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专题 21 电学实验
观察电容器的充、放电现象
导体电阻率的测量
电
测绘小灯泡的伏安特性曲线（新教材已删除）
学
实
测量电源的电动势和内电阻
验
用多用电表测量电学中的物理量.
探究影响感应电流方向的因素
探究变压器原、副线圈
电压与匝数的关系
一、观察电容器的充、放电现象
1、实验原理
①电容器的充电过程：如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电
子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电．正、负极
板带等量的正、负电荷．电荷在移动的过程中形成电流．
在充电开始时电流比较大(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小(填“增大”
或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动，电流I＝0 .
②电容器的放电过程：如图所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起
来，电容器正、负极板上电荷发生中和．在电子移动过程中，形成电流．
放电开始电流较大(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐减小(填
“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零．
2、实验步骤①按图连接好电路．
②把单刀双掷开关S打在上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录
在表格中．
③将单刀双掷开关S打在下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录
在表格中．
④记录好实验结果，关闭电源．
3、注意事项
①电流表要选用小量程的灵敏电流计．
②要选择大容量的电容器．
③实验要在干燥的环境中进行．
技巧点拨：用传感器观察电容器的放电过程
电流传感器可以像电流表一样测量电流。不同的是，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变
化。此外，由于它与计算机相连，还能显示出电流随时间变化的 I-t 图像。
照图甲连接电路。电源用直流 8 V左右，电容器可选几十微法的电解电容器。先使开关 S 与 1
端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。然后把开关 S 掷向 2 端，电容器通过电阻 R
放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的 I-t 图像（图乙）。
二、导体电阻率的测量
l RS πdR
R=ρ ρ= =
S l 4l
1、实验原理：由 得 ，因此，只要测出金属丝的长度l、直径d和金属丝的电阻R，即可求出金属丝的电阻率ρ.
2、实验器材：被测金属丝，直流电源(4 V)，电流表(0～0.6 A)，电压表(0～3 V)，滑动变阻器(0～
50 Ω)，开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺．
3、实验过程
①用螺旋测微器在被测金属丝上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d.
②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丝的有效长度，反复测量三次，求出其平均值l.
④把滑动变阻器的滑片调到最左(填“左”或“右”)端．
⑤闭合开关，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，
填入记录表格内．
πdR
ρ=
4l
⑥将测得的R、l、d值，代入公式 中，计算出金属丝的电阻率．
4、求R的平均值时可用两种方法
①用R＝分别算出各次的数值，再取平均值．
②用U－I图线的斜率求出．
5、注意事项
①本实验中被测金属丝的电阻值较小，因此实验电路一般采用电流表外接法．
②测量被测金属丝的有效长度，是指测量被测金属丝接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压
表两端点间的被测金属丝长度，测量时应将金属丝拉直，反复测量三次，求其平均值．
③测金属丝直径一定要选三个不同部位进行测量，求其平均值．
Ⅰ、用刻度尺测量电阻丝的直径
Ⅱ、用游标卡尺或螺旋测微器测量电阻丝的直径④在用伏安法测电阻时，通过被测金属丝的电流不宜过大(电流表用0～0.6 A量程)，通电时间不
宜过长，以免金属丝的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．
⑤若采用图像法求电阻阻值的平均值，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要尽
可能地通过较多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点应舍去．
6、误差分析
①金属丝直径、长度的测量、读数等人为因素带来误差．
l
R=ρ
S
②测量电路中电流表及电压表对电阻测量的影响，因为电流表外接，所以R r
测 真 测 真．
方法二 等效电源法：如图丙所示，E ＝E ，r ＝r＋R>r
测 真 测 A 真．
③电路选择：
Ⅰ、电源内阻一般较小，选图甲电路误差较小．
Ⅱ、当 内阻已知时选图丙电路，此时r＝k－R，没有系统误差．
A
6、注意事项
①为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．②电流不要过大，应小于0.5 A，读数要快．
③要测出不少于6组的(I，U)数据，变化范围要大些．
④若U－I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据
ΔU
r=| |
ΔI
确定．
方案二 安阻法测电动势和内电阻
1、实验原理：闭合电路的欧姆定律E=IR+Ir
，电路图如图所示．
2、实验器材：电池、电流表、电阻箱、开关、导线、坐标纸和刻度尺．
3、数据处理
①计算法：由解方程组求得E，r.
②图像法：由E＝I(R＋r)可得
1 1 1
= R+ r
I E E
Ⅰ、 ，可作－R图像(如图甲)
－R图像的斜率k＝，纵轴截距为
1
R=E⋅ −r
I
Ⅱ、 ，可作R－图像(如图乙)
R－图像的斜率k＝E，纵轴截距为－r.
4、误差分析
①误差来源：电流表有电阻，导致内阻测量不准确；
②结论：E ＝E ，r ＞r (r ＝r ＋r)．
测 真 测 真 测 真 A
方案三 伏阻法测电动势和内电阻
U
E=U+ r
R
1、实验原理：闭合电路欧姆定律 ，电路图如图所示．
2、实验器材：电池、电压表、电阻箱、开关、导线、坐标纸和刻度尺．
3、数据处理
①计算法：由解方程组可求得E和r.
U 1 1 r 1
E=U+ r = + ⋅
R U E E R
②图像法：由 得： .故－图像的斜率k＝，纵轴截距为，如图．4、误差分析
①误差来源：电压表有内阻，干路电流表达式不准确，导致电动势测量不准确；
②结论：E ＜E ，r ＜r
测 真 测 真．
五、用多用电表测量电学中的物理量
1、认识多用电表
①多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量项目都有几个量程．
②外形如图所示：上半部分为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部分为
选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程．
多用电表面板上还有：欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝
(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插
孔)．
2、用多用电表测量小灯泡的电压和电流
按如图甲所示的电路图连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测小灯泡两端的电压．
红表笔接电势高(填“高”或“低”)的点．按如图乙所示的电路图连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流．此时电
流从红色表笔流入电表．
3、用多用电表测定值电阻的阻值
①原理
电路图
相当于待测电阻R＝0，调节R
x 待测电阻为R，
x
E
I与R的对 相当于待测电阻R＝∞， E
x I=I = x I=
应关系 使
g R
g
+r+R
此时I＝0，指针不偏转
R
g
+r+R+R
x ，指针指
到某确定位置
，即表头满偏(R＝R＋r＋R)
Ω g
表头电流I与电阻R一一对
x
表头电流满偏I处，对应欧姆 表头电流I＝0处，对应
g
刻度特点 应，但不是线性关系，表盘刻
表零刻度(右侧) 欧姆表∞刻度(左侧)
度不均匀
②注意：
Ⅰ、黑表笔与电源的正极连接，红表笔与电源的负极连接，电流方向为“红进黑出”．
I E
g
=
2 R +R R =R
Ⅱ、当多用电表指针指在中央时 Ω 中，知中值电阻 中 Ω.
③测量步骤
Ⅰ、估测待测电阻阻值．
Ⅱ、欧姆调零．
Ⅲ、将被测电阻接在红黑表笔之间．
Ⅳ、读数：指针示数乘以倍率．
Ⅴ、使用完毕：选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池．
④注意事项
Ⅰ、区分“机械零点”与“欧姆零点”．机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，机械调零对应
的是表盘下边中间的指针定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，欧姆调零对应的是欧姆调零
旋钮．
Ⅱ、使指针指在中值附近，否则换挡．Ⅲ、测电阻时每换一次挡必须重新欧姆调零．
Ⅳ、手不能接触表笔的金属杆．
Ⅴ、测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开．
4、用多用电表测二极管的正、反向电阻
①认识二极管：晶体二极管由半导体材料制成，它的符号如图所示，左端为正极，右端为负极．
特点：当给二极管加正向电压时电阻很小，当给二极管加反向电压时电阻很大．
②用欧姆挡判断二极管的正负极
将多用电表欧姆挡调零之后，若多用电表指针偏角很大，则黑表笔接触二极管的正极，红表笔接
触二极管的负极(如图甲)；若多用电表指针偏角很小，则黑表笔接触二极管的负极，红表笔接触二极管的
正极(如图乙)．
5、探索黑箱内的电学元件
判断目的 应用挡位 现象
电源 电压挡 两接线柱正、反接时均无示数，说明无电源
电阻 欧姆挡 两接线柱正、反接时示数相同
二极管 欧姆挡 正接时示数很小，反接时示数很大
六、探究影响感应电流方向的因素
1、实验设计：如图所示，通过将条形磁体插入或拔出线圈来改变穿过螺线管的磁通量，根据电流表
指针的偏转方向判断感应电流的方向．
2、实验器材：电流表、条形磁体、螺线管、电池、开关、导线、滑动变阻器等．
3、实验现象4、实验结论：当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁
通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同．
5、注意事项：实验前应先查明电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系：把一节干电池、滑动
变阻器、开关S与电流表串联，开关S采用瞬间接触，记录指针偏转方向与电流方向的关系．
七、探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
1、实验原理
①实验电路图(如图所示)：
②实验方法采用控制变量法
Ⅰ、n、U一定，研究n和U的关系．
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Ⅱ、n、U一定，研究n和U的关系．
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2、实验器材：学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干．
3、实验过程
①保持原线圈的匝数n和电压U不变，改变副线圈的匝数n，研究n对副线圈电压U的影响．
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Ⅰ、估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量．
Ⅱ、组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电
压．
②保持副线圈的匝数n和原线圈两端的电压U不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响．重
2 1
复①中步骤．
4、数据处理
由数据分析变压器原、副线圈两端电压U、U之比与原、副线圈的匝数n、n之比的关系．
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5、注意事项
①在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作．
②为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱．
③为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后
再选用适当的挡位进行测量．
