高考物理电学实验复习(电路设计与仪器选择)ppt课件

.,2010届高考物理二轮复习系列课件,.,23电路设计与仪器选择,.,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,知识概要与方法,.,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：,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。,精确性原则：,尽量减小实验误差。选择电表时，在保证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。,.,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：,找出唯一性的器材；草画电路图（暂不把电表接入）；估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）；考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上。,.,二.供电电路与滑动变阻器的选择,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，灯泡的电阻为RL，则通过灯泡的电流强度为,灯泡两端的电压为,若滑动变阻器的总阻值为R，则灯泡两端电压的变化范围是,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。,.,分压电路,设路端电压恒为U，这个电压分布在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,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.,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25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.,.,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。,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0.10.5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:,.,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实验的误差。（如在伏安法测电阻时，内接法测量结果偏大，外接法测量结果偏小。）,内接法的测量误差是由于电流表的分压作用而产生的,由串联电路中电压与电阻成正比,可知当RAR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。,三、测量电路的选择,.,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RVR即RV/R1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RAR即RA/RRx，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）。,.,例3.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,量程为0至10,内阻20；电流表A1,量程为0至50,内阻约20；电流表A2,量程为0至300m,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0.3;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、电压值在实验中应选电流表和滑动变阻器,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Im,0.14A超过了A1的量程.,.,假设选电流表A2，则I/m,0.18A，未超出A2的量程，故应选电流表A2.,对滑动变阻器的选择。假没选R1，电路中的最小电流约为,Imin0.06A，,故电路中的电流强度范围为0.06A0.18A,假设选R2，电路中的最小电流约为I/min,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0.3,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.,.,例4.(04全国）用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（9001000）：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=750；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500；滑线变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关K，导线若干。,测量中要求电压表的读数不小于其量程的，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.,.,若选择外接法:,应将电压表V2作电流表使用,因为电压表V2的量程较大,电压表V1与被测电阻Rx并联后再与作电流表使用的电压表V2串联,这样在不超过V1、V2量程的前提下,可使电压表V1上的示数尽可能地接近满偏（1.5V）,从而减小电压值测量的读数误差，提高测量精确程度.,若选择内接法:,因为电压表V1的量程较小,应将电压表V1作电流表使用,电压表V2的量程较大,应将电压表V2作测量电压表使用.电压表V1与被测电阻Rx串联后再与作电压表使用的电压表V2并联,这样在不超过V1、V2量程的前提下,可使电压表V1上的示数尽可能地接近满偏（1.5V）,从而减小电压值测量的读数误差，提高测量精确程度.,.,根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出联线.,.,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: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,.,内接法:电压表V1上的读数值间接地测量出被测电阻Rx上的真实电流值，而电压表V2测量的是V1、Rx上两部分的电压降之和，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,.,例5.(00全国)利用下表中的实验器材，设计一个电路来测量电流表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，画出电路图,标明器材代号;若选测量数据中的一组来计算r，则所用的表达式为_，式中各符号的意义是：_。,.,解:,题中直接判定必选的器材是电池E，电键K，导线若干.,由A1量程是10mA，r1约为40，E是电动势1.5V，可判定必须再选电阻R1，滑动变阻器R作为保护，才保证通过A1的电流不至于超过10mA.,要测1的电阻，通过A1的电流值I1可由1读出，只要能测出A两端的电压U，则可求出r,测电压要用电压表，但是若将电压表与A1并联，电流表A1上的电压最多是1,40V0.43V,而电压表的量程是10V，对0.43V的电压来说，电压表的指针只是稍微偏转了一点点，这样测得的阻值误差太大.不符合题目要求，因而不能用电压表测电压.,.,而电流表A的内阻r知道，通过电流表A的电流I可以读出，因而A两端的电压.,若将A与并联，则即A两端的电压，由此可以求出A的内阻r,式中I1、2分别是电流表A、A2的读数，r1、r2分别是电流表A1、A2的内阻.滑动变阻器R限流，分压接法均可.,.,例6.(03上海)图1为某一热敏电阻R(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2和图3两个电路中应选择的是图；简要说明理由：。(电源电动势为9V,内阻不计,滑线变阻器的阻值为0-100),2,电压可从0V调到所需电压，调节范围较大,.,在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻R2的阻值为。举出一个可以应用热敏电阻的例子：_。,5.2,111.6112.0,热敏温度计,解:I1=9/250=0.036A=36mAI2=34mA,由图1得UR=5.2V,R2=(9-5.2)/0.034=111.8,.,例7.(04年江苏)某同学对黑箱中一个电学元件的伏安特性进行研究通过正确测量，他发现该元件两端的电压Uab(Uab=Ua-Ub)与流过它的电流I之间的变化关系有如下规律当-15VUab,（1）如答图,往保温杯中加入一些热水,待温度稳定时读出温度计值;调节滑动变阻器，快速测出电流表和电压表的值；重复，测量不同温度下的数据；绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线。,.,（04北京）为了测定电流表A1的内阻，采用如图1所示的电路。其中：A1是待测电流表，量程为300A内阻约为100；A2是标准电流表，量程是200A；R1是电阻箱，阻值范围0999.9；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻E是电池组，电动势为4V，内阻不计；S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关。（1）根据电路图1，请在图2中画出连线，将器材连接成实验电路.,.,（2）连接好电路,将开关S2扳到接点a处,接通开关S1,调整滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150A;然后将开关S2扳到接点b处,保持R2不变,调节电阻箱R1,使A2的读数仍为