初中电学中有三个重要实验,分别是“探究电流与电压、电流与电阻的关系”“用电压表和电流表测电阻”“用电压表和电流表测电功率”。这三个实验有很多相近的地方,弄清楚相关知识,不仅对正确理解实验本身很有益处,而且对学好整个电学知识也很有作用。现就有关方面比较如下。
一、三个实验的相同处
首先,三个实验的电路图和电路相同。均为如图一、如图二
第二,三个实验的实验器材相同。均有电源、开关、滑动变阻器、电压表、电流表、定值电阻(或待测电阻、灯泡)及导线。
第三,三个实验的步骤基本相同。如:按电路图连接电路,连接电路时开关应断开,闭合开关前滑动变阻器应放在阻值最大处,移动滑动变阻器记下电压表、电流表示数等。
第四,滑动变阻器的有些作用相同。如保护电路,改变电阻两端电压和电路中的电流(探究电流与电压关系、伏安法测电阻、伏安法测电功率)。
二、三个实验的不同处
首先,实验原理或方法不同。“探究电流与电压、电流与电阻关系”中的实验方法是“控制变量法”;“用电压表和电流表测电阻”中的实验原理是“欧姆定律”;“用电压表和电流表测电功率”的实验原理是“P=UI”。后两者均称伏安法。
第二,滑动变阻器的有些作用不相同。主要是在探究电流与电阻关系时,滑动变阻器的作用是控制定值电阻两端的电压不变(原理是串联电路的分压原理)。
第三,实验数据的处理不同。如表一、表二和表三。
表一甲:探究电流与电压的关系(R一定) 表一乙:探究电流与电阻的关系(U一定)
表一中对相关数据只作记载和分析,不作计算处理,多次测量是为了寻找普遍规律。
表二 :用电压表和电流表测电阻
表二中对相关数据的处理要用R=U/I计算,多次测量是为了求平均值以减小误差(注意:测小灯泡电阻时,多次测量不能求平均值,因为小灯泡在不同电压下亮度不同,温度不同导致电阻不同)。
表三:用电压表和电流表测电功率
表三中对相关数据的处理要用P=UI计算,多次测量也不能求平均值,因为灯泡在不同电压下的实际功率不同,多次测量并计算是为了找灯泡亮度与实际功率之间的关系(即灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的)。
第四,三个实验中电表量程选择的方法不同。在“探究电流与电压、电流与电阻关系”及“用电压表和电流表测电阻”两个实验中,电压表量程主要参考电源电压进行选择,电流表量程主要参考电路中的最大电流(滑动变阻器的阻值为零时)进行选择,并适当考虑滑动变阻器的分压和限流作用;在“用电压表和电流表测电功率”中,电压表主要参考小灯泡的额定电压进行选择,电流表主要参考小灯泡的额定电流进行选择。
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