有关电学实验器材选取及电路设计.docVIP

有关电学实验器材选取及电路设计电学实验一直是高考物理实验的热点问题，而有关电学实验器材的选取和电路设计又恰 恰是学生的难点，要解决此类问题，必须在熟练掌握滑动变阻器和电表的连接和使用的前提 下，根据实验目的，设计出合适的电路。 1　深刻认识滑动变阻器 滑动变阻器的作用是通过改变其电阻来达到改变用电器电压和电流的目的。 滑动变阻器在 电路中有两种接法——分压式和限流式，如图1和图2所示。 图1是分压式接法，图2是限流式接法。为安全起见，采用限流电路时，在通电前应将滑动变 阻器的有效阻值调到最大。采用分压设计时，通电前要将与用电器并联部分的阻值调到零。  1.1　做试验时，滑动变阻器应该采用哪种接法才合适呢？ (1)如果题目要求“尽量大的调节范围时”；或者要求用电器的“电压(或电流)从零开始” ；或者“校准电流表或电压表”时，只能用分压电路。 两种电路的调节范围是不同的。例如，用电器电阻是20 Ω，变阻器的全电阻是20 Ω，电源内阻不计，电动势为6 V，若采用分压电路，用电器两端的电压调节 范围是0～ 6 V；若采用限流电路，用电器两端电压调节范围是3 V～6 V。显然分压电路的调 节范围大的多，而且从零开始的，这也是分压电路的特点和优点。校准电流表和电压表时， 要求从0～Im和0～Um校准，须使用分压电路。 (2)如果滑动变阻器的全电阻比用电器小许多(一般R滑R真 R测=[SX(]U[]I[SX)]=[SX(]RVRx[]RV+Rx[SX)] ＜R真 误差主要原因电流表分压电压表分流 什么情况误差小RxRA时[]RxRV时 适合测怎样的电阻阻值较大的电阻阻值较小的电阻 适用情况[SX(]Rx[]RA[SX)][SX(]RV[]Rx[SX)]时 [SX(]Rx[]RA[SX)]＜[SX(]RV[]Rx[SX)] 修正后的测量结果Rx=[SX(]U[]I[SX)]-RA Rx=[SX(]URV[]IRV-U[SX)] 4　设计电路 设计电路及选择器材的步骤：①找出唯一性的器材；②草画电路图(暂不把电压表、安培表 接入)；③估算最大值(把滑动变阻器触头推向最小值)；④考虑能否都使电表半偏以上。  例如：用伏安法测量一个阻值约为20 Ω的未知电阻Rx的阻值。实验室有以下 备选器材： 电源E(电动势3 V，内阻可忽略不计) 电流表A1(量程0～500 mA，内阻约12 Ω) 电流表A2(量程0～3 A，内阻约0。12 Ω) 电压表V1(量程0～3 V，内阻约3 kΩ) 电压表V2(量程0～15 V，内阻约15 kΩ) 滑动变阻器R1(0～10 Ω，允许最大电流2.0 A) 滑动变阻器R2(0～1000 Ω，允许最大电流0。5 A) 定值电阻R(30 Ω，允许最大电流1.0 A) 开关，导线若干。 ①本实验中，电流表应选用，电压表应选用[CD#3]，滑动变阻器应选用[CD#3](填 写器材的字母代号) ②请在下边的虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图(要求所测量值的变化范围尽可能大 一些，所用器材用对应的符号标出) ③某次测量中，电压表读数为U时，电流表读数为I，则计算待测电阻阻值的表达式Rx=? 分析　唯一性器材是电源，由于要求所测量值的变化范围尽可能大一些，滑 动变组器应选用分压式连接，画草图如图7。 考虑电源E=3 V，电压表选用V1； 最大电流Imax=[SX(]3[]20[SX)]=0。15 A， 考虑使电流表半偏以上，电流表选A1；考虑节能的原则，滑动变阻器选R1；由于R VRx≈RA，应用安培表外接法； 为保护电流表且能使电压表半偏以上，定值电阻应与待测电阻串联如图8。 由图知Rx=[SX(]U[]I[SX)]-R。 点评　在设计电路时，应在抓住实验原理，把握整体思路的前提下，突破实 验中设置的障碍；在选择器材时，首先应考虑保障实验器材及实验者的安全，再考虑尽量减 小误差和便于操作。 1