電流計，是否可以用內(nèi)阻較大的電壓表代替？答案：能。將電壓表一端接某一電極，另一端接探針，使探針與各基準(zhǔn)點接觸并在附近移動，電壓表讀數(shù)相等的點即為等勢點。2、測定金屬的電阻率實驗?zāi)康挠梅卜ㄩg接測定某種金屬導(dǎo)體的電阻率；練習(xí)使用螺旋測微器。實驗原理根據(jù)電阻定律公式R= ，只要測量出金屬導(dǎo)線的長度 和它的直徑d，計算出導(dǎo)線的橫截面積S，并用伏安法測出金屬導(dǎo)線的電阻R，即可計算出金屬導(dǎo)線的電阻率。實驗器材被測金屬導(dǎo)線，直流電源（4V），電流表(0-0.6A)，電壓表（0-3V），滑動變阻器（50），電鍵，導(dǎo)線若

6、干，螺旋測微器，米尺等。實驗步驟1用螺旋測微器在被測金屬導(dǎo)線上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計算出導(dǎo)線的橫截面積S。2按如圖所示的原理電路圖連接好用伏安法測電阻的實驗電路。3用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導(dǎo)線的有效長度，反復(fù)測量3次，求出其平均值 。4把滑動變阻器的滑動片調(diào)節(jié)到使接入電路中的電阻值最大的位置，電路經(jīng)檢查確認(rèn)無誤后，閉合電鍵S。改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應(yīng)的電流表、電壓表的示數(shù)I和U的值，斷開電鍵S，求出導(dǎo)線電阻R的平均值。5將測得的R、 、d值，代入電阻率計算公式 中，計算出金屬導(dǎo)線的電阻率。6拆去實驗線路，整理好實驗器材。注意事項1測量被測金屬

7、導(dǎo)線的有效長度，是指測量待測導(dǎo)線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩接入點間的部分待測導(dǎo)線長度，測量時應(yīng)將導(dǎo)線拉直。2本實驗中被測金屬導(dǎo)線的電阻值較小，因此實驗電路必須采用電流表外接法。3實驗連線時，應(yīng)先從電源的正極出發(fā)，依次將電源、電鍵、電流表、待測金屬導(dǎo)線、滑動變阻器連成主干線路（閉合電路），然后再把電壓表并聯(lián)在待測金屬導(dǎo)線的兩端。4閉合電鍵S之前，一定要使滑動變阻器的滑動片處在有效電阻值最大的位置。5在用伏安法測電阻時，通過待測導(dǎo)線的電流強(qiáng)度I的值不宜過大（電流表用00.6A量程），通電時間不宜過長，以免金屬導(dǎo)線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中變化。例題1在“測定金屬的電阻

8、率”實驗中，以下操作中錯誤的是A用米尺量出金屬絲的全長三次，算出其平均值B用螺旋測微器在金屬絲三個不同部位各測量一次直徑，算出其平均值C用伏安法測電阻時采用安培表的內(nèi)接線路，多次測量后算出其平均值D實驗中應(yīng)保持金屬絲的溫度不變答案：AC2欲用伏安法測定一段阻值約為5 左右的金屬導(dǎo)線的電阻，要求測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，現(xiàn)備有以下器材：A電池組（3V，內(nèi)阻1 ）；B電流表（03A，內(nèi)阻0.0125 ）C電流表（00.6A，內(nèi)阻0.125 ）D電壓表（03V，內(nèi)阻3k ）E電壓表（015V，內(nèi)阻15k ）F滑動變阻器（020 ，額定電流1A）G滑動變阻器（02000 ，額定電流0.3A）H電鍵、導(dǎo)線。（1

9、）上述器材中應(yīng)選用的是_。（填寫各器材的字母代號）（2）實驗電路應(yīng)采用電流表_接法。（填“內(nèi)”或“外”）（3）將圖中給定的器材連成實驗電路。 答案：（1）ACDFH；（2）外；（3）略。3、用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻實驗?zāi)康臏y定電池的電動勢和內(nèi)電阻。實驗原理如圖1所示，改變R的阻值，從電壓表和電流表中讀出幾組I、U值，利用閉合電路的歐姆定律求出幾組 、r值，最后分別算出它們的平均值。此外，還可以用作圖法來處理數(shù)據(jù)。即在坐標(biāo)紙上以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)，用測出的幾組I、U值畫出UI圖象（如圖2）所得直線跟縱軸的交點即為電動勢值，圖線斜率的絕對值即為內(nèi)電阻r的值。實驗器材待測電池，電

10、壓表（03V），電流表（00.6A），滑動變阻器（10），電鍵，導(dǎo)線。實驗步驟1電流表用0.6A量程，電壓表用3V量程，按電路圖連接好電路。2把變阻器的滑動片移到一端使阻值最大。3閉合電鍵，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)（I1、U1），用同樣方法測量幾組I、U的值。4打開電鍵，整理好器材。5處理數(shù)據(jù)，用公式法和作圖法兩種方法求出電動勢和內(nèi)電阻的值。注意事項1為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻宜大些，可選用已使用過一段時間的1號干電池。2干電池在大電流放電時，電動勢 會明顯下降，內(nèi)阻r會明顯增大，故長時間放電不宜超過0.3A，短時間放電不宜超過0.5A。因此，實驗中不要將I調(diào)

11、得過大，讀電表要快，每次讀完立即斷電。3要測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時，要將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4為一組，第2和第5為一組，第3和第6為一組，分別解出 、r值再平均。4在畫UI圖線時，要使較多的點落在這條直線上或使各點均勻分布在直線的兩側(cè)。個別偏離直線太遠(yuǎn)的點可舍去不予考慮。這樣，就可使偶然誤差得到部分的抵消，從而提高精確度。5干電池內(nèi)阻較小時路端電壓U的變化也較小，即不會比電動勢小很多，這時，在畫UI圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始（橫坐標(biāo)I必須從零開始）。但這時圖線和橫軸的交點不再是短路電流。不過直線斜率的絕對值照樣

12、還是電源的內(nèi)阻。例題1用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中，所用電流表和電壓表的內(nèi)電阻分別為 和 ，如圖為所需的器材。（1）請你把它們連成實驗電路，注意兩個電表要選用適當(dāng)量程，并要求變阻器的滑動片在左端時其電阻值最大。（2）一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖中畫出UI圖線，根據(jù)圖線求出電池的電動勢 _V，內(nèi)阻 _ 。I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.191.05 答案：（1）見下圖，在這電流表對電壓表來說一定要用內(nèi)接法，否則測出的電源的電阻值是偏大，是電源內(nèi)阻與電流表的電阻之和，誤差較大；（2）1.46，0

13、.72（見上面的講解，最好用圖象法求）。 2用伏安法測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，由于電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，以下說法正確的是A用圖a所示電路時， B用圖a所示電路時， C用圖b所示電路時， D用圖b所示電路時， 解析：根據(jù)閉合電路的歐姆定律：=U+Ir。由兩次測量列方程為： ，解得 ， 若是考慮電流表和電壓表的內(nèi)阻，對上圖a中應(yīng)用閉合電路的歐姆定律： ，式中的與r是電動勢和內(nèi)阻的真實值。解得： ， ，比較得 ， 若是考慮電流表和電壓表的內(nèi)阻，對上圖b中應(yīng)用閉合電路的歐姆定律： ，式中的與r是電動勢和內(nèi)阻的真實值。解得： ， ，比較得 ， 。由上面的分析可知應(yīng)選取AB。此題還可以用圖象法。4

14、、練習(xí)使用多用電表（萬用表）測電阻實驗?zāi)康木毩?xí)使用多用電表測電阻。實驗原理多用電表由表頭、選擇開關(guān)和測量線路三部分組成（如圖），表頭是一塊高靈敏度磁電式電流表，其滿偏電流約幾十到幾百 A，轉(zhuǎn)換開關(guān)和測量線路相配合，可測量交流電流和直流電流、交流電壓和直流電壓及電阻等。測量電阻部分即歐姆表是依據(jù)閉合電路歐姆定律制成的，原理如圖所示，當(dāng)紅、黑表筆短接并調(diào)節(jié)R使指針滿偏時有Ig= = （1）當(dāng)電筆間接入待測電阻Rx時，有Ix= （2）聯(lián)立（1）、（2）式解得 = （3）由（3）式知當(dāng)Rx=R中時，Ix= Ig，指針指在表盤刻度中心，故稱R中為歐姆表的中值電阻，由（2）式或（3）式可知每一個Rx都有一

15、個對應(yīng)的電流值I，如果在刻度盤上直接標(biāo)出與I對應(yīng)的Rx的值，那么當(dāng)紅、黑表筆分別接觸待測電阻的兩端，就可以從表盤上直接讀出它的阻值。由上面的（2）可知，電流和電阻的非線性關(guān)系，表盤上電流刻度是均勻的，其對應(yīng)的電阻刻度是不均勻的，電阻的零刻度在電流滿刻度處。實驗器材多用電表，標(biāo)明阻值為幾歐、幾十歐、幾百歐、幾千歐的定值電阻各一個，小螺絲刀。實驗步驟1機(jī)械調(diào)零，用小螺絲刀旋動定位螺絲使指針指在左端電流零刻度處，并將紅、黑表筆分別接入“+”、“”插孔。2選擋：選擇開關(guān)置于歐姆表“×1”擋。3短接調(diào)零：在表筆短接時調(diào)整歐姆擋的調(diào)零旋鈕使指針指在右端電阻零刻度處，若“歐姆零點”旋鈕右旋到底也不

16、能調(diào)零，應(yīng)更換表內(nèi)電池。4測量讀數(shù)：將表筆搭接在待測電阻兩端，讀出指示的電阻值并與標(biāo)定值比較，隨即斷開表筆。5換一個待測電阻，重復(fù)以上2、3、4過程，選擇開關(guān)所置位置由被測電阻值與中值電阻值共同決定，可置于“×1”或“×10”或“×100”或“×1k”擋。6多用電表用完后，將選擇開關(guān)置于“OFF”擋或交變電壓的最高擋，拔出表筆。注意事項1多用電表在使用前，應(yīng)先觀察指針是否指在電流表的零刻度，若有偏差，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。2測量時手不要接觸表筆的金屬部分。3合理選擇量程，使指針盡可能指在中間刻度附近（可參考指針偏轉(zhuǎn)在 5R中的范圍）。若指針偏角太大，應(yīng)改換低擋

17、位；若指針偏角太小，應(yīng)改換高擋位。每次換擋后均要重新短接調(diào)零，讀數(shù)時應(yīng)將指針示數(shù)乘以擋位倍率。4測量完畢后應(yīng)拔出表筆，選擇開關(guān)置OFF擋或交流電壓最高擋，電表長期不用時應(yīng)取出電池，以防電池漏電。例題1多用電表中“+”孔插_（紅、黑）表筆，電流是從該表筆流_(填“進(jìn)”或“出”)，歐姆表內(nèi)部電池的正極是接_(填“紅”或“黑”)表筆的。答案：由一般的知識可知紅表筆就是接正極，由上面的圖形可知?dú)W姆表的電流是由紅筆流進(jìn)的，由黑筆流出；歐姆表內(nèi)部電池的正極是黑筆。所以上面的空應(yīng)填“紅”、“進(jìn)”、“黑”。2一學(xué)生使用多用電表測電阻，他在實驗中有違反使用規(guī)則之處。他的主要實驗步驟如下：A把選擇開關(guān)置于“

18、15;1”歐姆擋；B把表筆插入插孔中，先把兩表筆相接觸，旋轉(zhuǎn)調(diào)零旋鈕，使指針指在電阻刻度的零位上；C把兩表筆分別與某一待測電阻的兩端相連，發(fā)現(xiàn)這時指針偏轉(zhuǎn)角度較??；D換用“×100”擋，發(fā)現(xiàn)這時指針偏轉(zhuǎn)適中，隨即記下電阻值；E把表筆從插孔中拔出后，就把多用表放回桌上原處，實驗完畢。這個學(xué)生已經(jīng)注意到在測量時待測電阻與其它元件或電源斷開，不用手碰表筆的金屬桿。這個學(xué)生在實驗中哪一個或哪些步驟違反了使用規(guī)則？答案：D先調(diào)零后再測R；E將選擇開關(guān)置于“OFF”或交流電壓最大擋。5、研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗?zāi)康恼J(rèn)識產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件；通過實驗總結(jié)出感應(yīng)電流的方向與穿過閉合電路的磁通量變化之間

19、的關(guān)系楞次定律。實驗原理如圖，將零刻度在中央的電流表與副線圈連成閉合回路。通過閉合、斷開電鍵，改變原線圈A回路中的電流，或改變原副線圈B相對位置等方式，改變穿過副線圈B的磁通量，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)情況，歸納總結(jié)出產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件和判斷感生電流方向的規(guī)律。實驗器材零刻度在中央的電流表（檢流計），原、副線圈，直流電源，滑動變阻器，電鍵，定值電阻（約幾十千歐），干電池（舊的更好），導(dǎo)線若干。實驗步驟1觀察原、副線圈的繞制方法，畫出相應(yīng)的圖示。2確定電流表中電流方向和指針偏轉(zhuǎn)方向關(guān)系：用一節(jié)舊干電池串聯(lián)一只幾十千歐的電阻試觸一下電流表，觀察通入電流方向和指針偏轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系。3按電路

20、圖把原線圈（內(nèi)徑較小且?guī)цF心）、變阻器、直流電源和電鍵串聯(lián)成一個電路；把檢流計和副線圈（內(nèi)徑較大的）串聯(lián)成另一個電路。4研究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：閉合電鍵使原線圈通電，觀察把原線圈插入副線圈過程中有無感應(yīng)電流；觀察原線圈置于副線圈中不動時有無感應(yīng)電流；觀察把原線圈從副線圈中取出過程中有無感應(yīng)電流。將原線圈回路中的電源反接再觀察一次。將原線圈插入副線圈，觀察電鍵閉合和斷開時有無感應(yīng)電流。原線圈插入副線圈通電后，改變原線圈回路中變阻器的阻值，從而改變原線圈中的電流，觀察副線圈中有無感應(yīng)電流。總結(jié)出副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件。5研究感應(yīng)電流方向與磁通量變化關(guān)系：重復(fù)4的實驗過程，記下原磁場方向、變化情況、電流表指針偏轉(zhuǎn)情況?？偨Y(jié)出感應(yīng)電流方向和磁通量變化之間關(guān)系。注意事項1實驗前必須弄清電流表中電流方向和指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系。判斷時所用電池舊一些為好，通電時電鍵應(yīng)采用瞬間接觸的方式。2原線圈回路閉合電鍵前應(yīng)使變阻器處于最大值，調(diào)節(jié)時不要使原線圈中電流強(qiáng)度過大，通電時間不宜過長。例題1如果電流表中電流從正接線柱流入、負(fù)接線柱流出