高考物理電學實驗復習電路設計與儀器選擇課件

2010屆高考物理二輪復習系列課件23《電路設計與儀器

選擇》實驗電路設計的原則1、安全性2、精確性3、方便性4、誤差小5、儀器少6、耗電少專題解說知識概要與方法專題解說⑶操作性原則：實驗時需考慮調(diào)節(jié)方便，便于操作，如滑動變阻器的選擇，既要考慮它的額定電流，又要考慮它的阻值范圍，在二者都能滿足實驗要求的情況下，還要考慮阻值大小對實驗操作中是否調(diào)節(jié)方便的影響。選擇的一般步驟是：①找出唯一性的器材；②草畫電路圖（暫不把電表接入）；③估算最大值（在限流電路中把滑動變阻器觸頭推向最小值）；④考慮能否都使電表達到滿偏的1/3以上。專題解說二.供電電路與滑動變阻器的選擇①限流電路設路端電壓為U，滑動變阻器的有效電阻為接線柱a和P之間的電阻RaP，燈泡的電阻為RL，則通過燈泡的電流強度為RLεPab燈泡兩端的電壓為若滑動變阻器的總阻值為R，則燈泡兩端電壓的變化范圍是可見滑動變阻器的總阻值R越大，燈泡兩端電壓的變化范圍越大。但若R比RL大得多，則滑動頭稍有移動，電流電壓便有很大變化,則不便于調(diào)節(jié)RL兩端的電壓,不宜采用。專題解說②分壓電路設路端電壓恒為U，這個電壓分布在滑動變阻器的全部電阻絲上，而燈只分得其中接線柱a和P之間的電壓。移動滑動變阻器的滑片P，增加a和P之間的電阻RaP

，燈泡兩端的電壓就會隨之增大。RLpεab燈泡兩端電壓的變化范圍是如果只從用電器兩端電壓的變化范圍看，好像滑動變阻器的阻值多大都行，但是滑動變阻器的阻值越大越不便于調(diào)節(jié)用電器兩端電壓，且耗能越大.

使用限流電路時,一般選用滑動變阻器的全電阻和用電器的電阻相差不多或大幾倍,在2—5倍為好,這樣既便于調(diào)節(jié),用電器兩端電壓變化范圍又比較大.若過小,則不能有效地控制電流,過大則控制電流不平穩(wěn),會造成電流值跳躍太大.由于電流表、電壓表內(nèi)阻的影響，不管采用電流表內(nèi)接還是外接都將會引起實驗的誤差。（如在伏安法測電阻時，內(nèi)接法測量結(jié)果偏大，外接法測量結(jié)果偏小。）內(nèi)接法的測量誤差是由于電流表的分壓作用而產(chǎn)生的,由串聯(lián)電路中電壓與電阻成正比,可知當RA<<R時,電流表的分壓作用可忽略不計,此時測量值很接近真實值,可見,測量大電阻時宜采用內(nèi)接法.外接法的測量誤差是由于電壓表的分流作用而產(chǎn)生的，由并聯(lián)電路中電流與電阻成反比，可知當Rv>>R時，電壓表的分流作用可忽略不計，此時測量值很接近真實值，可見，測量小電阻時宜采用外接法。專題解說三、測量電路的選擇VAR內(nèi)接法VAR外接法專題解說如何確定R值是較大還是較??？當被測電阻與電壓表內(nèi)阻的關系滿足RV>>R即RV/R>>1時應采用“外接法”較準確；當被測電阻與電流表的內(nèi)阻相比滿足RA<<R即RA/R<<1,采用“內(nèi)接法”測量誤差較小．當RV/R=RA/R時，電壓表的分流作用和電流表的分壓作用對測量結(jié)果的影響是相同的，此時既可選擇“內(nèi)接法”也可選擇“外接法”．R=，我們常稱為臨界電阻．當RV/R>R/RA即R<時，電流表的分壓作用較電壓表的分流作用明顯，應采用外接電路當RV/R<R/RA即R>時，電壓表的分流作用較電流表的分壓作用明顯，應采用內(nèi)接電路．四.實驗設計要求誤差小.儀器少.耗電少.為減小實驗誤差，在設計電路時，要注意實驗原理的完善，盡量選用精密的儀器；選擇合適的量程（使指針有較大偏轉(zhuǎn)）；讀數(shù)時至少保證一個表（電流表或電壓表）的指針與刻度線對齊。專題解說在進行實驗的設計時，根據(jù)實驗要求選擇必須的實驗儀器，要充分發(fā)揮儀器的功能，在能完成實驗的前提下，盡可能地減少儀器的使用數(shù)目。同時也還要求實驗電路的耗電要少，節(jié)約能源。如在用滑動變阻器作為控制電路時，滑動變阻器的限流接法較分壓接法節(jié)省電能，不是非用分壓接法不可的時候，通常用限流接法。專題聚焦

例1.某電壓表的內(nèi)阻在20kΩ～50kΩ之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實驗室提供下列可選用器材：待測電壓表V(量程3V)，電流表A１(量程200μA)，電流表A2(量程5mA)，電流表A3(量程0.6Ａ)，滑動變阻器R(最大阻值1kΩ)，電源E(電動勢4V)，電鍵S.(1)所提供的電流表中，應選用_________(填寫字母代號).(2)為了盡量減小誤差，要求測量多組數(shù)據(jù)，試在圖中畫出符合要求的實驗電路圖(電源和電鍵及連線已畫出).解:電源電動勢E=4V,電壓表內(nèi)阻最大50kΩ,故電流最小值I=εVA1

Ａ=80μA，A2、A3量程都太大，故選A1.由于RV在20kΩ―50kΩ之間,遠大于滑動變阻器的阻值1kΩ,故應連成分壓電路.專題聚焦

例2.用伏安法測量某電阻的阻值，現(xiàn)有實驗器材如下：待測電阻Rx（阻值大約為5Ω，額定功率為1W）；電流表A1（量程為0～0.6A，內(nèi)阻為0.2Ω）；電流表A2（量程為0～3A，內(nèi)阻為0.05Ω）；電壓表V1（量程為0～3V，內(nèi)阻為3KΩ）；電壓表V2（量程為0～15V，內(nèi)阻為15KΩ）；滑動變阻器R（0～50Ω）；蓄電池（電動勢為6V），開關、導線。為了較準確測量Rx的阻值，保證器材的安全，以及操作方便，電流表、電壓表應選擇

，并畫出實驗電路圖。1、確定電壓表、電流表被測電阻Rx的額定電壓、額定電流分別為2.2V和0.45A，則電流表選用A1，電壓表選用V1。解2、確定測量電路由于待測電阻Rx的阻值大約是5Ω，而所用電流表的內(nèi)阻為0.2Ω，所用電壓表內(nèi)阻為3KΩ，即Rv>>Rx，故采用電流表的外接法。3、確定控制電路因滑動變阻器的全值R0大于被測電阻阻值Rx，故考慮滑動變阻器的限流接法（采用限流接法時，通過Rx的最大電流為0.45A，最小電流為0.11A，較符合實驗要求）。專題聚焦專題聚焦假設選電流表

A2，則I/m≈≈0.18A，未超出A2的量程，故應選電流表A2.對滑動變阻器的選擇。假沒選R1，電路中的最小電流約為Imin≈≈0.06A，故電路中的電流強度范圍為0.06A―0.18A．假設選R2，電路中的最小電流約為I/min≈≈0.005A,故電路中的電流強度范圍為0.005A

-

0.18A，因為電流表A2的量程為0.3Ａ,電流強度為0.06Ａ時,僅為電流表A2量程的1/5,如果移動滑動變阻器阻值再增大,其電流表的示數(shù)將更小,讀數(shù)誤差會更大,因此對于R2而言,有效的調(diào)節(jié)長度太小,將導致電流強度值隨滑動片位置的變化太敏感.調(diào)節(jié)不方便,故應選滑動受阻器R1.專題聚焦

例4.(04全國）用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值（900～1000Ω）：電源E，具有一定內(nèi)阻，電動勢約為9.0V；電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1=750Ω；電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r2=2500Ω；滑線變阻器R，最大阻值約為100Ω；單刀單擲開關K，導線若干。⑴測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的，試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖（原理圖中的元件要用題圖中相應的英文字母標注）解:電源電動勢約為9.0V、而電壓表中最大量程只有5V，故經(jīng)滑線變阻器分壓后才可使被測電阻兩端的電壓不超過5V.題中給出的兩個都是已知內(nèi)電阻的電壓表，應將其中的一個已知內(nèi)電阻的電壓表當作電流表來使用，以實現(xiàn)電流值的間接測量.專題聚焦若選擇外接法:

應將電壓表V2作電流表使用,因為電壓表V2的量程較大,電壓表V1與被測電阻Rx并聯(lián)后再與作電流表使用的電壓表V2串聯(lián),這樣在不超過V1、V2量程的前提下,可使電壓表V1上的示數(shù)盡可能地接近滿偏（1.5V）,從而減小電壓值測量的讀數(shù)誤差，提高測量精確程度.若選擇內(nèi)接法:因為電壓表V1的量程較小,應將電壓表V1作電流表使用,電壓表V2的量程較大,應將電壓表V2作測量電壓表使用.電壓表V1與被測電阻Rx串聯(lián)后再與作電壓表使用的電壓表V2并聯(lián),這樣在不超過V1、V2量程的前提下,可使電壓表V1上的示數(shù)盡可能地接近滿偏（1.5V）,從而減小電壓值測量的讀數(shù)誤差，提高測量精確程度.專題聚焦⑶若電壓表V1的讀數(shù)用U1表示，電壓表V2的讀數(shù)用U2表示，則由已知量和測得量表示Rx的公式為Rx=______。解:外接法:電壓表V1上的讀數(shù)值是被測電阻Rx上的真實壓降值,而電壓表V2中通過的電流值是流過V1、Rx中電流的和,閉合電鍵K,調(diào)節(jié)滑線變阻器的滑動頭,使V1、V2盡可能地接近滿偏,讀出V1、V2兩表的讀數(shù)值U1、U2,由歐姆定律和串并聯(lián)電路電壓、電流的分配關系,有專題聚焦內(nèi)接法:電壓表V1上的讀數(shù)值間接地測量出被測電阻Rx上的真實電流值，而電壓表V2測量的是V1、Rx上兩部分的電壓降之和，閉合電鍵K，調(diào)節(jié)滑線變阻器的滑動頭，使V1、V2盡可能地接近滿偏，讀V1、V2兩表的讀數(shù)值U1、U2，由歐姆定律和串并聯(lián)電路電壓、電流的分配關系，有例5.(00全國)利用下表中的實驗器材，設計一個電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)，畫出電路圖,標明器材代號;若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算r１，則所用的表達式為ｒ１＝_____，式中各符號的意義是：____。專題聚焦器材(代號)規(guī)格電流表(Ａ１)電流表(Ａ２)電壓表(V)電阻(R１)滑動變阻器(R２)電池(E)電鍵(K)導線若干量程10mＡ，內(nèi)阻r１待測(約40Ω)量程500μA，內(nèi)阻ｒ２＝750Ω量程10V，內(nèi)阻ｒ３＝10kΩ阻值約100Ω，作保護電阻用總阻值約50Ω電動勢1.5V，內(nèi)阻很小A2。R2。ES專題聚焦而電流表A２的內(nèi)阻r２知道，通過電流表A２的電流I２可以讀出，因而A２兩端的電壓Ｕ２＝Ｉ２ｒ２.若將A１與Ａ２并聯(lián)，則Ｕ２即A１兩端的電壓，由此可以求出A１的內(nèi)阻r１＝

式中I1、Ｉ2分別是電流表A１、A2的讀數(shù)，r1、r2分別是電流表A1、A2的內(nèi)阻.滑動變阻器R２限流，分壓接法均可.A1R1。。A2A1ESR1R2ES。。A2A1R2R1

例6.(03上海)圖1為某一熱敏電阻R(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的I-U關系曲線圖。⑴為了通過測量得到圖1所示I-U關系的完整曲線，在圖2和圖3兩個電路中應選擇的是圖

；簡要說明理由：

。(電源電動勢為9V,內(nèi)阻不計,滑線變阻器的阻值為0-100Ω)2電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大I/mAU/V1234567500圖110203040圖3VA圖2VA專題聚焦0Uab/V0.88.00.10.20.30.40.50.60.71.02.03.04.05.06.07.0（3）若將此黑箱接入圖3電路中，并在該電路的cd兩端輸入如圖4(甲)所示的方波電壓信號ucd,請在圖4(乙)中定性畫出負載電阻RL上的電壓信號uef的波形．baucduefcfedRL3kΩ圖3t/st/sucd/V12-12B/T00uef/V(甲)圖4(乙)編號1234567Uab/V00.2450.4800.6500.7050.7250.745I/mA00.150.250.601.704.257.50專題聚焦I/mA專題訓練（04上海物理）在測定一節(jié)干電池（電動勢約為1.5V，內(nèi)阻約為2Ω）的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，變阻器和電壓表各有兩個供選：A電壓表量程為15V，B電壓表量程為3V，A變阻器為（20Ω，3A），B變阻器為（500Ω，0.2A）電壓表應該選

（填A或B），這是因為

. 變阻器應該選

（填A或B），這是因為

.BA電壓表量程過大，誤差較大；AB變阻器額定電流過小且調(diào)節(jié)不便專題訓練（04北京理綜）現(xiàn)有一塊59C2型的小量程電流表G（表頭）,滿偏電流為50μA，內(nèi)阻約為800～850Ω，把它改裝成1mA、10mA的兩量程電流表.可供選擇的器材有：滑動變阻器R1，最大阻值20Ω；滑動變阻器R2，最大阻值100KΩ,電阻箱R/，最大阻值9999Ω;定值電阻R0，阻值1KΩ；電池E1，電動勢1.5V；電池E2，電動勢3.0V；電池E3，電動勢4.5V；（所有電池內(nèi)阻均不計）;標準電流表A，滿偏電流1.5mA；單刀單擲開關S1和S2，單刀雙擲開關S3，電阻絲及導線若干。（1）采用如圖1所示電路測量表頭的內(nèi)阻，為提高測量精確度，選用的滑動變阻器為

；選用的電池為

。專題訓練（2）將G改裝成兩量程電流表?，F(xiàn)有兩種備選電路圖2和圖3。圖

為合理電路，另一電路不合理的理由是

。圖2圖3（3）將改裝后的電流表與標準電流表逐格進行核對（僅核對1mA量程），畫出所用電路圖，圖中待核對的電流表符號用A/來表示。2在通電狀態(tài)下，更換量程會造成兩分流電阻都未并聯(lián)在表頭兩端，以致流過表頭的電流超過其滿偏電流而損壞專題訓練（2005廣東物理卷）熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件?，F(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4～5Ω。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其它備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水杯（圖中未畫出）、電源（3V、內(nèi)阻可忽略）、直流電流表（內(nèi)阻約1Ω）、直流電壓表（內(nèi)阻約5kΩ）、滑動變阻器（0～20Ω）、開關、導線若干。⑴在圖（a）的方框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能小。⑵根據(jù)電路圖，在圖（b）的實物圖上連線。⑶簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟______________。專題訓練A3