电学设计性实验应做好的三个选择
高中物理电学实验器材和电路的选择分析
⾼中物理电学实验器材和电路的选择分析2019-09-09摘要：电学实验是⾼中物理教学的重要环节，主要包括实验器材选择和实验电路选择两个部分。
依据安全、适⽤、⽅便、准确的基本原则，合理选择实验器材和电路。
在明确实验⽬的的基础上，按照实验⽅案和实验步骤完成具体的物理电学实验。
关键词：⾼中物理电学实验器材电路选择电学实验在⾼考中的占⽐不断增加，这就要求教师应更加有针对性地展开电学实验教学。
电学实验的基本要求就是保证器材的安全，在器材安全的基础上可供选择的实验器材有很多。
教师应根据实际教学要求，选择合理的实验器材和电路，这也是电学实验的重点。
⼀、基本原则1.安全原则安全原则是电学实验的基本原则之⼀。
安全原则就是在电学实验的进⾏中，要确保实验器材的安全，避免出现器材损坏及电路烧毁等问题。
在电学实验教学中，常见的安全问题主要包括电流表烧毁、电压表烧毁、接线柱接反、读数超量程等。
这些安全问题不仅会造成实验结果的不准确，还会导致器材的损坏，甚⾄危及实验⼈员的⼈⾝安全。
因此，在电学实验教学过程中，教师要明确强调安全原则，确保学⽣执⾏到位。
2.适⽤原则适⽤原则就是选择的器材或电路应确保实验的顺利进⾏，避免出现读数超量程等问题。
适⽤原则主要体现于器材选择和电路选择。
3.⽅便原则⽅便原则的出发点就是⽅便实验的顺利进⾏，即在安全原则和适⽤原则的基础上，合理选取实验器材和线路，尽量简化实验连线图。
⽅便原则主要体现在滑动变阻器、限流电路和分压电路的选择上。
4.准确原则准确原则就是电学实验的数据和结果应当尽量保持精准，最⼤程度地降低实验误差。
在物理电学实验中，准确原则也是其他类型实验的基本要求之⼀。
准确原则主要涉及实验器材选择的准确性和实验线路选择的准确性两个部分。
⼀般情况下，为了确保实验的准确性，可以根据电学实验给出的已知条件，对电流、电压等进⾏粗略估算，再根据估算结果选择适当的实验器材和电路。
⼆、电学实验器材选择1.电源电源是⾼中物理电学实验的关键器材，电源选择是否合理直接关系到实验的成功与否。
电学实验的设计及电阻的测量
电学实验的设计及电阻的测量一、 电学实验设计原则：1、 安全性原则：电源不超载、电表不超程、电器不超压不超流 。
2、 精确性原则：电表读数要尽可能精确、实验系统误差要尽可能小。
3、 方便性原则：实验操作方便、仪器调整方便、数据处理方便。
4、 可行性原则：选实验室经济实用器材、设计合理的能耗小的实验电路。
二、 实验仪器的选择：（1）原则：安全、精确、方便、可行，要正确处理安全和精确的关系。
（2）选择的一般步骤;①根据实验要求设计合理的实验电路。
②找出唯一性的器材。
③估算电路中电压和电流的最大值或最小值，结合已知器材的规格先选定电源、再选定电压。
表和电流表以及所用的量程；电源→电压表→电流表。
④根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器。
三、 实验电路的选择;符合实验原理、操作简便、处理数据方便、系统误差小、甚至没有系统误差。
四、 控制电路的选择（二.供电电路与滑动变阻器的选择） 1、滑动变阻器的两种连接方式如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R 0）对负载R L 的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a ）电路称为限流接法，图（b ）电路称为分压接法．限流接法分压接法 比较说明负载RL 上电压调节范围（忽略电源内阻） 0L REU E R R ≤≤+ 0L U E ≤≤分压接法电压调节范围大 负载RL 上电流调节范围（忽略电源内阻） 0L E EI R R R≤≤+ 0L EI R≤≤分压接法电流调节范围大 相同条件下电路消耗的总功率 L EIL ap E I I （＋）限流电路能耗较小 闭合S 前触头位置b 端a 端都是为了保护电路元件3.选择原则：在符合实验要求和安全的条件下，要操作简便、电流和电压的读数有较大的变化范围，提高实验的精确度。
一般情况下当0L R R <时，或实验没有较高要求，仅从安全和精确度分析两者均可使用时，考虑安装简便和节能因素可优先选限流电路，当0L R R 及实验电路电压和电流要求从零连续调节时，选分压电路。
高中物理复习专题--电学实验知识点归纳
中学物理复习专题--电学试验学问点归纳一、电路设计或器材选择原则1、平安性：试验方案の实施要平安牢靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。
要留意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流，不能烧坏仪器。
2、精确性：在试验方案、仪器、仪器量程の选择上，应使试验误差尽可能の小。
保证流过电流表の电流和加在电压表上の电压均不超过运用量程，然后合理选择量程，务必使指针有较大偏转（一般要大于满偏度の1/3），以削减测读误差。
3、便于调整：试验应当便于操作，便于读数。
二、内、外接法の选择 1、外接法与外接法对比2、内、外接法の确定方法： ①将待测电阻与表头内阻比较R R V xx x AR R R >⇒⇒ 为小电阻 外接法 R R V x x x ARR R ⇒⇒＜ 为大电阻 内接法 ②试触法触头P 分别接触A 、B电压表示数变更大⇒电流表分压作用大⇒外接法 电流表示数变更大⇒电压表分流作用大⇒内接法三、分压、限流接法の选择1．两种接法及对比限流接法分压接法电路图电压调整范围 xx ER R x U E R≤≤+ 0x U E ≤≤ 电路消耗总功率 x EI()x ap E I I +闭合K 前滑动头在最右端滑动头在最右端2．选择方法及依据①从节能角度考虑，能用限流不用分压。
②下列状况必需用分压接法A ．调整（测量）要求从零起先，或要求大范围测量。
B ．变阻器阻值比待测对象小得多（若用限流，调不动或调整范围很小）。
C ．用限流，电路中最小の电压（或电流）仍超过用电器の额定值或仪表量程。
四、实物图连接の留意事项和基本方法⑴留意事项：①连接电表应留意量程选用正确，正、负接线柱不要接错。
②各导线都应接在接线柱上，不应在导线中间出现分叉。
③对于滑动变阻器の连接，要搞清晰接入电路の是哪一部分电阻，在接线时要特殊留意不能将线接到滑动触头上。
⑵基本方法：①画出试验电路图。
②分析各元件连接方式，明确电流表与电压表の量程。
电学设计性实验,应做好三个选择
显然 ， 电流 表 的示 数 变 化 较 电 压 表 的 示 数 变 化 明显 ． 说 这 明 电压 表 的 分 流 作用 较大 ． 了 减 小 误 差 ． 采 用 电流 表 内 接 为 应
ＴＴ ＾ ｎ
法 ， Ｐ 端 接 ｂ 。Ｒ ： ＝ ｌ ｆＡ 点 —
Ｉ ４ ｍ 由此 可 知Ａ 应接 到 ￣ ． Ａ， － ０ 端
ｖ， ：ｌ ’ １０ｍＡ， ｉＡｕ △Ｉ Ｉ ｌ ． 广ｌ＝ ￣ ］
一 ： ， ： ： 。
点误 差 较小 ， 得Ｒ ＝ Ｑ。 测 ｘ
解 析 ： 种 接 法 中 两 表示 数 变 化 分 别 为 ： ＝Ｕ～ ， ０１ 两 △Ｕ Ｉ．Ｕ Ｉ ． ＝
接法。 ２１界 值 计 算法 ． Ｉ 缶
三 、 制 电路 的 选择 控 控 制 电路 即 滑动 变 阻器 在 电路 中的 连 接 ，常 有 两 种不 同 的 形 式 ， 别 如 图４ 图 ５ 示 ， 为 滑 动 变 阻 器 的 限 流 式 接 分 、 所 图４ 法 ， 为滑 动变 阻 器 的 分 压式 接 法 。 图５
Ｕａ Ｕｂ 、 。
当
Ｉ
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Ｕ
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时 用 内接 法 ； ｎ， ￣ 选用 外 接 法 。
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Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｂ Ｕ ｚ ｌ
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通 过 电源 、 电阻 和 电 表 的 电流 不 能 超 过其 允 许 的最 大 值 。 ２误 差 因 素 ． 选 用 电 表量 程 应 考 虑 尽 可 能 减 小 测 量 值 的相 对 误 差 ， 电 压表 、 电流 表 在使 用 时 尽 可 能 使 指 针 接 近 满 量程 ， 指 针 应 偏 其 转 到 满偏 刻 度 的 １ 以上 ； 用 欧 姆 表 时宜 选 择 使 指 针尽 可 能 ／ ３ 使 在 中间刻 度 附 近 的倍 率 档 位 。 ３便 于操 作 ． 选 用 滑 动变 阻器 时应 考 虑 对 供 电电 压 的 变 化 范 围 既 能 满 足 实验 要 求 ， 便 于 调 节 。 在 调节 滑动 变 阻器 时 ， 使 其 大 部 又 应 分 电阻 线 都 用到 。 ４实 验要 求 ． 除 以 上 三个 因素 外 ， 应 注 重实 验 实 际 。 电 压 从零 开始 还 如 起 调 ． 给 电源 与用 电器 匹 配 ， 等 。 所 等 二 、 量 电 路 的选 择 测
电学实验仪器仪表的选择原则方法
在滑动变阻器作限流作用时选择变阻器时，应使其总电阻，R0大于RX，一般在2—5倍为好。 滑动变阻器作为分压作用时，一般取滑动变阻器的总电阻，R0小于RX ，一般R0在0.1RX─0.5RX之间为好。
1、选择分压式的几种情况：
电压从零开始调节； 电压调节范围足够大； 滑动变阻器的阻值小于Rx（一般小于Rx的1/2）； 用限流接法时电路中的最小电流仍然超过电表量程。
电学实验仪器选择的基本原则方法
选择器材和电路的一般原则
1．安全性原则：实验中要保证电流、电压值既
不超过仪表的量程，又不能超过变阻器、小．
2．精确性原则：在不违反安全性原则的前提下，尽量使测量结果更精确．
灯泡、电阻箱等器材所允许的最大值．
简便性原则：在不违反前两个原则的前提下，尽量使测量电路简单好接，测量中的调节控制操作方便
一个额定功率为0.1W的电阻，其阻值不详。用欧姆表粗测其阻值，其结果如图所示。现有下列器材，试选择合适的器材及适当的电路，较精确地测定该电阻的阻值。 A．电流表，量程0～500μA，内阻约150Ω B．电流表，量程0～10mA，内阻约10Ω C．电压表，量程0～3V，内阻约5KΩ D．电压表，量程0～15V，内阻约10KΩ E．干电池两节，每节电动势为1.5V F．直流稳压电源，输出电压12V，额定电流1A G．滑动变阻器，0～50Ω，0.5A H．电键一只，导线若干
(1)为较准确测量电阻R的阻值，要求各电表指针能有较大的变化范围，电压表应选________，电流表应选________，滑动变阻器应选________．(填器材前面的序号)．
在方框中画出实验电路图．
A．直流电源6 V(内阻不计) B．电流表0～3 A(内阻0.1 Ω以下) C．电流表0～300 mA(内阻约为2 Ω) D电压表0～15 V(内阻约为20 kΩ) E．电压表0～5 V(内阻约为15 kΩ) F．滑动变阻器10 Ω，2 A G．滑动变阻器1 kΩ，0.5 A
电学设计型实验
电学设计型实验所谓设计型实验，就根据实验目的，运用掌握的物理规律、实验方法，选择熟悉的仪器、器材设计实验方案。
设计方案包括选用合适的实验方法、选择配套的实验器材、安排正确的实验步骤、设计科学的数据处理方法，采用客观的误差分析方式，最后给予总结和评价。
一、设计型实验的设计原则：（1） 科学性：科学的方案应有科学的依据及正确的方式。
（2） 安全性：设计的方案实施时，应安全可靠，不会对仪器、器材千万危害。
（3） 精确性：实验误差应控制在允许范围之内，尽可能选择误差较小的方案。
（4） 可操作性：设计方案应便于操作、读数，便于进行数据处理和观察。
同还要注意到，用两个总阻值大小不同的变阻器调节电路中的电流，当它们串联使用时哪个是粗调?哪个是细调?并联使用时，哪个是粗调，哪个是细调?二、设计型实验的设计方法（一）替代法用一个标准的已知量替代被测量，并调整此标准量，使整个测量系统恢复替代前的状态，则被测量等于标准量。
用替代法可有效减小误差，通常是使用可直接读数的电阻箱等效替代测电阻。
如图1所示，对于电流表Ｇ１、Ｇ２的量程各有什么要求?电阻箱Ｒ１的阻值还需要远大于电阻箱Ｒ２的阻值吗?哪个电阻箱用精度为0.1欧的合适?1、 现有电流表、电压表、电阻箱、滑动变阻器、低压直流电源、单刀单掷开关一个、单刀双掷开关一个、导线若干。
要求用以上器材尽可能精确地测量待测电阻的阻值。
（1） 画出电路图（2） 简要说明测量的主要步骤。
2、为了测量电流表G 1的内阻，电路如图2所示，其中电流表G 1的量程0-300μA 、内阻约100Ω，G 2为标准电流表，量程为0-200μA ；R 1为电阻箱，阻值范围0-999.9Ω；ε为电池，电动势3V 、内阻不计，S 1为开关，S 2单刀双掷开关。
按电路图接好电路后，将可变电阻器R 3和电阻箱R 1适当调图 1R 3 图2节后，将单刀双掷S2扳到接点1处，接通开关，调节可变电阻R2，使两电表的读数都是150μA，然后将将单刀双掷S2扳到接点2处，调节变阻箱R1，使标准电流表的读数仍为150μA，若此时电阻箱的读数为75Ω。
2019年高三总复习二轮复习实验之电学实验器材的选择和电路设计问题
一、选择实验仪器的三大原则1. 安全性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。
另外还要注意测量仪器的量程，电阻类器件的电流不能超过允许通过的最大电流等。
2. 精确性原则：根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度达到要求即可，并不是精度越高越好。
3. 方便性原则：在不违反前两个原则的前提下，尽量使测量电路简单好接，测量中的调节控制操作方便。
(1) 用分压式接法时，滑动变阻器应该选用阻值较小的，而额定电流较大的。
(2) 用限流式接法时，滑动变阻器应该选用阻值和被测电阻接近的，额定电流应大于被测电阻的额定电流。
二、电学仪器的选择1. 电源的选择：一般可以根据待测电路的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。
2. 电表的选择：一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表；根据待测电流的最大电流选择电流表；选择的电表的量程应使电表的指针偏转的幅度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度。
三、电流表内外接法的区分与选择1. 两种接法的比较2.两种接法的判断(1)比值判断法若R VR x<R xR A，R x为大电阻，内接法误差小应选用内接法；若R VR x>R xR A，R x为小电阻，外接法误差小应选用外接法。
(2)临界值判断法当被测电阻R x的大小无法直接判定时，先求临界电阻R0＝R A R V。
若R x>R0，则R x为大电阻，内接法误差小；若R x<R0，则R x为小电阻，外接法误差小；若R x＝R0，内外接法均可。
(3)试触法：当无法估计电阻的阻值，难以比较R AR x及R xR V的大小时，可采用电压表试触法看电流表、电压表变化大小来确定，若电流表示数较电压表示数变化明显，说明外接时电压表分流作用大，应采用内接法；若电压表示数较电流表示数变化明显，说明内接时电流表的分压作用大，应采用外接法。
电学实验设计中仪器和电路的选择
电学实验设计中仪器和电路的选择中学电学实验因其原理丰富、操作容易、现象明显、误差相对较小且易于减小实验误差等特点,而成为各类考试考查中长盛不衰的“热点”,高考中更是年年必考。
其中难点是实验仪器和电路的选择,它能充分反应学生对实验目的、实验原理、实验方法和步骤等的理解掌握情况以及对实验器材性能和操作的熟练程度,是对实验能力的一种综合性考查,因此它往往具有一定的难度,是学生学习的难点和重点。
近几年高考中基本上都考查了实验仪器及电路的选择,学生得分率都不很高。
下面我们来分析如何解决这一类型的习题。
首先,选择仪器和电路的目的是为了减小实验误差,使测量尽量准确。
比如,选择安培表的内、外接法主要是为了减小系统误差;选择电表的量程主要是为了减小读数的偶然误差等等。
因此,为了使测量尽量准确和保护仪器,选择仪器和电路时应注意如下总原则:(1)电表的选择:①尽量选择较理想(即安培表内阻越小越好,伏特表内阻越大越好)的电表(电压表、电流表)；②选量程时应尽量使指针达半偏以上。
这样有利于减小误差。
(2)变阻器的选择:原则上要便于调节。
所以其电阻值应接近待测电阻,不要过大,也不要过小。
额定电流则越大越好。
(3)安培表内、外接法的选择：当R R R R x A v x <时,用安培表外接法；当R R R R x A v x>时,用安培表内接法。
(4)分压、限流电路的选择:①选择电路时优先考虑限流电路,当电路中最小电流仍超过电流表量程(或电路中额定电流)时,就用分压电路;②要求尽量多测几组实验数据时,用分压电路;③用图线法处理数据时,用分压电路。
等。
【例1】有一电阻R x ,其阻值大约在40～50欧姆之间,需要进一步测定其阻值,手边实验要求多测几组电流、电压值,画出电流−电压关系图。
为了实验能正常进行并减小测量误差,而且要求滑动变阻器便于调节,在实验中应选图_____所示的电路,应选代号是______的毫安表和代号是_____的滑动变阻器。
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电学设计性实验应做好的三个选择
一、控制电路的选择
滑动变阻器选用限流接法和分压接法的依据
a ．负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连读可调，应选分压电路.
b ．若负载电阻的阻值Rx 远大于滑动变阻器总阻值R ，应选分压电路.
c ．若负载电阻的阻值Rx 小于滑动变阻器总阻值R 或相差不多，且没有要求电压从零可调,应选限流电路.
d ．两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路总功率小。
e ．特殊问题要具体问题具体分析
二、测量电路的选择
倍率比较法： 当R X ＜V A R R 时，采用电流表外接法; 测量结果：R 测＜R 真
当R X ＞V A R R 时，采用电流表内接法．测量结果：R 测＞R 真
三、实验器材的选择
⑴安全因素：通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流.
⑵误差因素：选择电表时，保证电流和电压均不超过其量程.使指针有较大偏转（一般取满偏度的1/3 ～ 2/3之间）;使用欧姆表选档时让指针尽可能在中值刻度附近
⑶便于操作：选滑动变阻器时，要考虑其允许通过的最大电流和其电压调节范围，又要操作方便.
(4)实验的实际要求
例题:有一个电阻Rx,其阻值大约为10Ω,要测量其阻值.请选择适当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下：
电源E （电动势为4.5V ,内阻不计）
电压表V 1（量程为5V ，内阻为10K Ω）
电压表V 2（量程为3V ，内阻为6K Ω）
电流表A 1（量程为300mA ，内阻为4Ω）
电流表A 2（量程为500mA ，内阻为2Ω）
滑动变阻器R 1 （最大阻值20Ω,额定电流1.5A)
滑动变阻器R 2 （最大阻值500Ω,额定电流0.5A ）
开关和若干导线
变化1:有一小灯泡(4.5V 2W), 要描绘其伏安特性图线.请选择适当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下：
电源E （电动势为4.5V ,内阻不计）
电压表V 1（量程为5V ，内阻为10K Ω）
电压表V 2（量程为3V ，内阻为6K Ω）
电流表A 1（量程为300mA ，内阻为4Ω）
电流表A 2（量程为500mA ，内阻为2Ω）
滑动变阻器R 1（最大阻值20Ω,额定电流1.5A)
滑动变阻器R 2 （最大阻值500Ω,额定电流0.5A ）
开关和若干导线
变化2:有一个电阻Rx,其阻值大约为250Ω,要测量其阻值.请选择适当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下：
电源E（电动势为4.5V,内阻不计）
电压表V1（量程为5V，内阻为10KΩ）
电压表V2（量程为3V，内阻为6KΩ）
电流表A1（量程为20mA，内阻为4Ω）
电流表A2（量程为50mA，内阻为2Ω）
滑动变阻器R1（最大阻值20Ω,额定电流1.5A)
滑动变阻器R2（最大阻值500Ω,额定电流0.5A ）
开关和若干导线
变化3:有一个电阻Rx,其阻值大约为10Ω,要测量其阻值.请选择适当的器材, 合理设计,并画出实验电路图. 可供选择的器材如下：
电源E（电动势为4.5V,内阻不计）
电压表V2（量程为3V，内阻为6KΩ）
电流表A1（量程为3mA，内阻为4Ω）
电流表A2（量程为500mA，内阻为2Ω）
滑动变阻器R1（最大阻值20Ω,额定电流1.5A)
滑动变阻器R2（最大阻值500Ω,额定电流0.5A ）
电阻箱R(9999.9Ω)
开关和若干导线
训练
1:有一未知电阻Rx，为了较准确地测出电阻值，先后用如图所示的甲、乙两种电路进行测试，利用甲电路测得的数据为2.9V、4.0mA，利用乙电路测得数据为3.0V、3.0mA，那么该电阻测量值较准确的数值等于Ω，测量值与真实值的偏差情况是.（填“偏大”、“偏小”、“相等”）
2:有一电流表A，量程为1mA，内阻rg约为100Ω.
要求测量其内阻.可选用的器材有：电阻箱R0，
最大阻值为99999．9Ω；滑动变阻
器甲，最大阻值为10kΩ；滑动变阻
器乙，最大阻值为2kΩ；电源E1，电
动势约为2V，内阻不计；电源E2，电动势约为6V，
内阻不计；开关2个，导线若干.
实验步骤如下：a．断开S1和S2，将R调到最
大；b．合上S1，调节R使A满偏；c．合上S2，
调节使A半偏，此时可以认为A的内阻rg= .试问：
在上述可供选择的器材中，可变电阻R/应该选择；为了使测量尽量精确，可变电阻R应该选择，电源E应该选择.。