資源簡介

電磁學實驗
教學目標
1．通過對實驗的復習，做到對電磁學中的學生實驗明確實驗目的，掌握實驗原理，學會實驗操作，正確處理實驗數據。
2．進一步學習用實驗處理問題的方法，體會實驗在物理學中的重要地位。
3．掌握實驗操作方法，培養動手操作的能力。
4．通過對電磁學中學生實驗的比較，知道所涉及到實驗的類型。
5．在掌握課本上所給學生實驗的基礎上，靈活應用所學知識解決其它問題。
教學重點、難點分析
1．理解實驗的設計思想，不但要知道怎樣做實驗，更應該知道為什么這樣做實驗。
2．掌握正確的實驗操作，是完成實驗的最基本要求，對學生來說也是難度較大的內容，一定要讓學生親自動手完成實驗。
3．處理數據時，要有誤差分析思想，要能夠定性地分析在實驗中影響實驗誤差的條件。
教學過程
在電磁學中一共有八個實驗知識點是高考中要求的實驗，在做實驗復習時，要明確實驗目的，掌握實驗原理，理解地記住實驗步驟，處理好實驗數據。在實驗復習中，實驗操作是必不可少的。按照《考試大綱》中的順序，我們一起來復習電磁學中所涉及的實驗。
實驗10《用描跡法畫出電場中平面上的等勢線》
一、實驗條例與點撥
【實驗目的】
學會用描跡法畫出電場中平面上的等勢線；驗證電場中各點的電勢是順著電場線方向逐漸降低的；理解對等勢線和電場線相互垂直，等勢線不會相交等性質。
【實驗器材】①白紙一張②復寫紙一張③導電紙一張④圖釘4枚⑤平木板一塊和圓柱電極一對⑥直流電源（電壓約為6伏）和電鍵一個、導線若干⑦靈敏電流計和探針兩支⑧直尺（或三角板）
〖點撥1〗導電紙的電阻率應遠大于金屬電極的電阻率才能使電極本身成為等勢體；導電涂層要均勻，紙上導電性能才能一致，否則會使測繪出的等勢線產生畸變。
〖點撥2〗對圓柱電極應一樣大，直徑為1厘米。
【實驗原理】
用導電紙中的穩恒電流場模擬真空中的靜電場。
〖點撥〗本實驗是用兩個帶圓形電極模擬兩等量異種點電荷在平面內的電場。
直接描繪靜電場中的等勢線是比較困難的。但由于恒定電流場遵從的規律在形式上和靜電場相似，所以可以用來模擬靜電場。
我們可用導電紙上形成的恒定電流場來模擬靜電場，當在電流場中與導電紙接觸的兩探針尖端電勢差為零時，與探針相連的電流計中通過的電流強度為零，從而可利用靈敏電流計和探針找出電場中的等勢點，并依據等勢點進行等勢線的描繪。
本實驗是模擬實驗。我們知道，帶電體在它的周圍空間產生電場，靜電場中場強的分布情況，可用電場線形象地表示出來。而電場線和等勢面是相垂直的，通過實驗測繪出電場的等勢面（線），利用電場線和它正交的關系，可以描繪出電場線，得到電場分布的形象描述。
實際測繪靜電場的等勢面（線）是相當困難的，因為通常用的測量儀表大都是磁電式的，有電流才會有反應，靜電場不會有電流，因此無法測量。
實驗中通常是用電流場來描述靜電場。從電磁學理論知道，這兩種場所遵守的規律，形式上相似。利用其相似性，可以通過對容易測量的電流場的研究來代替不易測量的靜電場的研究。
具體的做法是將和靜電場中帶電體相同形狀的電極，按帶電導體的分布位置放在均勻的導電物質中，導電物質應是導電率不大的不良導體（導電紙）。在電極上加上一定電壓以后，導電物質中將形成穩定的電流場。這個電流場中的電位分布情況和對應的靜電場中電勢分布情況是一樣的。電流場中電位可以用金屬探針和靈敏電流計測出。
【實驗步驟】
1．定性描繪平面上的等勢線
（1）在平板上依次鋪上白紙、復寫紙、導電紙，導電層向上，用圖釘把白紙、復寫紙和導電紙一起固定在板上。
（2）用直尺在導電紙中央畫一條長為10厘米的線段，在線段兩端固定壓緊直徑為1厘米的圓形電極，將這兩電極分別接在6伏直流電源上，如圖所示。
〖點撥〗兩電極間為什么要相距8~10厘米遠呢？由實驗原理得知，實驗時需兩極間有一定的電阻，而導電紙的電阻率是有限定值，紙的面積一定，若兩電極間距離太小，極間電阻趨于零，或小于靈敏電流計內阻，當靈敏電流計兩個探針接觸時就相當短接了有一定電阻的電流計，造成后果可能出現靈敏電流計指針不偏轉（或偏轉很小）而誤認為等勢，或者出現因等勢線太密而看不出規律。
（3）用等分線段法在兩電極連線上選取間距相等的5個點作為基準點，并用探針把所選的點復印在底層的白紙上。
〖點撥〗選5個基準點主要是為了描繪對稱的清晰等勢線，就3、5、7……個基準點而言，5個最適宜，既能發現規律又省時間，值得注意的是，基準點的間距相等，相鄰兩條等勢線的電勢差不等，勻強電場例外。
（4）從靈敏電流計的兩個接柱引起兩個探針分別與導電紙上任意兩個相鄰的基準點接觸，觀察指針偏轉情況，比較各點的電勢高低，找出電勢的變化規律。
（5）用探針I與某基準點E接觸，如圖所示，另一探針II在距基準點E約1厘米處選一點，將探針II左右移動，可發現與這一點接觸時電流計的指針不偏轉，即此點與基點等勢，用同樣的方法探測出關于基點對稱的另外3個等勢點，即每個基準點的等勢點共5~7個。
〖點撥〗探測點不要靠近導電紙邊緣，否則等勢線畸變。
（6）取出白紙，根據5組等勢點畫出5條平滑曲線即為等勢線，如圖。
〖點撥〗根據實驗中所描繪的圖，問C點的電勢是正還是負？不少同學認為需要定量計算才能確定，其實不然，只要抓住兩等量異號電荷連線的中垂線PQ這條等勢線上各點電勢為零的特點，得知Ua=Ub=0，Uc2．定量描繪平面上的等勢線
按圖甲所示電路用50歐姆變阻器分壓，以電極B的電勢為零，則滑動片P1置于某一位置時的電勢U1可由伏特表讀出，當靈敏電流計指示0時，探針P2接觸點的電勢也為U1，調節P1的位置，每隔1伏測一條等勢線，最后看出等勢線越密的地方電場線也越密，如圖乙所示。
實驗中易混淆的是：操作過程中所取基準點的間距相等易帶來“相鄰兩等勢線的電勢差相等”的負遷移；操作中每隔1厘米探測一個等勢點易引出“等勢點的間距相等”的負遷移，其實這樣操作是為迅速、方便、準確地揭示規律，等距離取基準點探測是為了上下對稱、左右對稱，描圖直觀。
易錯的是：鋪白紙、復寫紙、導電紙的順序錯亂，或者將電膜向下。
易忘的是：找出電流流向與靈敏電流計指針的偏轉關系，因有時電源裝在等勢線描繪儀盒內，操作時若不找出上述關系則不能迅速判斷電位哪邊高哪邊低而延誤實驗時間。
【實驗結論】
根據電場方向的規定，由實驗得知，電場線始于正電荷止于負電荷；電場線越密，等勢線也越密；電場線與等勢線垂直。
【注意事項】
1．電極與導電紙接觸要良好，且與導電紙的相對位置不能改變。
2．尋找等勢點時，應從基準點附近由近及遠地逐漸推移，不可冒然進行大跨度的移動，以免電勢差過大，發生電流計過載現象。
3．導電紙上所涂導電物質相當薄，故在尋找等勢點時，不能用探針在導電紙上反復劃動，而應采用點接觸法。
4．探測等勢點不要太靠近導電紙的邊緣，因為實驗是用電流場模擬靜電場，導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。
【誤差的來源及分析】
1．所使用的電流表的精度是本實驗產生誤差的主要因素之一，因此在條件允許的情況下，要盡可能使用精度較高的電流表。
2．電極與導電紙是否接觸良好也是本實驗產生誤差的主要因素之一，對此，安裝電極時要加以注意，可以在木板上墊上3～5張白紙。
3．導電紙是否符合要求也是本實驗產生誤差的主要因素之一，導電紙的電阻率應遠大于金屬電極的電阻率才能使電極本身成為等勢體；導電涂層要均勻，紙上導電性能才能一致，否則會使測繪的等勢線產生畸變。
4．圓柱形電極的大小也會給本實驗帶來誤差。圓柱形電極應選一樣大的的直徑為1cm的磨平銅柱兩只。
二、操作指導與思維啟迪
1．做好本實驗的關鍵在以下幾點：
①白紙、導電紙、復寫紙以及木板均要很平整，這樣才能保證用探針描點時，點位置的準確性，否則，作出的等勢線將不規范。
②兩個電極一定要緊緊地裝在實驗板上，并注意電極與導電紙一定要接觸良好，否則將影響實驗的準確性。
③用探針做實驗時，第一根探針放在直線的基準點上，用力按住不要移動，且用力要適度，既保證不移動，又不至于用力太大而使導電紙破損。第二根探針找等勢點時要輕輕移動，不要使移動的軌跡也復印到白紙上，待找到等勢點后，再適度用力按一下。
2．由于導電紙的電阻率比較大，若先用萬用電表測量其電阻，導電紙1cm電阻約2kΩ。因此本實驗所用的靈敏電流計內阻應在20kΩ以上，也可用電壓靈敏度不小于20kΩ/V的萬用表，如500型、MF10型等。若使用靈敏度較低的電壓表，則其分流作用太大，將使導電紙上的電流場發生較大變化，造成電流計顯示的電位值比原電流場中該點的電位真實值小，因而產生較大的測量誤差。
3．在有條件的時候，也可用J2459型學生示波器來測量電壓，它的y軸輸入阻抗為1MΩ，對電路的分流作用幾乎可以忽略。實驗時，將圖中的電壓表換成示波器，它的y軸輸入耦合開關放在“DC”位置，y軸增益旋鈕順時針方向轉到底，衰減旋鈕放在“10”擋，此時垂直方向坐標刻度每一大格所示電壓值為0.5V，當光點移至刻度盤中間位置（即x軸）上時，其量程為±2V。測量中，當兩探針不在同一等勢線上時，光點將向上、下偏移，只有兩探針在同一等勢線上時，光點才停留在熒光屏的中心不動。實驗方法與用靈敏電流計相同。
4．能否模擬點電荷周圍等勢線呢？用以下的辦法可以實現。
所用器材基本與上述相同，只是將電極的形狀改動一下。其中一個電極仍然可用，另一個電極則改成一個環狀電極，并將它們同心放置（如圖），這樣中間的正極用來模擬正電荷，實驗所得的等勢線為一簇同心圓。
三、典型例題解析
【例1】當你按實驗中的方法正確得出了等勢線以后，能否繼續畫出電場線？
分析與解答：可以，由于電場線與等勢線處處垂直，故而只要畫出與諸條等勢線相交且垂直的曲線就是電場線。
本題思維點撥：我們知道，電勢相等的點組成的面（線）叫等勢面（線），必須掌握點電荷、等量異種電荷的電場及勻強電場中等勢面（線）的分布情況。等勢面的特點是：
①等勢面上各點電勢相等，在等勢面上移動電荷電場力不做功。
②等勢面一定跟電場線垂直，而且電場線總是由電勢高的等勢面指向電勢較低的等勢面。
③我們在畫等勢面時讓相鄰的等勢面間的電勢差相等。這樣，在等勢面密的地方電場強度大，等勢面疏的地方電場強度小。
由于直接畫電場線比較麻煩，所以在一般情況下，我們總是先畫出等勢線，再根據“等勢面一定跟電場線垂直”的特點，進一步畫出電場線。
【例2】右圖是描繪電場中等勢線的實驗裝置，①圖中有7個等間距的點，其中A、B為___________；
②當電流從標有“+”號的接線柱流入靈敏電流計G時，其指針正向偏轉，則當靈敏電流計表針______偏時，探針所接觸的兩點恰是等勢點；③當探針1接在F點時，探針2應向____移，才能找到等勢點。
分析與解答：①金屬圓柱電極，其中A為正極，B為負極；②不；③右。
本題思維點撥：找等勢點是本實驗的關鍵所在，導電紙上任何一點都可以找出無數個等勢點，但我們為了使得描繪的等勢線更規范一些，所以選了等間距的C、D、E、F、G五個基準點，這樣描繪出的等勢線是等電勢差的等勢線，看起來較有規律。當我們用探針1按住某一個基準點時，另一個探針2在適當位置輕輕滑動，這時靈敏電流計中指針擺動，說明兩探針之間有電勢差，只有兩探針間電勢差為零時，靈敏電流計指針不偏轉，指向零位置，這時說明我們已找到了一個等勢點，可將探針2用力按一下，復印出該等勢點的位置。要求靈敏電流計為中心零刻度的，這樣用起來比較方便。
【例3】在“電場中等勢線描繪”的實驗中，每相差一定的電勢就畫一條等勢線，那么這些等勢線在空間的分布是_____。
A．以兩極連線為軸的軸對稱圖形
B．以兩電極連線的中垂線為軸的軸對稱圖形
C．以兩電極連線的中點為中心的中心對稱圖形
D．各等勢線之間的距離相等
E．距電極越近，等勢線越密集
本題思維點撥：等量異種電荷電場的等勢線以電荷為參照點非常有規律的排列著。它們是以電極連線的中垂線（可規定為零等勢線）為對稱軸兩邊對稱的圖形，正、負電荷也處于對稱位置。這個對稱圖形的基礎必須是相等電勢差的等勢線，如果不是相差一定的電勢差來任意畫等勢線，則沒有上述對稱關系。另一種對稱是以兩電荷的連線為對稱軸，上面一半等勢線和下面一半等勢線相對稱，這也是一種軸對稱關系。A、B、E。
【例4】某同學用直流電壓表代替靈敏電流計來做“電場中等勢線的描繪”實驗，他能成功嗎？
分析與解答：這個同學可以成功，只是要注意選擇滿偏電壓較小的電壓表進行測量，方法同靈敏電流計。
本題思維點拔：靈敏電流計也可以看成是滿偏電流（或電壓）非常小的電流表（電壓表），若表頭內阻為Rg，滿偏電流為Ig，則Vg=Ig·Rg，若Ig=50μA，Rg=20kΩ，則Vg=50×10-6×20×103=1V，可見用靈敏電流計測兩點間電勢差，其靈敏度是非常高的，也就是說，只要兩點間稍許有點電壓，表針就會偏轉，這樣用靈敏電流計做描繪等勢線的實驗，實驗結果非常精確。但是，我們用電壓表測某兩點間的電壓，除非電壓較大，否則，指針的偏轉就會不明顯，這樣得到的等勢點就不太準確，只有當電壓表量程較小時，才能表現出較高的靈敏度，測得的等勢點才很準確。
四、實驗變通
〖變通1〗原理不變，變電極。
①用一個直徑1厘米的金屬圓柱套上一個內徑大于8厘米的金屬圓環，再接通電源，按實驗條例中的步驟用探針去探測等勢點，不過此時基準線應該是直徑，最好取兩條垂直；若金屬圓柱接正極，圓環接負極，則模擬正點電荷電場，如圖，反之，模擬負點電荷電場，有趣的是電極的極性雖改變，可是等勢線（即同心圓）并不改變，改變的是什么呢？
②將電極換成完全相同的平板鐵夾（刃部去掉漆層），連同白紙、復寫紙、導電紙、薄木板一起夾好，如圖然后在紙中央畫一條水平基準線，等分基準線描出5個基準點，照實驗步驟描出5條等勢線，模擬勻強電場。
〖變通2〗原理不變、電極不變、變導電紙。
電子儀器中常把電路不同部分分別聯結到鋁制儀器底盤上，借以構成通路及共同的電勢零點，如圖所示在矩形底盤上A、B兩點為兩聯結點，且知電流由A經底盤到達B，繪出等勢線與電場線如右圖。
實驗11《測定金屬的電阻率（同時練習使用螺旋測微器）》
一、基本測量工具和測量數據
（一）基本量工具及其使用
1．毫米刻度尺，測接入電路中的金屬絲的長度。
2．螺旋測微器（千分尺），測金屬絲的直徑。
（1）用途和構造
螺旋測微器（又叫千分尺）是比游標卡尺更精密的測量長度的工具，用它測長度可以準確到0.01mm，測量范圍為幾個厘米。
螺旋測微器的構造如圖所示。螺旋測微器的小砧的固定刻度固定在框架上、旋鈕、微調旋鈕和可動刻度、測微螺桿連在一起，通過精密螺紋套在固定刻度上。
（2）原理和使用
利用螺旋的轉動把微小的直線位移轉化為較大角位移顯示在圓周上，從而提高了對直線位移測量的精密度。
螺旋測微器是依據螺旋放大的原理制成的，即螺桿在螺母中旋轉一周，螺桿便沿著旋轉軸線方向前進或后退一個螺距的距離。因此，沿軸線方向移動的微小距離，就能用圓周上的讀數表示出來。螺旋測微器的精密螺紋的螺距是0.5mm，可動刻度有50個等分刻度，可動刻度旋轉一周，測微螺桿可前進或后退0.5mm，因此旋轉每個小分度，相當于測微螺桿前進或后退這0.5/50=0.01mm。可見，可動刻度每一小分度表示0.01mm，所以以螺旋測微器可準確到0.01mm。由于還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位，故又名千分尺。
測量時，當小砧和測微螺桿并攏時，可動刻度的零點若恰好與固定刻度的零點重合，旋出測微螺桿，并使小砧和測微螺桿的面正好接觸待測長度的兩端，那么測微螺桿向右移動的距離就是所測的長度。這個距離的整毫米數由固定刻度上讀出，小數部分則由可動刻度讀出。
①千分尺的使用方法：
課本上的螺旋測微器是外徑千分尺，如圖所示。
a．使用前應先檢查零點，方法是緩緩轉動保護旋鈕K′，使測桿（要動小砧P）和測砧（固定小砧A）接觸，到棘輪發出聲音為止，此時可動尺（活動套筒）上的零刻線應當和固定套筒上的基準線（長橫線）對正，否則有零誤差。
b．左手持曲柄（U型框架），右手轉動大旋鈕K使測桿P與測砧A間距稍大于被測物，放入被測物，轉動保護旋鈕K′到夾住被測物，棘輪發出聲音為止。
c．撥固定旋鈕使測桿固定后讀數。
②千分尺的讀數規則：
千分尺固定尺S的橫基準線上下每錯開0.5毫米刻一個最小分度，其測量范圍是0.25毫米，測量時大于0.5毫米的長度由固定尺S上讀出，小于0.5毫米的長度可由動尺H上讀出。
無零誤差時：測量值L=（m+0.5）+n×0.01毫米，其中m為固定尺S上的整毫米數，n為可動尺H上的轉動格數（含估讀格），如圖所示，千分尺測量某工件外徑，其讀數為0.5毫米+40.1×0.01毫米=0.901毫米，其中0.1格是估讀格數。
（3）使用螺旋測微器應注意以下幾點：
①轉動旋鈕不可太快，否則由于慣性會使接觸壓力過大使被測物變形，造成測量誤差，更不可直接轉動大旋鈕去使測桿夾住被測物，這樣往往壓力過大使測桿上的精密螺紋變形，損傷螺旋測微器。
②在讀數時，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻線是否已經露出。
③讀數時，千分位有一位估讀數字，不能隨便扔掉，即使固定刻度的零點正好與可動刻度的某一刻度線對齊，千分位上也應讀取為“0”。
④當小砧和測微螺桿并攏時，可動刻度的零點與固定刻度的零點不相重合，將出現零誤差，應加以修正，即在最后測長度的讀數上去掉零誤差的數值。
⑤被測物表面應光潔，不允許把測桿固定而將被測物強行卡入或拉出，那會劃傷測桿和測砧的經過精密研磨的端面。
⑥輕拿輕放，防止掉落摔壞。
⑦用畢放回盒中，存放中測桿P和測砧A不要接觸，長期不用，要涂油防銹。
3．伏特表、安培表
伏特表、安培表不僅在本實驗中用到，在測電源電動勢和內阻實驗中也將用到，可以說它們是恒定電流實驗中的主要測量工具。
（1）選用電表
要求電表的安全性能好，讀數誤差小。所謂安全性能就是分清交流表、直流表，確定接線柱正、負極，要求量程大于被測電流（或電壓）最大值；讀數誤差小就是要求電表的量程得到充分利用的前提下電表的精度高，對于有不同量程的同一電表，能用小量程的就不用大量程的，由誤差理論知，要求高中實驗中測量最小示值大于滿度值的1/4～1/3即可，我們可以根據這個原則通過對電路中電流或電壓的估測，選擇電表的量程。
（2）選好與電表搭配的電路組件
①選擇電源
根據電路所需電壓選好電源的電動勢，或者根據電表量程選擇電源電動勢。
電源允許通過的最大電流I允大于電路中需要達到的最大電流I額，或者電表量程I滿（V滿）大于I允，根據mE≥I額（R用+R限+mr/n）和nI允≥I額去確定電源電動勢及其連接方式，其中m、n為電池的串聯個數和并聯組數，R用、R限、r分別為用電器、限流電阻和電源電阻的阻值。
②選擇變阻器
變阻器在電路中是起調節電壓或限制電流以保護電表的作用，其選擇原則是：安全性能好，調節靈敏、對電路誤差影響小，簡言之，變阻器的使用長度越長，調節越方便，誤差越小，即要求電阻絲使用長度與全長比值盡可能大，其前提顯然是變阻器允許電流值大于電路中電流。
?變阻箱不能替換變阻器，因變阻箱電阻變化是不連續的，如圖是旋鈕式，按一定的組合形式將若干個準確阻值的固定電阻串連，是用旋鈕直接接通，常見有4個或6個旋鈕，旋鈕邊緣面板上標有×1、×10、×100、×1k、×10k俗稱倍率，倍率越大允許負載電流越小，其兩接線柱之間的阻值為所有連通電阻之和，且無估讀數。
（3）選好電表的測量電路
伏安法測量電路有兩種：安培表內接法和外接法，如圖甲所示，內接法適于測大電阻，如圖乙所示外接法適于測小電阻。
由誤差理論具體有三種選擇方法。
①直接比較法：當Rx>>RA用內接法；當Rx<本實驗選擇3伏電源，3伏檔伏特表（內阻為3千歐或1千歐），安培表0.6安檔內阻約為0.1歐，金屬絲電阻大約5~10歐，顯然應取外接法，但待測電阻往往不很直觀，還需要用下面兩種方法確定測量電路。
②臨界值計算法：
由誤差理論知當時，內接法外接法一樣，我們稱為臨界值；當用內接法，當用外接法。
③測試判斷法：當Rx、RA、RV大約值都不清楚就用測試判斷法。
如圖所示，將單刀雙擲開關S分別接觸a點和b點，若看到安培表示值變化比伏特表示值變化大，則說明伏特表分流影響較大，應該選內接法；若伏特表示值變化比安培表示值變化大，則說明安培表降壓影響較大，應該選外接法。
【例1】如圖所示UMN恒定，當電鍵S接a點時，伏特表示數U1=10V，安培表示數I1=0.2A；當電鍵S接b點時，U2=12V，I2=0.15A，那么為了準確，電鍵S應接哪一點？Rx測量值為多大？
分析：電鍵S接a點時：（12-10）/RA=0.2……①
電鍵S接b點時：12=0.15(RA+Rx)…… ②
由①②得RA=10Ω，接b適宜，Rx=70Ω。
（4）選擇電表測量電路的搭配電路 變阻器的控制電路，變阻器控制電路是穩定電流實驗乃至電學實驗中不可缺少的一部分，其主要形式有兩種。
①限流式：圖甲所示，其負載電流變化范圍是E/（R0+R）~E/R；負載電壓可調范圍是RE/（R0+R）~E。
為確保安全，觸頭P開始應置于B端使電路阻值最大。
②分壓式：圖乙所示，變阻器固定端A、B分別與電源正負極相接即電阻全部接入干路中，滑動觸頭P和一固定端A（或B）聯接到負載R上，起電位器作用，當電路接通時，負載R上的電壓只是滑動變阻器RAP上的電壓，負載電壓和電流的變化范圍分別是：0 ε；0 ε/R，為確保安全，觸頭P應滑至A端，即開始阻值處于最小。
綜上述，選擇控制電路應按下述原則：
a．若電壓電流不需連續變化，調節范圍也不大，且當負載電阻Rb．如果要連續分壓，取出電壓，調節范圍也大，且R>R0取分壓式電路，實驗前，負載電壓為零，即R0應取最小值。
概括上述內容，伏安法實驗電路就是根據方框圖思考，依據相互制約的條件選出的器材和所選的電路去畫電路圖，去給實物儀器連線，無論是畫圖還是接線，都應先干路，后支路才有條不紊。
（二）測量數據的有效數字。
1．毫米刻度尺測量數據的有效數字的末位，應在毫米的十分位，無估讀時在十分位上補0。
2．千分尺測量數據的有效數字的末位在毫米的千分位，無估讀時在千分位補“0”，估讀位在千分位，精確到百分位。
3．安培表、伏特表均有兩個量程，其測量值的有效數字依量程及精度而定，但是可以概括如下原則：凡最小分度值是一個單位的，有效數字的末位都在精度的下一位，即需要估讀，若無估讀，則在精度的下一位補“0”； 甲圖若用0~3安量程，其精度為0.1安，圖示值為1.40安，這數字后面的“0”是補的；如乙圖若用0~3伏量程，其精度為0.1伏，圖示值為1.30伏，這數字后面“0”也是補的。
凡最小分度值是2或5個單位的，有效數字的末位就是精度的同一位（含估讀數），若無估讀不需補“0”。圖甲若用0~0.6安量程，其精度為0.02安，說明測量時只能準確到0.02安，不可能準確到0.01安，因此誤差出現在安培的百分位（0.01安），讀數只能讀到安培的百分位，以估讀最小分度半小格為宜，當指針指在小于半小格位置則舍去，指針正對半小格則取為0.01安，指針超過半小格時則算一小格即0.02安，圖甲指針若向右再恰偏半小格，則示值為0.29安。若指針向右偏轉大于半小格，則示值為0.50安；如乙圖若用0~15伏量程，圖示值為6.5伏，而不是6.50伏；乙圖指針若再向右偏轉不到1格（含小于、等于、大于半格情況），若小于半小格則舍去，讀數仍為6.5伏，若指針恰指半小格，可估讀為6.8伏，若大于半小格，則估讀為7.0伏。
其電阻率的最終結果的有效數字位數應保留3~4位反映測量數據的準確度。
二、實驗條例與點撥
【實驗目的】學會用伏安法測量電阻的阻值，測定金屬的電阻率；練習使用螺旋測微器。
【實驗原理】用刻度尺測一段金屬導線的長度L，用螺旋測微器測導線的直徑d，計算出導線的橫截面積S，用伏安法測導線的電阻R；根據電阻定律，金屬的電阻率ρ=RS/L=πd2R/4L。
【實驗器材】①金屬絲②螺旋測微器③安培表④伏特表⑤直流電源⑥滑動變阻器⑦電鍵一個⑧導線若干⑨米尺
〖點撥〗被測金屬絲要選用電阻率大的材料，如鐵鉻鋁合金、鎳鉻合金等或300瓦電爐絲經細心理直后代用，直徑0.4毫米左右，電阻5~10歐之間為宜，在此前提下，電源選3伏直流電源，安培表選0 0.6安量程，伏特表選0 3伏檔，滑動變阻器選0 20歐。
【實驗步驟】
1．用螺旋測微器在被測金屬導線上的三個不同位置各測一次直徑，求出其平均值d，計算出導線的橫截面積S=πD2/4。
2．將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度尺測量接入電路中的被測金屬導線的有效長度，反復測量3次，求出其平均值L。
3．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，把滑動變阻器的滑動片調節到使接入電路中的電阻值最大的位置。
〖點撥〗為避免接線交叉和正負極性接錯，接線順序應遵循：電源正極→電鍵（斷開狀態）→滑動變阻器→用電器→安培表正極→安培表負極→電源負極，最后將伏特表并接在待測電路的兩端，即先接干路，后接支路。
4．電路經檢查確認無誤后，閉合電鍵S。改變滑動變阻器滑動片的位置，讀出幾組相應的電流表、電壓表的示數I和U的值，斷開電鍵S，求出導線電阻R的平均值。
〖點撥〗測量時通過金屬絲的電流應控制在1.00A以下，本實驗由于安培表量程0~0.60A，每次通電時間應盡量短（以能讀取電表數據為準），讀數完畢立即斷開電鍵S，防止溫度升高使金屬絲長度和電阻率發生明顯變化。
計算時，務必算出每次的電阻值再求平均值，不能先分別求電壓U和電流I的平均值，再由歐姆定律得平均值，否則會帶來較大計算誤差。
5．將測得的R、L、d值，代入電阻率計算公式中，計算出金屬導線的電阻率。
6．拆去實驗線路，整理好實驗器材。
【實驗記錄】
測量次數
1
2
3
平均值
導線長/m
導線直徑/m
導線的橫截面積S= （公式）= （代入數據）= m2
測量次數
1
2
3
電阻平均值
電壓U/V
電流I/A
電阻R/Ω
所測金屬的電阻率ρ= （公式）= （代入數據）= Ωm
【實驗結論】由實驗表中數據計算得出，待測金屬絲的電阻率平均值。
【注意事項】
1．測量被測金屬導線的有效長度，是指測量待測導線接入電路的兩個端點之間的長度，亦即電壓表兩并入點間的部分待測導線長度，測量時應將導線拉直。
2．本實驗中被測金屬導線的電阻值較小，因此實驗電路必須采用電流表外接法。
3．實驗連線時，應先從電源的正極出發，依次將電源、電鍵、電流表、待測金屬導線、滑動變阻器連成主干線路（閉合電路），然后再把電壓表并聯在待測金屬導線的兩端。
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，通過待測導線的電流強度I的值不宜過大（電流表用0~0.6A量程），通電時間不宜過長，以免金屬導線的溫度明顯升高，造成其電阻率在實驗過程中逐漸增大。
6．測量金屬導線的直徑時要用螺旋測微器，直接測量的結果要估讀下一位數字。【注意事項】
〖點撥〗為了減少電阻的計算誤差，可以作U-I圖象求出電阻的平均值。如圖A，此圖斜線穿過多數（I，U）坐標點，排除了誤差。
如果一個標有“220伏、60瓦”的白熾燈泡，加上的電壓U由零逐漸增大到220伏，在此過程中電壓U和電流I的關系可由U-I圖線表示，在圖中只有B圖是符合實際的，這就需要考慮電阻率ρ的明顯變化。結合圖象斜率去分析，此例還告訴我們，實驗原理R=U/I和R=ρL/S是電阻率ρ沒有明顯變化為前提條件，所以實驗時通電電流不能大，通電時間不能長。
【誤差來源及分析】
1．測量金屬絲直徑時出現誤差；
2．測量金屬絲長度時出現誤差；
3．采用外接法則由于伏特表的分流影響，造成電阻測量值偏大，若誤用內接法則安培表分壓影響更大；
4．通電電流太大，時間太長，致使電阻絲發熱，電阻率隨之變化；
5．儀表量程太大且讀數不準；計算未遵從有效數字運算法則。
實驗中易混淆的是：R=U/I和R=ρL/S兩個定律，這兩個定律都是實驗定律，但前者是研究電阻與電流、電壓兩者之間關系；后者是研究導體本身的性質即電阻與材料、長度、截面積三者之間關系，與所在的電路因素或是否接入電路無關，注意R=U/I中，電阻與U、I無關；R=ρL/S中，電阻率與L和S無關，使用這兩式時ρ是不變的。
易錯的是：測量電路（內、外接法）、控制電路（限流式和分壓式）、量程的選擇及有效數字、電阻R平均值的計算等。
易忘的是：金屬絲未接入電路就測量其長度，用千分尺測直徑D前未查零誤差、測D時未按三個不同位置測量取平均值。
【例2】（1997年高考題）某電壓表的內阻在20～50k(之間，現要測量其內阻，實驗室提供下列可選用的器材：
待測電壓表V（量程3V）；
電流表A1（量程200(A）；
電流表A2（量程5mA）；
電流表A3（量程0.6A）；
滑動變阻器R（最大阻值1k(）；
電源E（電動勢4V）；
電鍵S。
⑴所提供的電流表中，應選用______（填寫字母代號）。
⑵為了盡量減小誤差，要求測多組數據，畫出符合要求的實驗電路（其中電源和電鍵及其連線已畫出）。
解答：⑴若將電壓全部加在待測電壓表上，電流的最大值為Imax≈×103=200((A)，在保證表不被燒壞、且讀數比較準確時，應選電流表A1。
⑵為減小實驗誤差，又保證電壓表不損壞（V量程為3V），應采用分壓式接法接入滑動變阻器（因電壓表內阻至少是R的20倍）。若采用限流式接法接入滑動變阻器時，電壓表有可能損壞，所以正確電路如圖所示。
三、實驗變通
〖變通1〗原理不變，變待測金屬導體形狀。
如圖所示，P是一根表面均勻地鍍有很薄的發熱電阻膜的長陶瓷管，（其長度l為50厘米左右，直徑D為10cm左右）鍍膜材料的電阻率ρ已知，管的兩端有導電箍MN，現給你米尺，伏特表V，安培表A，電源E，滑動變阻器R，電鍵K和若干導線，請設計一個測定膜層厚度d的實驗方案。
分析：此實驗是源于教材中測定金屬電阻率實驗的巧妙變通，由于導電膜的電阻未知，因此電路任意選擇，設計電路如圖，其實驗步驟完全與上述實驗相同，我們列出如下表格對比就一目了然，已知條件給出的數量是告訴我們去聯想哪一個實驗，啟迪我們去區分“測電阻率”實驗中的D和“測電阻膜厚度”實驗中的D，由實驗得出膜層厚度d=ρlI/πDU。
實驗名稱
項目
測金屬絲電阻率ρ
（教材）
測定電阻膜的厚度d
（高考題）
待測物模型（放大）
圓柱體（金屬絲）
長方體（電阻膜）
實驗原理
R=U/I和R=ρl/S
R=U/I和R=ρl/S
需測物理量
L、D、U、I
L、D、U、I
待測物截面積（S）
S=π（D/2）2
S=πDd
電路結構
V-A法、限流電路圖
V-A法、限流電路圖
由此變通實驗可知電場中等勢線的描繪實驗中導電紙的導電膜，其厚度的測定可以在模擬勻強電場的基礎上，增加安培表、伏特表和滑動變阻器等儀器進行實驗測定。
〖變通2〗原理不變，金屬絲不變。
某裝卸碼頭急需知道一大電磁鐵所用銅導線的質量和長度，但不可拆開線圈，某電工背袋里只有電池盒一個（內裝2節2號電池），一只伏特表和一只安培表，一把千分尺和一本物理常用手冊，你看他怎樣完成此任務？
其簡要方法如下：
①用千分尺按三次不同方位測出銅導線頭的直徑，求平均值D。
②用伏安法測出銅導線的電阻，如圖。
③由電阻定律R=ρl/S和歐姆定律R=U/I算出導線的總長l=RS/ρ=πD2U/4ρI，質量m=ρ0l·S=π2D4Uρ0/（16ρI），其中ρ為銅導線的電阻率，ρ0為它的密度，均可從手冊中查到，此實驗進行之前應觸式安培表指針偏轉情況，若電流過大，應只用一節干電池，因無變阻器限流。
〖變通3〗變器材、變原理
用一只毫米尺和一只千分尺，一只內阻R0已知且與金屬絲電阻Rx相差不大的電壓表和一個單刀雙擲電鍵S測定金屬絲的電阻率，其簡要方法如下：
①測出長度L和直徑D的平均值后設計電路圖甲或乙接線。
②由圖（甲），S撥向1，伏特表示數U1＝E，S撥向2，伏特表示數為U2，由全電路歐姆定律：E=U2+U2Rx/RV解得Rx=/U2，再由電阻定律R=ρ·（L/S）=4ρL/（πD2）得ρ=/（4LU2）。
值得注意的是此實驗中金屬絲電阻Rx為高值電阻。
實驗12《描繪小電珠的伏安特性曲線》
【實驗目的】描繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規律。
【實驗原理】根據部分電路歐姆定律，可得，即在I-U坐標系中，圖線的斜率等于電阻的倒數。
【實驗器材】學生電源（4~6V直流），小電珠（“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”），電流表（內組較小），電壓表（內組很大），開關和導線。
【實驗步驟】
（1）確定電流表、電壓表的量程，照圖連好電路。（注意開關應斷開，滑動變阻器與燈泡并聯部分電阻為零）。
（2）閉合開關S，調節滑動變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數，記錄一組電壓U和電流I值。
（3）用同樣的方法測量并記錄約12組U值和I值。
（4）斷開開關S，整理好器材。
（5）在坐標紙上，以U為橫坐標、I為縱坐標建立直角坐標系，并根據表中數據描點，連接各點得到I-U圖線，（注意：連接各點時，不要出現折線）
【數據處理】
次數
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
電壓U/V
電流I/A
【實驗結論】描繪出的圖線是一條 線。它的斜率隨電壓的增大而 ，這表明小燈泡的電阻隨電壓（溫度）升高而 。
【實驗探究】
用本實驗提供的方法，測量并描繪發光二極管的伏安特性曲線。
次數
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
電壓U/V
電流I/A
實驗13《把電流表改裝成電壓表》
一、預習題（可由學生課前完成）
1、電流表中有電流通過時電流表的指針就會發生偏轉。當通過的電流等于電流表內線圈所允許的最大電流時，電流表的指針偏轉到最大刻度處，這時的電流叫做電流表的 ，用符號 表示。如果電流表的內阻rg，則電流表能夠承受的最大電壓Ug= （滿偏電流；Ig；Ig·rg）
2、利用課本圖實-14所示的電路測定電流表的內電阻rg時，應先調節電位器 R，使其阻值 ，然后閉合電開關 ，調整 的阻值，使電流表的指針偏轉到滿刻度。再閉合開關 ，這時流過電流表的電流將 ，調整 的阻值，使電流表的指針偏轉到正好是滿刻度的一半，而另一半的電流必通過 。根據并聯電路的特點可知，電流表的內阻rg= 。以上分析的前提條件是：接入電阻箱R＇后，干路電流 。而要做到這一點，只有當R比R＇ 時才行，所以利用半偏法測電流表內阻時必須滿足的條件是R R＇（最大；S1；R；S2；小于滿偏電流Ig；電流表；R＇；不變；大很多；遠大于）
3、已知電流表的內阻rg ，滿偏電流為Ig ，若把這個電流表改裝成量程為U的電壓表，則必須在電流表上 聯一個阻值為R= 的電阻。（串；）
二、實驗條例與點撥
【實驗目的】用半偏法測定電流表的內阻；把電流表改裝成電壓表
【實驗器材】電源，導線，開關，電阻箱，電位器，滑動變阻器，電流表，標準電壓表
【實驗步驟】
1．半偏法測電流表內阻
（1）按圖8-1所示連好電路，圖中R用電位器，R＇用電阻箱。
（2）合上開關S1，調整R的阻值，使電流表指針偏轉到滿刻度Ig。
（3）合上開關S2，調整Rˊ的阻值，使電流表指針偏轉到滿刻度的一半。讀出電阻箱的阻值，當R比Rˊ大得多時， ，可認為rg= Rˊ。
2．改裝
（4）算出電流表的滿偏電壓Ug= 。
（5）如果把電流表改裝成量程為U=2V的電壓表，計算應串聯的電阻值R1。
（6）將電阻箱阻值調為R1，把電流表跟電阻箱串聯起來。
3．核對
（7）按圖8-2所示連好電路，并使變阻器R2的滑片在分壓值最小的位置。
（8）改變變阻器R2的滑片位置，使標準電壓表V的示數分別為0.5V、1.0V、1.5V、2.0V，并核對改裝的電壓表的示數是否正確。
4．計算百分誤差
（9）將改裝成的電壓表調到滿偏。
（10）讀出標準電壓表的示數。
（11）計算改裝電壓表滿偏刻度的百分差。
【實驗記錄和結果】
電流表滿偏電流Ig=
電流表內阻rg=
改裝成量程為U=2V的電壓表時應串聯的分壓電阻R= （計算式）= （代入數據）=
實驗14《用電流表和電壓表測電池的電動勢和內電阻》
【實驗目的】
測定電池的電動勢和內電阻。
【實驗原理】
如左圖所示，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據。即在坐標紙上以I為橫坐標，U為縱坐標，用測出的幾組I、U值畫出U-I圖象（如右圖）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電阻r的值。
【實驗器材】
待測電池，電壓表（0-3V），電流表（0-0.6A），滑動變阻器（10Ω），電鍵，導線。
【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，調節變阻器，使電流表有明顯示數，記錄一組數據（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．處理數據，用公式法和作圖法兩種方法求出電動勢和內電阻的值。
【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E會明顯下降，內阻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數據，且變化范圍要大些，用方程組求解時，要將測出的I、U數據中，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E、r值再平均。
4．在畫U-I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。個別偏離直線太遠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U-I圖線時，縱軸的刻度可以不從零開始，而是根據測得的數據從某一恰當值開始（橫坐標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還是電源的內阻。
【誤差來源及分析】
每次讀完電表示數沒有立即斷開電源,造成E和r的變化。
測量電路存在系統誤差I真=I測+IV中未考慮電壓表的分流。
用圖像法求E和r時，由于做圖不準確造成的偶然誤差。本實驗結果：E測實驗15《用多用電表探索黑箱內的電學組件》
【實驗目的】
1．練習用多用電表測電阻
2．用多用電表探索黑箱內的電學組件
【實驗器材】
多用電表，干電池，電阻箱，定值電阻，晶體二極管，導線
【實驗原理】
多用電表由表頭、選擇開關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，其滿度電流約幾十到幾百A，轉換開關和測量線路相配合，可測量交流和直流電流、交流和直流電壓及直流電阻等。測量直流電阻部分即歐姆表是依據閉合電路歐姆定律制成的，原理如圖所示，當紅、黑表筆短接并調節R使指針滿偏時有
Ig== （1）
當表筆間接入待測電阻Rx時，有
Ix= （2）
聯立（1）、（2）式解得
= （3）
由（3）式知當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都有一個對應的電流值I，如果在刻度盤上直接標出與I對應的Rx的值，那么當紅、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。
由于電流和電阻的非線性關系，表盤上電流刻度是均勻的，其對應的電阻刻度是不均勻的，電阻的零刻度在電流滿刻度處。
【實驗步驟】
（一）練習使用多用電表
準備
（1）觀察多用電表的外形，認識選擇開關的測量項目及量程；
（2）檢查多用電表的指針是否停在表盤刻度左端的零位置。若不指零，則可用小螺絲刀調整機械調零旋鈕使指針指零；
（3）將紅、黑表筆分別插入“+”、“-”插孔；
測電壓
（4）將選擇開關置于直流電壓2.5V擋，測1.5V干電池的電壓；
（5）將選擇開關置于交流電壓250V擋，測220V的交流電壓；
（6）將選擇開關置于直流電流10mA擋，測量1.5V干電池與200Ω電阻串聯回路的電流；
測電阻
（7）將選擇開關置于歐姆表的“×1”擋，短接紅、黑表筆，轉動調整歐姆零點的旋鈕，使指針指向歐姆表刻度的零位置。
（8）將兩表筆分別接觸幾歐、幾十歐的定值電阻兩端，讀出歐姆表指示的電阻數值，并與標準值比較，然后斷開表筆。
（9）將選擇開關置于歐姆擋的“100”擋，重新調整歐姆零點，然后測定幾百歐、幾千歐的電阻，并將測定值與標準值進行比較。
（10）選擇適當的量程，測定燈泡、電爐絲和人體的電阻。
（11）實驗完畢，將表筆從插孔中拔出，并將選擇開關置于“OFF”擋或交流電壓最高擋。
（二）用多用電表探測黑箱內的電學組件
（1）將黑箱（可能有的電學組件為電池、電阻和二極管）放在實驗桌上，讓三個測量節點向上；
（2）用直流電壓擋測量A、B、C間的電壓，判斷有無電池，及電池的正負極。
（3）用歐姆檔測量無電壓的節點間阻值，判斷是否可能存在電阻；
（4）交換紅、黑表筆，測量（3）中節點間阻值，判斷是否存在二極管；
（5）根據判斷結果劃出電路圖；
（6）打開黑箱辨認組件，并與判斷的電路比較。
【注意事項】
1．多用電表在使用前，應先觀察指針是否指在電流表的零刻度，若有偏差，應進行機械調零。
2．測電阻時，待測電阻要與別的組件斷開，切不要用手接觸表筆的金屬部分。
3．合理選擇電流、電壓擋的量程，使指針盡可能指在中間刻度附近（可參考指針偏轉在~2R中的范圍）。若指針偏角太大，應改換低擋位；若指針偏角太小，應改換高擋位。每次換擋后均要重新短接調零，讀數時應將指針示數乘以擋位倍率。
4．測量完畢后應拔出表筆，選擇開頭置OFF擋或交流電壓最高擋，電表長期不用時應取出電池，以防電池漏液腐蝕。
【實驗誤差分析】
測量值偏大,其主要原因可能是表筆與電阻兩端接觸欠緊而引入接觸電阻,或者在連續測量過程中,表筆接觸時間過長,引起電表內電池電動勢下降,內阻增加。如果是高值電阻測量值偏小,則可能是人體電阻并入造成。歐姆表的刻度是按標準電池標出，當電池用舊了，電動勢和內電阻均發生變化，由此會引起測量誤差。
實驗16《練習使用示波器》
一、實驗條例與點撥
【實驗目的】初步學習使用示波器；學會利用示波器測量直流電壓。
【實驗原理】當信號電壓輸入示波器時，示波管的熒光屏上就反映出這個電壓隨時間變化的波形來。示波管主要由電子槍、豎直偏轉電極和水平偏轉電極組成。兩電極都不加偏轉電壓時，由電子槍產生的高速電子做直線運動，打在熒光屏中心，形成一個亮點。這時如果在水平偏轉電極上加上隨時間均勻變化的電壓，則電子因受偏轉電場的作用，打在熒光屏上的亮點便沿水平方向勻速移動。如果再在豎直偏轉電極上，加上一隨時間變化的信號電壓，則亮點在豎直方向上也要發生偏移，偏移的大小與所加信號電壓的大小成正比。這樣，亮點一方面隨著時間的推移在水平方向勻速移動，一方面又正比于信號電壓在豎直方向上產生偏移。于是在熒光屏上便形成一波形曲線，此曲線反映出信號電壓隨時間變化的規律。
【實驗器材】J2459型示波器1臺；低壓電源1臺；變阻器1只；電鍵1只；導線若干。
【實驗步驟】
1．熟悉J2459型示波器板上各旋鈕的作用。
如圖為J2459型示波器的面板，熒光屏右邊最上端的是輝度調節旋鈕，標以“⊙ ”符號，用來調節光點和圖像的亮度。順時針旋轉旋鈕時，亮度增加。
第二個是聚焦調節“⊙”和輔助聚焦“○”，這兩個旋鈕配合著使用，能使電子射線會聚，在熒光屏上產生一個小的亮斑，得到清晰的圖像。
再下面是電源開關和指示燈，用后蓋板上的電源插座接通電源后，把開關扳向“開”的位置，指示燈亮，經過一兩分鐘的預熱，示波器就可以使用了。
熒光屏下邊第一行左、右兩端的旋鈕是垂直位移“ ”和水平位移“ ”，分別用來調整圖像在豎直方向和水平方向的位置。它們中間的兩個旋鈕是“Y增益”和“X增益”，分別用來調整圖像在豎直方向和水平方向的幅度，順時針旋轉時，幅度連續增大。
中間一行左邊的大旋鈕是“衰減”，它有1、10、100、1000四擋，最左邊的“1”擋不衰減，其余各擋分別使輸入的電壓衰減為原來的、、，因此圖像在豎直方向的幅度都減小為前一檔的1/10，最右邊的正弦符號擋不是衰減，而是由示波器內部自行提供豎直方向的交流試驗信號電壓，可用來觀察正弦波形或檢查示波器是否正常工作。
中間一行右邊的大旋鈕是“掃描范圍”，也有四擋，可以改變加在水平方向的掃描電壓的頻率范圍，左邊第一擋是10～100Hz，向右旋轉每升高一擋，掃描頻率都增大10倍，最右邊的是“外X”擋，使用這一擋時，機內沒有加掃描電壓，水平方向的電壓可以從外部輸入。
中間的小旋鈕是“掃描微調”，用來調整水平方向的掃描頻率，順時針轉動時頻率連續增加。
底下一行中間的旋鈕“Y輸入”、“X輸入”和“地”分別是豎直方向、水平方向和公共接地的輸入接線柱。左邊的“DC、AC”是豎直方向輸入信號的直流、交流選擇開關。置于“DC”位置時，所加的信號電壓是直接輸入的；置于“AC”位置時，所加信號電壓是通過一個電容器輸入的，它可以讓交流信號通過而隔斷直流成分。右邊的“同步”也是一個選擇開關。置于“+”位置時，掃描由被測信號正半周起同步，置于“-”位置時，掃描由負半周起同步。這個開關主要在測量較窄的脈沖信號時起作用，對于正弦波、方波等，無論扳到“+”或“-”，都能很好地同步，對測量沒有影響。
2．練習使用示波器
（1）觀察熒光屏上的亮斑并進行調節
①先把灰度調節旋鈕逆時針轉到底，豎直位移旋鈕和水平位移旋鈕旋到中間位置，衰減調節旋鈕置于1000擋，掃描范圍旋鈕置于“外X”擋。
②打開電源開關，等一兩分鐘（預熱）后，順時針旋轉灰度調節旋鈕，屏上即出現一個亮斑，調節該旋鈕，使亮斑的亮度適中。
③旋轉聚焦調節和輔助聚焦調節旋鈕，觀察亮斑的變化情況，并使亮斑最圓、最小。
④旋轉垂直位移旋鈕，觀察亮斑上下移動的情況；旋轉水平位移旋鈕，觀察亮斑左右移動的情況。調節這兩個旋鈕，使亮斑位于熒光屏中心。
（2）觀察掃描并進行調節
①把X增益旋鈕順時針轉到1/3處，掃描微調旋鈕逆時針轉到底，掃描范圍旋鈕置于10~100擋，可看到掃描的情形。
②順時針旋轉掃描微調旋鈕，可看到亮斑移動加快，直至成為一條亮線。
③調節X增益旋鈕，可以看到亮線長度隨之改變。
（3）觀察亮斑在豎直方向的偏移并進行調節
①將掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，交直流選擇開關撥到“DC”位置。
②按圖連接電路。
③將滑動變阻器的滑片P滑至適當位置后閉合開關，把衰減調節旋鈕逆時針依次轉到100、10和1擋，觀察亮斑向上偏移的情況。
④調節Y增益旋鈕，使亮斑偏移一段適當的距離，再調節滑動變阻器，觀察亮斑偏移的距離隨輸入電壓變化的情況。
⑤調換電池的正負極，可以看到亮斑改為向下偏移。
（4）觀察按正弦規律變化的電壓的圖線
①將掃描范圍旋鈕置于10~100擋，衰減調節旋鈕置于“”擋。
②調節掃描微調旋鈕，使屏上出現完整且穩定的正弦曲線。
③調節Y增益旋鈕（或者X增益旋鈕），觀察曲線形狀沿豎直（或水平）方向的變化情況。
④調節豎直（或水平）位移旋鈕，觀察曲線整體在豎直（或水平）方向上的移動情況。
（5）關機
將灰度調節旋鈕逆時針轉到底，再斷開電源開關。
二、操作指導與思維啟迪
正確熟練地掌握J2459型學生示波器的使用方法，才能有效地利用示波器進行教學實驗，提高儀器的利用率，并避免產生不必要的故障，延長儀器的使用期。
1．使用J2459型學生示波器注意事項：
①示波器屬熱電子儀器，要避免頻繁開機、關機，否則易損壞儀器。
②示波器的使用電壓為220V±10％范圍。超出這個范圍將影響儀器正常工作。當電源電壓波動比較大時，最好采用交流穩壓措施后再使用。
③示波器機箱與機內電路接地點相連接，為了安全及減少外界環境對儀器的干擾，應將儀器機殼接地。可用帶接線焊鉤的黑色導線，將示波器面板上的接地柱和實驗桌上的接地接線柱相連接。如果實驗室裝有帶地線的三孔安全電源插座，則可以將示波器電源線二腳插頭換成三腳插頭，另加一根黑色導線將三腳插頭外殼和三腳插頭地腳相連接。機殼不接地也可以使用，這時外部感應將使示波器的噪音干擾略增大一些。
④測試信號輸入線最好采用帶有香蕉插頭的高頻屏蔽線或單股線，輸入線盡量短一些，將香蕉插頭分別插入示波器Y輸入與地接線柱及信號輸出儀器接線柱。如果要檢查實驗電路某點波形，輸入線測試端可接一對帶套管的鱷魚夾或測試棒比較方便。如果測試點電壓較高，最好應先切斷被測電路電源，接好測試點再進行測試。否則應特別注意安全，站在適當的絕緣物上，單手進行操作。
⑤示波器使用時應注意輝度適中，不宜過亮，且光點不應長期停留在一點上，以免損壞熒光屏。還應避免在陽光直射熒光屏的情況下工作。關機前應先將輝度關滅。
⑥示波器應避免在強磁場環境中工作。因為外磁場會引起顯示波形失真。
⑦當“Y輸入”接導線并“懸空”時，容易出現干擾波形，應避免出現這種情況。
⑧示波器使用時，接入輸入端的電壓不應超過說明書規定的最大輸出耐壓400V（DC+ACPP）。如果信號為直流則應小于400V。如果信號為直流加交流，則其直流和交流峰值之和應小于400V。特別要注意當Y衰減開關放到1時，應防止過大的被測信號加入輸入端，以免損壞儀器。
⑨儀器使用時，扳動面板控制器要輕，當到達極限位置時不要硬扳，以免損壞儀器。搬動時要輕拿輕放，防止碰撞。
⑩儀器用畢后應罩上防塵罩，放在陰涼干燥通風的地方。存放滿3個月沒有使用的儀器應開機通電1h，以防止電解電容失效和起到加熱去潮的作用。
2．觀察波形
示波器的主要功能是將非常抽象的電信號變成能看得見的圖像，因而觀察波形是示波器的主要用途。J2456型學生示波器適合觀察頻率在10Hz以上，1.5MHz以內，幅度在100mV以上，400V以內的各種電信號波形。
被觀察波形從Y輸入接線柱輸入。觀察頻率較高的交流信號時，輸入耦合開關放到“AC”；觀察100Hz以內方波信號及各種變化比較慢的交變信號時，輸入耦合開關放到“DC”。衰減開關及Y增益位置視輸入信號幅度大小按下表確定。
信號幅度（V）峰值
衰減檔級
Y增益
0.1~0.4
1
順時針旋到底
0.4~1
1
居中
1~4
10
順時針旋到底
4~10
10
居中
10~40
100
順時針旋到底
40~100
100
居中
100~400
1000
順時針旋到底
如果不知道輸入信號幅度時，可將衰減開關先放到“1000”擋，觀察示波管熒光屏上Y方向顯示，如沒有顯示或顯示太小，則將Y衰減開關順次放到“100”、“10”、“1”擋，再適當調節Y增益，使熒光屏Y方向有4～6格顯示即可。掃描范圍開關位置視輸入信號頻率和擬在熒光屏上顯示的完整周期波形個數來選定。例如輸入信號頻率為50Hz，擬在熒光屏上顯示兩個周期波形，那么掃描頻率應為50Hz/2=25Hz，應將掃描范圍開關放到“10～100”擋，調掃描微調旋鈕，就可在熒光屏上顯示兩個周期的波形。再如信號頻率為10kHz，擬顯示5個周期的波形，那么掃描頻率應為10kHz/5=2kHz，應將掃描范圍開關放到“1～10K”擋，調掃描微調旋鈕，可以在熒光屏上顯示出5個周期波形。如果被觀察信號頻率不知道，可將掃描范圍開關從低到高逐擋改變，同時調節掃描微調旋鈕，待熒光屏上顯示出4～6個周期的穩定波形即可。當被觀察信號在1MHz以上時，應注意將X增益旋鈕順時針旋到底，才能較清楚地顯示波形。
3．電壓的測量
示波器熒光屏上光點垂直偏轉距離與輸入電壓成正比，因而示波器輸入靈敏度經核準后，即可以測量電壓。用示波器測量電壓、電流，雖然不如其它測量儀表精確，但能測出任何一種交流電壓的幅度值或瞬時值，這一點是其它儀表所不能做到的。J2459型學生示波器出廠時垂直系統靈敏度已校準，因而可以根據熒光屏上Y軸顯示的幅度直接計算。
①直流電壓的測量。將示波器Y增益旋鈕順時針旋到底，這時示波器垂直系統靈敏度為每格50AmV，A為衰減開關倍率，分別為1、10、100、1000，可根據被測直流電壓的大約范圍選擇。將輸入耦合開關放到“DC”，Y輸入與地接線柱用導線短接，將示波器調出掃描線，并將掃描線移到坐標片Y軸正中，定此位置為零電位。然后除去短路線，將被測信號接入，如掃描線上移2.2格，如圖示，則表示被測直流電壓為正極性，數值為U=2.2×50×A（mV）。如掃描線下移，則表示被測直流電壓為負極性。
測試時也可以用光點來顯示，這時只要將X增益電位器反時針旋到底，掃描線即縮成為一點。但要注意此時示波管輝度不要太亮，以免損壞熒光屏。
當不知道被測電壓的大約范圍時，可先將衰減開關放到“1000”，如光跡沒有移動或移動太小，則再將Y衰減開關放到“100”、“10”、“1”。確定衰減擋級后應再校一次零電位，以保證測量精度。零電位也可以不選在Y軸正中，如被測電壓為正極性，可選在下面；如被測電壓為負極性，則可選在上面，以擴大測量范圍。
②交流電壓的測量。示波器可以測量交流電壓的峰峰值或波形任何兩點間的電位差值。測試時Y軸輸入耦合開關放到“AC”，Y增益旋鈕順時針旋到底，被測信號接入Y輸入與地接線柱，適當選擇衰減開關和掃描范圍，調節掃描微調旋鈕，使熒光屏上顯示出3～6個穩定的波形，如圖。讀出波形峰峰值之間為4.2格，則被測電壓峰峰值為：
Upp=4.2×50×A（mV）
如果被測電壓是正弦波，則可換算成電壓峰值為：
Um=0.5Upp=0.5×4.2×50×A（mV）
電壓有效值為：U=0.3535Upp=0.3535×4.2×50×A（mV）
J2459型學生示波器衰減開關是十進位的，測試某些幅度電壓時會產生波形顯示太小、不能穩定同步，但當衰減減小一擋時波形顯示又太大，超過坐標刻度的情況。例如對峰峰值約為500mV的信號，當衰減放到“1”時，顯示超出坐標片刻度，當衰減放到“10”時顯示又太小，這時給定量測量帶來一定困難。為解決這一問題，可以將示波器Y增益旋鈕反時針旋到底時垂直系統靈敏度Smin事先測出。Y增益微調比約為6倍，此時靈敏度約為每格300mV左右，于是峰峰值約為500mV的信號，就可得到1.7格的顯示。如果被測信號顯示為B格，衰減擋板為A，則電壓峰峰值為：Upp=BSminA（mV）
方波、鋸齒波、三角波及其它周期性變化電壓幅值測量方法完全相同。但應注意，如果頻率較低時，應將輸入耦合開關放到“DC”。
三、典型例題解析
【例1】如圖，某晶體管的集電極電壓在示波器熒光屏上顯示出的穩定的圖形。圖中鋸齒波顯示為3格。問：
①鋸齒波幅度為多少？
②直流分量電壓為多少？
③鋸齒波C點對地電壓為多少？D點對地電壓為多少？
分析與解答
此問題系J2459對合成電壓的測量問題。當示波器Y增益旋鈕順時針旋到底，這時示波器垂直系統靈敏度為每格50A（mV）。（A為衰減開關倍率）故：
①幅度為：Upp=3×50×A（mV）
②電壓為：U=3.5×50×A（mV）
③C、D兩點對地電壓為：
UC=2×50×A（mV） UD=5×50×A（mV）
本題思維點撥：在實際測量中，除了單純的交流電壓或直流電壓測量外，往往需要測量既有交流分量又有直流分量的合成電壓。例如晶體管放大信號時所出現的，即本題所顯示的集電極電壓，就是既有交流電壓，又有直流電壓；在脈沖電路測試中，往往要了解信號波形各點相對于地的電位高低。這種合成電壓可以很方便地用示波器進行測量。測試時，輸入耦合開關應放于“DC”，先將Y輸入與地接線柱間用導線短接，確定掃描線的零電位。再接入被測信號，調節掃描范圍與掃描微調旋鈕，熒光屏上就會有波形顯示了。
【例2】要測量圖中通過R的電流（R=2Ω），請回答下列問題：
①掃描頻率、DC、AC、Y增益、水平、豎直位移、衰減等旋鈕如何轉動？
②應如何接到示波器上進行測量？
③如果將衰減置于10擋，光點距原點下方4格，那么通過R的電流多大？
④如果光點在原點的斜上方，測量誤差過大，其原因是什么？
⑤如果換上與該電池等效的交流電源，應如何測量？
分析與解答
①掃描頻率旋鈕置于外X擋；DC、AC開關置于DC處，Y增益順時針旋轉到底；調節水平、豎直位移旋鈕使光點位于正中；衰減置于較高擋。
②把電阻R兩端分別與示波器上Y輸入和地相連。（電路圖請同學們自行作出。）
③加在R兩端的電壓U=4×50×10（mV）=2V。通過R的電流I=U/R=2/2=1A。
④測量之前光點沒有調到熒光屏中央，Y增益旋鈕沒有順時針旋到底。
⑤接線與測量方法相同。只須將“DC、AC”開關置于“AC”位置即可。
本題思維點撥：按現行教材（選修第三冊P291，人民教育出版社1991年12月版）要求，在實驗中不作電流測量，可是無論從“培養能力，發展智力”的教育思想，還是從“培養動手能力，加強活動課”課堂的教改要求，從培養跨世紀人才的高度，我們建議有條件的學校還要安排用示波器測電流的活動課。這里面的關鍵是，把一個已知阻值的小電阻串聯在待測電流的電路里（或利用原電路中的已知電阻），用示波器測量這個電阻兩端的電壓，利用歐姆定律就可以算出電路中的電流。
實驗17《傳感器的簡單使用》
一、實驗條例與點撥
【實驗目的】認識光敏電阻、熱敏電阻等傳感器的特性；了解傳感器在技術上的簡單應用。
【實驗原理】
傳感器能夠將感受到的物理量（力、熱、光、聲等）轉換成便于測量的量（一般是電學量），其工作過程是通過對某一物理量敏感的組件將感受到的信號按一定規律轉換成便于利用的電信號，轉換后的電信號經過相應的儀器進行處理，就可以達到自動控制的目的。
【實驗器材】熱敏電阻、光敏電阻多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等。
【實驗步驟】
（1）熱敏電阻特性
①按照右圖將熱敏電阻連入電路中，多用電表的兩只表筆分別與熱敏電阻的兩端相連，燒杯中倒入少量冷水。
②將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，選擇合適的倍率，并進行歐姆調零。
③待溫度計示數穩定后，把測得的溫度、電阻值填入表中。
④分幾次向燒杯中倒入少量熱水，測得幾組溫度、電阻值填入表中。
⑤在坐標紙上中，描繪出熱敏電阻的阻值R隨溫度t變化的R-t圖線。
⑥結論：該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而 ：變化是否均勻 ？
（2）光敏電阻特性
①按照圖將光敏電阻連入電路中，多用電表的兩只表筆分別與光敏電阻的兩端相連。
測量次數
t/℃
R/Ω
1
2
3
4
5
6
②將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，選擇合適的倍率，并進行歐姆調零。
③在正常的光照下，把測得的電阻值填入下表中。
④將手張開，放在光敏電阻的上方，上下移動手掌，觀察阻值的變化，記錄不同情況下的阻值，將測量結果填入下表中。
光照強度
強
中
弱
R/Ω
⑤結論 。
二、實驗探究
1．讓學生自己設計一個由熱敏電阻作為傳感器的簡單自動報警器，當溫度過高時燈亮或者響鈴，向人報警。
可供選擇的器材有：小燈泡（或門鈴）、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等。
在右側方框中劃出電路圖。
引導學生思考，可以將這樣的裝置用在哪些方面？
2．右圖是利用光敏電阻自動計數的示意圖，其中A是 ，B是 ，B中的主要組件是 。

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