高考物理电学实验如何选择仪器和电路

精品文档 1欢迎下载 高考物理电学实验如何选择仪器和电路 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 伏安特性曲线 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 而且实验操作方便 实验误差较 小 正确地选仪器和电路的问题 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 实验仪器的选择 根据教学大纲及高考考试的要求 选择电学实验仪器主要是选择电表 滑动变阻器 电源等器件 通常可以从以下三方面入手 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 般取满偏刻度的 2 3 左右 以减少测读的误差 2 根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动受阻器 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 不宜采用 3 应根据实验的基本要求来选择仪器 对于这种情况 只有熟悉实验原理 才能作出 恰当的选择 例 1 有一电阻 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 20 电流 表 A1 量程为 0 至 50 A 内阻约 20 电流表 A2 量程为 0 至 300mA 内阻约 4 滑 动变阻器 R1 阻值范围为 0 至 100 额定电流 1A 滑动变阻器 R2 阻值范围为 0 至 1700 额定电流 0 3A 开关 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 在实验中应选 电流表和 滑动变阻器 分析与解 首先估算电路中可能达到的最大电流值 假设选电流表 A1 则 超过了 A1 的量程 及假设选电流表 A2 则 未超出 A2 的量程 故应选电流表 A2 这一选择遵 循了安全性安全性原则 对滑动变阻器的选择 假设选 R1 电路中的最小电流约为 故电路中的电流强度范围为 0 06A 0 18A 又假设选 R2 电路中的最小电流约为 精品文档 2欢迎下载 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 3 电流强度 为 0 06 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 这一选择就遵循了方便方便 性性原则 二 实验电路 电流表内外接法 的选择 电压表和电流表连入电路可以有两种方法 一种是如图 甲所示的电路叫做 电流表外接电路 简称 外接法 一种是如图 2 乙所示电路叫做电流表内接 电路 简称 内接法 由于电流表 电压表内阻的影响 不管采用电流表内 接还是外接都将会引起误差 外接法的测量误差是由于电压表的分流作用而产生 由并联电路中电流分配 与电阻成反比可知当时 电压表的分流作用可忽略不计 此时 可见对于小电阻的测量宜采用外接法电路 内接法产生的误差是电流表的分压作用 由串联电路的电压分配与电阻成正比可知 当时 电流表的分压作用很小 可忽略不计 此时 所以对大 电阻应采用内接法电路 那么如何确定 R 值是较大还是较小呢 根据以上分析可知 当被测电阻与电压表内阻 的关系满足 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 时 采用 内接法 测量误差较小 若当时 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 也可选择 外 接法 此时的 我们常称为临界电阻 当 时 电流表的分压作用较电压表的分流作用明显 应采用 外接电路 当时 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 例 2 有一小灯泡上标有 6V 0 6W 的字样 现在要用伏安法测量这个灯泡的伏安特性 曲线 已知所用器材有 电流表 0 0 3A 内阻 1 电压表 0 15V 内阻 20k 滑动变阻器 0 30 2A 学生电源 直流 9V 开关一只 导线若干 为使实验误 差尽量减小 画出合理的实验电路图 分析与解 因为电压表内阻远大于灯泡的最大阻值 60 因此选择电流表外接 法 电路如图 所示 在具体的实验中若 RA RV 均不知的情况下 可用试触法试触法判定 即通过改变电 精品文档 3欢迎下载 表的连接方式看电流表 电压表指针变化大小来确 定 三 控制电路的选择 为改变被测电阻两端的电压 或被测电阻中的 电流强度 常用滑动变阻器与电源的连接有两种 不同的形式 如图 所示 图 甲为限流接法 图 乙为分压接法 这两种接法区别之处是 被测电阻 R 上的电压调节范围不同 当滑动触头 P 由 a b 移动过程中 电源内阻不 计 被测电阻两端电压调节的范围 图 4 甲为 图 4 乙为 对被测电阻 R 上的电流强度的控制情况有区别 对于图 甲有 时 调节 R0 的大小可使通过被测电阻的电流有明显变化 但当 时 无沦怎样改变 R0 的大小 也不会使通过 R 的电流有明显变化 可见 只有 在 或两者相差不多 的情况下 改变变阻器的触头的位置才会使电阻 R 上的电流 有明显变化 从而起到对电阻 R 上的电流的控制作用 但对于图 乙中 不管电阻 R 的大 小如何 调节滑动变阻器触头位置都可以使通过被测电阻 R 的电流由 变到 通过被测 电阻 R 的电流有明显变化 从电能损耗方面分析图 4 甲比图 4 乙要小 且图 甲具有电源负担轻 电路连接简 便等优点 综合上述 可得到如下结论 若需要被测电阻 R 两端电压变化范围较大 或需要从零开始连读可调电压 应选图 4 乙的分压电路 若采用限流电路时 如果电路中最小电流大于或等于被测电阻 的额定电流 必须 采用分压电路 当时 为使被测电阻中电流有明显变化 也应选分压电路 当时 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 但图 甲的限流电路具有节省电能 电源负担轻 电路连接简便等优点 应选图 4 甲的限流电路较好 例如在例 2 中 电路若采用限流电路 电路中的最小电流为 精品文档 4欢迎下载 等于小灯泡额定电流 滑动变阻器无法对电流进行调 节 故必须采用分压电路 如图 所示 所以 我们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 3 用伏安法测量某电阻的阻值 现有实验器材如下 待测电阻 阻值大约为 5 额定功率为 1 电流表 A1 量程 A 内阻 0 2 电流表 A2 量程 0 3A 内阻 0 05 电压表 V1 量程 0 3V 内阻 3k 电压表 V2 量程 0 15V 内 阻 15k 滑动变阻器 0 50 蓄电池 电动势为 6V 开关 导线 为了较准确测量阻值 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 分析与解 1 1 确定电压表 电流表 确定电压表 电流表 被测电阻的额定电压 额定电流分别约为 则电流表选用 A1 电压表选用 V1 2 2 确定电流表内外接法 确定电流表内外接法 临界电阻的阻值为 因为 R 则电流表必须外接 3 3 确定控制电路 确定控制电路 因滑动变阻器的全阻值 R0 大于被测电阻值 故首先考虑滑动变阻器的限流接法 限流接法上的