高考物理电学实验复习(电路设计与仪器选择)

专题聚焦
⑵根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出联线.
V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式 为Rx=______。 解:外接法:电压表V1上的读数值是被 测电阻Rx上的真实压降值,而电压表V2 中通过的电流值是流过V1、Rx中电流 的和,闭合电键K,调节滑线变阻器的滑 动头,使V1、V2尽可能地接近满偏,读出 V1、V2两表的读数值U1、U2,由欧姆定 律和串并联电路电压、电流的分配关 系,有 U2 U1 U 1 IR R x = ( ＝ )R x r2 r 1 U2 U1 U 1rr2 1 (I R = - )∴R x = r2 r U 2 r - U 1r2 1 1
在进行实验的设计时，根据实验要求选择必须的实验 仪器，要充分发挥仪器的功能，在能完成实验的前提下， 尽可能地减少仪器的使用数目。同时也还要求实验电路的 耗电要少，节约能源。 如在用滑动变阻器作为控制电路时，滑动变阻器的限 流接法较分压接法节省电能，不是非用分压接法不可的时 候，通常用限流接法。
专题解说
专题解说 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0.1—0.5倍之间为好。即阻 值小些,以获得较大的电流输出。 选用限流电路还是选用分压电路,以下几点可作参考 : a．用电器两端电压要求变化范围较大，或从零开始连读 可调，应选分压电路。 b．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，应选分压电路。 c．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，应选分压电路。 d．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，应选限流电路。
专题解说 三、测量电路的选择
由于电流表、电压表内阻的影响，不 V 管采用电流表内接还是外接都将会引 R A 起实验的误差。（如在伏安法测电阻 内接法 时，内接法测量结果偏大，外接法测 量结果偏小。） V 内接法的测量误差是由于电流表的 分压作用而产生的,由串联电路中电 R A 压与电阻成正比,可知当RA<<R时,电 外接法 流表的分压作用可忽略不计,此时测量值很接近真实值,可 见,测量大电阻时宜采用内接法. 外接法的测量误差是由于电压表的分流作用而产生的， 由并联电路中电流与电阻成反比，可知当Rv>>R时，电压 表的分流作用可忽略不计，此时测量值很接近真实值，可 见，测量小电阻时宜采用外接法。
专题聚焦 例4.(04全国）用以下器材测量一待测电
阻Rx的阻值（900～1000Ω）： 电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V； 电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750Ω； 电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500Ω； 滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω； 单刀单掷开关K，导线若干。 ⑴测量中要求电压表的读数不小于其量程的 1 3 ，试画出 测量电阻Rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要 用题图中相应的英文字母标注） 解:电源电动势约为9.0V、而电压表中最大量程只有5V， 故经滑线变阻器分压后才可使被测电阻两端的电压不超过 5V. 题中给出的两个都是已知内电阻的电压表，应将其中 的一个已知内电阻的电压表当作电流表来使用，以实现电 流值的间接测量.
V A
表的分流作用明显，应采用外接电路 当RV/R< R/RA即R> R A R V 时，电压表的分流作用较电流 表的分压作用明显，应采用内接电路．
专题解说
四.实验设计要求误差小.仪器少.耗电少.
为减小实验误差，在设计电路时，要注意实验原理的 完善，尽量选用精密的仪器；选择合适的量程（使指针有 较大偏转）；读数时至少保证一个表（电流表或电压表） 的指针与刻度线对齐。
专题解说 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2—5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.
② 分压电路
RL
p 设路端电压恒为U，这个电压分布在 a b 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 ε 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 0 U L ε 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.
≈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0.3Ａ,电流强度为0.06Ａ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.
专题解说 二.供电电路与滑动变阻器的选择
① 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， 灯泡两端的电压为 U L =
L
P ε b a
RL
Hale Waihona Puke U 灯泡的电阻为RL，则通过灯泡的电流强度为 I= R L + R ap R U
R L + R ap
若滑动变阻器的总阻值为R，则灯泡两端电压的变化范围 RL ε 是 U L ε RL +R 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。
专题解说 如何确定R值是较大还是较小？
当被测电阻与电压表内阻的关系满足RV>>R即RV/R>>1时 应采用“外接法”较准确； 当被测电阻与电流表的内阻相比满足 RA<<R即RA/R<<1, 采用“内接法”测量误差较小． 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 RA 可选择“外接法”．R= R V ，我们常称为临界电 阻． /R> R/R 即R< R A R V 时，电流表的分压作用较电压 当R
专题解说
⑶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。
选择的一般步骤是： ①找出唯一性的器材； ②草画电路图（暂不把电表接入）； ③估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小 值）； ④考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上。
RV 50×10
ε
专题聚焦 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5Ω，额定功率为 1W）；电流表A1（量程为0～0.6A，内阻为0.2Ω）；电流 表A2（量程为0～3A，内阻为0.05Ω）；电压表V1（量程 为0～3V，内阻为3KΩ）；电压表V2 （量程为0～15V，内 阻为15KΩ）；滑动变阻器R（0～50Ω）；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。 解 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。
专题聚焦 例1.某电压表的内阻在20 kΩ～50 kΩ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A１(量程200 μA)，电流表 A2(量程5 mA)，电流表A3(量程0.6 Ａ)，滑动变阻器R(最 大阻值1 kΩ)，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: 电源电动势E=4V,电压表内阻最大50kΩ,故电流最小 E 4 值 I= A1 Ａ=80μA，A2、A3量程 = V 3 都太大，故选A1. 由于RV在20kΩ―50kΩ之间,远大于滑动 变阻器的阻值1kΩ,故应连成分压电路.
2010届高考物理二轮复习 系列课件
23《电路设计与仪器 选择》
专题解说
知识概要与方法
实验电路设计的原则
1、安全性 2、精确性 3、方便性 4、误差小 5、仪器少 6、耗电少
专题解说
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： ⑴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。 选择电表时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。选 择滑动变阻器时，流经滑动变阻器的电流不能超过允许通 过的最大电流。 尽量减小实验误差。选择电表时，在保证 ⑵精确性原则： 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。对某个 实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。
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2、确定测量电路 由于待测电阻Rx的阻值大约是5Ω，而所用电 流表的内阻为0.2Ω，所用电压表内阻为3KΩ， 即Rv>>Rx，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）。
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，则I/
假设选电流表 A2 量程，故应选电流表A2 .
ε ≈0.18A，未超出A2的 m≈ R + R X A2
对滑动变阻器的选择。假没选R1，电路中的最小电流约为