高中物理电学实验复习专题： 仪器选择与电路设计 山东省临朐第二中学物理组 韩祥亮,高考动向： 百度搜索：高考物理试题的命题动向http:/www.jxteacher.com/cwp/column45407/ef26693f-e7ff-4ad7-b13b-97be724ddbda.html2.实验题部分（2013年）,电学实验是高考考查的重点，近几年高考的实验题目都是以电学实验中的仪器选择和电路设计为主，考查学生利用实验方法解决实际问题的能力。预计在今后的实验题目考查中仍以此类题目为主.,重难点突破 一.仪器的选择,对实验仪器的选择，在进行正确测量的前提下，一般遵循以下原则：,安全性原则：,要保证所用仪器的安全，注意考虑电源的电压、电表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流等。,精确性原则：,选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的1/3-2/3），一般能用小时不用大。选择滑动变阻器时，注意其阻值的大小对实验操作和对实验的影响，一般能用小时不用大。,参考百度文库： http:/wenku.baidu.com/view/9c01bd9f51e79b8968022678.html（阅读word文档第1页） http:/wenku.baidu.com/view/356386f2f61fb7360b4c65a9.html(ppt课件第2页),操作性原则：,实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。,仪器选择的一般步骤是：,找出唯一性的器材（如电源、电键、导线等）； 草画电路图（暂不把电表接入）； 估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）； 考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上。,由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将会引起实验的误差。（如在伏安法测电阻时，内接法测量结果偏_，外接法测量结果偏_。）,二、测量电路的选择,内接法,外接法,大,小,百度文库http:/wenku.baidu.com/view/e73782c19ec3d5bbfd0a743c.html阅读第4页第5页 电流表内外接选择,用百度搜索视频：http:/v.youku.com/v_show/id_XMjM1ODE2OTIw.html观看第111分钟部分（可下载后播放，就没广告了）,如何确定电流表内接还是外接？,1、当RV/R=RA/R时，电压表的分流作用和电流表的分压作用对测量结果的影响是相同的，此时既可选择“内接法”也可选择“外接法”R= _，我们常称为临界电阻,2、当 RV/R R/RA即R _时，电流表的分压作用较电压表的分流作用明显，应采用_电路,3、当RV/R_时，电压表的分流作用较电流表的分压作用明显，应采用_电路,外接,内接,观看百度文库http:/wenku.baidu.com/view/80364df54693daef5ef73da7.html ppt课件第26页,三、控制电路的选择,限流电路,设路端电压为U，滑动变阻器的有效 电阻为接线柱a和P之间的电阻RaP， 灯泡的电阻为RL，则通过灯泡的电流强度为 _,灯泡两端的电压为_,若滑动变阻器的总阻值为R，则灯泡两端电压的变化范围是 _,可见滑动变阻器的总阻值R越大，灯泡两端电压的变化范围越大。但若R比RL大得多，则滑动头稍有移动，电流电压便有很大变化,则不便于调节RL两端的电压,不宜采用。,百度文库http:/wenku.baidu.com/view/e73782c19ec3d5bbfd0a743c.html（阅读第 1页 第3页） http:/wenku.baidu.com/view/8d3fb806b52acfc789ebc9fb.html（参考ppt课件第68页）, 分压电路,设路端电压恒为U，这个电压分布在 滑动变阻器的全部电阻丝上，而灯只 分得其中接线柱a和P之间的电压。移 动滑动变阻器的滑片P，增加a和P之间的电阻RaP ，灯泡两端的电压就会随之增大。,灯泡两端电压的变化范围是 _,如果只从用电器两端电压的变化范围看，好像滑动变阻器的阻值多大都行，但是滑动变阻器的阻值越大越不便于调节用电器两端电压，且耗能越大.,使用限流电路时,一般选用滑动变阻器的全电阻和用电器的电阻相差不多或大几倍,在25倍为好,这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.若过小,则不能有效地控制电流,过大则控制电流不平稳,会造成电流值跳跃太大.,用电器两端电压要求变化范围较大，或从零开始连读可调，应选_电路。 如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于用电器的额定电流，应选_电路。 如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值小得多，为了能使用电器两端电压有较大变化，应选_电路。 如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值相差不多，两种电路都可以对用电器的电压（电流）进行有效方便的控制，可以任选其中一种电路。此时假如从节省电能和电路简单考虑，应选_电路。,使用分压电路时，一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻, 在0.10.5倍之间为好。即阻值小些,以获得较大的电流输出。,选用限流电路还是分压电路,以下几点可作参考 :,分压,分压,分压,限流,百度文库http:/wenku.baidu.com/view/e3d1778084868762caaed5b4.html参考第23页,四、请分别按限流法和分压法连接实物图，并注意电流表的内、外接法，并画出电路图。,百度文库http:/wenku.baidu.com/view/356386f2f61fb7360b4c65a9.html(观察ppt课件第3页四种电路图),典型例题 例1.某电压表的内阻在20 k50 k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用器材：待测电压表V(量程3 V)，电流表A(量程200 A)，电流表A2(量程5 mA)，电流表A3(量程0.6 )，滑动变阻器R(最大阻值1 k)，电源E(电动势4 V)，电键S. (1)所提供的电流表中，应选用_(填写字母代号). (2)为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试在图中画出符合要求的实验电路图(电源和电键及连线已画出).,解:,1、电源电动势E=4V,电压表内阻最大50k,故电流最小值I=,=80A，A2、A3量程都太大，故选A1.,2、由于RV在20k50k之间,远大于滑动变阻器的阻值1k,故应连成分压电路.,参考百度文库http:/wenku.baidu.com/view/86384377f242336c1eb95e11.html,例2.用伏安法测量某电阻的阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值大约为5，额定功率为1W）；电流表A1（量程为00.6A，内阻为0.2）；电流表A2（量程为03A，内阻为0.05）；电压表V1（量程为03V，内阻为3K）；电压表V2 （量程为015V，内阻为15K）；滑动变阻器R（050）；蓄电池（电动势为6V），开关、导线。 为了较准确测量Rx的阻值，保证器材的安全，以及操作方便，电流表、电压表应选择 ，并画出实验电路图。,1、确定电压表、电流表 被测电阻Rx的额定电压、额定电流分别为2.2V和0.45A，则电流表选用A1，电压表选用V1。,解：,2、确定测量电路 由于待测电阻Rx的阻值大约是5，而所用电流表的内阻为0.2，所用电压表内阻为3K，即Rv/Rx Rx/RA ，故采用电流表的外接法。,3、确定控制电路 因滑动变阻器的全值R0大于被测电阻阻值Rx，故考虑滑动变阻器的限流接法（采用限流接法时，通过Rx的最大电流为0.45A，最小电流为0.11A，较符合实验要求）。,例3、有一电阻R,其阻值大约在40至50之间,需进一步测定其阻值,现有下列器材： 电池组,电动势为9V,内阻忽略不计； 电压表,量程为0至10,内阻20； 电流表A1,量程为0至50,内阻约20； 电流表A2,量程为0至300m,内阻约4； 滑动变阻器R1,阻值范围为0至100,额定电流1A； 滑动变阻器R2,阻值范围为0至1700,额定电流0.3; 开关及导线若干 实验电路图如图所示，实验中要求多测几组电流、电压值在实验中应选 电流表和 滑动变阻器,解:1、首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流表A1，则Im,0.14A，超过了 A1的量程.,假设选电流表 A2，则I/m,0.18A，未超出A2的量程，故应选电流表A2 .,2、滑动变阻器的选择。假没选R1，电路中的最小电流约为,Imin 0.06A，,故电路中的电流强度范围为0.06A0.18A,假设选R2，电路中的最小电流约为 I/min,0.005A,故电路中的电流强度范围为0.005A - 0.18A，,因为电流表A2的量程为0.3,电流强度为0.06时,仅为电流表A2量程的1/5,如果移动滑动变阻器阻值再增大,其电流表的示数将更小,读数误差会更大,因此对于R2而言,有效的调节长度太小,将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感.调节不方便,故应选滑动受阻器R1.,例4、利用下表中的实验器材，设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。（1）画出电路图,标明器材代号;（2）若选测量数据中的一组来计算r，则所用的表达式为_，式中各符号的意义是：_。,解：1、题中直接判定必选的器材是电池E，电键K，导线若干.,2、由A1量程是10mA，r1约为40，E是电动势1.5V，可判定必须再选电阻R1，滑动变阻器R作为保护，才保证通过A1的电流不至于超过10mA.,3、要测1的电阻，通过A1的电流值I1可由1读出，只要能测出A两端的电压U，则可求出r,测电压要用电压表，但是若将电压表与A1并联，电流表A1 上的电压最多是1,40V0.43V,而电压表的量程是10V，对0.43V的电压来说，电压表的指针只是稍微偏转了一点点，这样测得的阻值误差太大.不符合题目要求，因而不能用电压表测电压.,而电流表A的内阻r知道，通过电流表A的电流I可以读出，因而A两端的电压.,若将A与并联，则即A两端的电压，由此可以求出A的内阻r,式中I1、2分别是电流表A、A2的读数，r1、r2分别是电流表A1、A2的内阻.滑动变阻器R 限流、分压接法均可.,跟踪练习 1、在测定一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2）的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为（20，3A），B变阻器为（500，0.2A）电压表应该选 （填A或B），这是因为 . 变阻器应该选 （填A或B），这是因为 .,B,A电压表量程过大，误差较大；,A,B变阻器额定电流过小且调节不便,2、现有一块59C2型的小量程电流表G（表头）,满偏电流为50A，内阻约为800850，把它改装成1mA、10mA的两量程电流表. 可供选择的器材有：滑动变阻器R1，最大阻值20；滑动变阻器R2，最大阻值100K,电阻箱R/，最大阻值9999;定值电阻R0，阻值1K；电池E1，电动势1.5V；电池E2，电动势3.0V；电池E3，电动势4.5V；（所有电池内阻均不计）;标准电流表A，满偏电流1.5mA；单刀单掷开关S1和S2，单刀双掷开关S3，电阻丝及导线若干。 采用如图所示电路测量表头的 内阻，为提高测量精确度，选用的滑 动变阻器为 ； 选用的电池为 。,