第10单元 如何选择电学仪器和实验电路.doc

电学仪器和实验电路的选择在电学实验中，例如用伏安法测电阻测量电源的电动势和内电阻，测某一用电器的I-U都存在如何选择电学实验器材，如何选择测量电路、控制电路的问题合理地选择实验器材和实验电路，可以使实验顺利进行，而且实验操作方法，实验误差较小正确地选择仪器和电路的问题，有一定的灵活性解决时应掌握和遵循一些基本的原则、即“安全性”、“精确性”、“方便性”和“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面要综合考虑灵活运用一、仪器的选择主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器件，通常从以下三方面入手：1根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程然后合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一股取满偏度的2/3左右），以减少读数误差2根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动变阻器注意流过滑动变阻器的电流不超过它额定值对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，使电流电压有很大变化的，一般不宜采用3应根据实验的基本要求来选择议器对于这种情况只有熟悉实验原理才能作出恰当的选择4、确定次序 一般为：电源滑动变阻器（分压还是限流？）电表（电压表电流表内外接）二、电路（电流表内外接法）的选择三、控制电路的选择结论：若要被测电阻R两端电压变化范围较大，或需从零开始连读可调电压，选分压电路；若采用限流电路时，如果电路中最小电流被测电阻R的额定电流，采用分压电路；当R0R时（或两者相差不多），虽然两种电路都可以对负载电流有明显的调节和控制或两种电路都满足实验要求时但限流电路具有节省电能、电源负担轻、电路连接简便等优点，应选用在选择电学实验仪器和实验电路时，应先依据题意确定电流表、电压表和滑动变阻器等仪器，然后确定电流表的内外接法，再选择控制电路并画出实验电路图例1、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V，量程为0至10V，内阻20K；电流表：A1量程为0至50A，内阻约20；电流表A2量程为0至300mA，内阻约4；RSEAVRx滑动变阻器：R1阻值范围为0至100，额定电流1A；R2阻值范围为0-1700，额定电流0.3A；开关S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析：对滑动变阻器的选择。对于R2，因为R2R，将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感，使得有效的调节长度太小，调节不方便，故应选滑动受阻器R1这一选择就遵循了方便性原则先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选A1，则，超过了A1的量程，假设选电流表A2，则，未超出A2的量程，故应选电流表A2，这一选择遵循了安全性原则例2、用伏安法测量某电阻的阻值，现有实验器材如下：侍测电阻Rx（阻值大约为5，额定功率为）；电流表：A1量程00.6A，内阻0.2；A2量程03A，内阻0.05；电压表：V1量程03V，队阻3k；V2量程015V，内阻15k；滑动变阻器：R0（050）；蓄电池（电动势为6V）开关、导线。为了较准确测量Rx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。解析：1确定电压表、电流表。被测电阻Rx的额定电压、额定电流分别约为U额2.2V，I额0.45A，则电流表选用A1，电压表选用V1。2确定电流表内外接法。根据内外接判定方法知，电流表必须外接。3确定控制电路。因滑动变阻器的全值R0Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法。限流接法时Rx上的电流取值范围为，因为对于Rx，I额0.45A，根据，可知滑动变阻器连入阻值不得小于。若采用滑动变阻器的分压接法，因为R0Rx，会使操作不方便(与例1类似)，因此应选择滑动变阻器的限流接法。（其实，限流接法也不是非常方便，考虑节能原则仍要选用。）例3、欲用伏安法测定一个阻值约为12的电阻，要求测量结果尽量准确。下列器材中应选用的是，画出应采用的电路图A. 电池组(6 V，内阻很小)B. 电流表(03A，内阻0.0125)C. 电流表(00.6A，内阻0.125)H. 电键、导线D. 电压表(03V，内阻3k) E. 电压表(06V，内阻6k)F. 滑动变阻器(020，1A) G. 滑动变阻器(0200，1A)解析：（1）选出唯一性器材：被测电阻Rx，A和H。(2)根据滑动变阻器阻值RRx，选用限流接法，画出草图。(3）估算，所以电流表选C，电压表选E。(4)考虑到方便调节，滑动变阻器选F。AVRxR甲R乙(5)根据选用外接电路。例4、如图是“用伏安法测量电阻”的实验电路图，电压表未接入电路中，下图是相应的实验器材，待测电阻Rx阻值约为1k，电流表量程20mA，内阻小于1，电压表量程15V，内阻约为15k，电源输出电压约为12V，滑动变阻器最大阻值为200，乙的最大值值为20（1）在电路图中把电压表连接到正确的位置（2）说明本实验电路中两个滑动变阻器所起作用有何不同？ 解析：（1）RA=1K，阻值很大，采用内接法。（2）甲乙两变阻器均作分压器用；滑动变阻器甲为粗调；滑动变阻器乙为细调例5、从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表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。器材（代号）规格电流表(A1)量程10mA，内阻r1待测(约40)电流表(A2)量程500A，内阻r2=750电压表(V)量程10V，内阻r3=10K电阻(R1)阻值为100，作保护电阻用滑动变阻器(R2)总阻值约50电池(E)、电键(K)、导线若干电动势1.5V，内阻很小 画出电路图，标明所用器材的代号。 若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1=_，式中各符号的意义是： _。 解析： 该题为电路设计型实验，要求有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。求解该题时，首先要把被测电流表(A1)等效为可显示电流值的电阻，该题成败的关键在于器材的选择。测量电路有两种可能的连接方式： 采用伏安法测电阻：即将电压表(V)与电流表(A1)并联，测出电流表(A1)的电压 U和电流 I1，由r1=U/ I1即可求出 r1，然而被测电流表(A1)允许加的电压在00.4V之间，而电压表量程为10V，读数仅是(V)量程的4.3%，故电压表的读数误差较大，从精确这一原则来看，此方法应舍去。 采用比较法测电阻：即将电流表与电流表并联(A1、A2的额定电压分别为0.0140=0.4V，0.575010-3=0.375V)，利用并联电路电压相等的特点得：I1 r1= I2 r2，即可求出 r1=( I2/ I1) r2式中，I1、I2分别是电流表 A1、A2的读数， r1、r2分别是电流表A1、A2的电阻。这种设计可以使两电流表的读数同时接近满刻度，满足实验对测量精度的要求，另外这种设计还要求克服电流表不能并联这一思维定势的影响。设计电路的基本方法首先是选择电路，然后再考虑电路连接问题。选择限流电路时，两个电流表最小分压约为0.303V，分压电路两个电流表最小分压约为0，调节R2都可以使两电流表的读数同时接近满刻度，因此限流、分压均可，实验电路如图。A1A2R2R0例6、测一个阻值约为25k的电阻，备有下列器材：电流表：A量程100A，内阻2k；B量程500A，内阻300；电压表：C量程10V，内阻100k；D量程50V，内阻500k；直流稳压电源：E电动势15V，允许最大电流1A；滑动变阻器：F最大电阻1k，额定功率1W； G.导线若干。VARx(1)电流表应选_，电压表应选_。(2)画出测量Rx的原理图。VARx12S2RRS1 解析：（1）本题中由于选项C电压表的量程小于电源电动势，而且其内阻也比选项D电压表的内阻小，所以有不少学生在选择电压表时很自然地选择D。实际上上述两个因素都可以通过选择恰当的电路加以解决，首先应考虑的是D的量程远大于电源电动势，测量时电压表的读数最大也达不到量程的1/3，所以选择D不恰当。如果采用分压连法和内接法选择C选项电压表就比较恰当，既不会烧坏表，也不会引起较大误差，再根据（2）测量电路如图所示。例7、伏安法测电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，使得测量结果总存在误差，而按如图所示电路进行测量，则由电压表、电流表内阻所造成的误差可消除。(1)请在下面操作过程中的空格填上合适的文字。 闭合S1，S2接2，调节R_R(填“和”或“或”)，使电_(填“压”或“流”)读数尽量接近满量程，读出电流表和电压表读数I2、U2。 闭合S1，让S2接1，调节_(填R或R)使电压表读数尽量接近满量程，读出此时电压表读数U1及电流表读数I1。 按上述操作，重复几次，测量U及I，计算出电阻Rx的平均值。 （2）请你推导出待测电阻Rx的表达式_(只须用U1、U2及I1、I2来表示)。解析：（1）和，压 R （2）例8、某电压表的内阻在2030k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可用的器材：待测电压表V(量程3V)；电流表A1(量程200A)；电流表A2(量程5mA)；电流表A3(量程0.6A)；滑动变阻器R(最大阻值1 k)电源E(电动势4V)、电键电流表中应选用_为了尽量减小误差，要求多测几组数据试画出符合要要求的实验电路图 答案：A1 变阻器分压电路例9、实验室中现有器材实物如图1，要求用图2的电路测定图中电流表A的内阻。有：电池E，电动势约10V，内阻约1；电流表：A1量程10A，内阻r1约为0.2；A2量程300mA，内阻r2约为5；A3量程250mA，内阻r3约为5；电阻箱R1，最大阻值999.9，阻值最小改变量为0.1；滑线变阻器R2，最大阻值100； 开关S；导线若干。 （1）在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测出其内阻？（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。（3）要读出的物理量是_，用这些量表示待测内阻的公式是_。解析：（1）、如A1选入其中，量程过大，增大相对读数误差，所以选A2，A3；连线时要注意：（a）线都要接在接线柱上，不要接在另一根线上某点；（b）线不能交叉；（c）电源的正极通过电阻或直接与电表的正极相连；（d）从电源正极出发，根据电流从高电势到低电势，连到负极为止。根据上述要点对照电路图连线如图虚线可示。（3）、根据所连电路是测A3内阻r3，利用待测电阻与已知电阻并联，分别测出电流值I2、I3及电阻箱R1阻值Rx，那么A3与R1电压相等， ，所以。例10、用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：电源E，有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表：V1量程为1.5V，内阻r1750；V2，量程为5V，内阻r22500；滑线变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关K，导线若干。（1）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）。（2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。（3）若电压表V1的读数用U1表示，电压表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_。 解析：滑动变阻器的最大电阻比被测电阻小的多时，电路中滑动变阻器采用分压式。实验中给出的是两个电压表，而不是一个电压表和一个电流表，但电压表本质上就是电流表改装成的，如果将其中一个电压表视为电流表，通过