高中物理电学实验经典题型分析

教师：______ 学生：______ 时间:_____年_____月____日____段例1、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻R x （约100 Ω）;直流电流表（量程0~10 mA 、内阻50 Ω）; 直流电压表（量程0~3 V 、内阻5 kΩ）; 直流电源（输出电压4 V 、内阻不计）； 滑动变阻器（0~15 Ω、允许最大电流1 A ）； 开关1个，导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法，各仪器的量程和电阻都已经给出，只需计算两种接法哪种合适。

【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于R x ＜v A R R ，故电流表应采用外接法.在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻器阻值调至最大，通过负载的电流最小，I min =xA R R R E++=24 mA ＞10 mA,此时电流仍超过电流表的量程，故滑动变阻器必须采用分压接法.如图10-5所示.课 题 电学实验经典题型分析【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全，这是电学实验的首要原则，限流接法虽然简洁方便，但必须要能够控制电路不超过电流的额定值，同时，能够保证可获取一定的电压、电流范围，该题中，即便控制电流最小值不超过电流表的量程，因滑动变阻器全阻值相对电路其它电阻过小，电流、电压变化范围太小，仍不能用限流接法。

例2、在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值R x，现有如下器材：读数不准的电流表A、定值电阻R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。

⑴画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。

⑵写出主要的实验操作步骤。

【解本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表（或给定的电表不能满足要求时），可以用标析】⑵验电路如右图所示。

⑵①将S2与R x相接，记下电流表指针所指位置。

②将S2与R1相接，保持R2不变，调节R1的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下R1的值，则R x＝R1。

例3、用以下器材测量一待测电阻R x的阻值（900～1000Ω）：电源E，具有一定内阻，电动势约为；电压表V1，量程为，内阻r1＝750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2＝2500Ω；滑动变阻器R，最大阻值约为100Ω；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1/3，试画出测量电阻R x的一种实验电路原理图。

【解析】如图所示例4用以下器材测量一待测电阻的阻值。

器材（代号）与规格如下：电流表A1（量程250mA,内阻r1为5Ω)；标准电流表A2（量程300mA,内阻r2约为5Ω）；待测电阻R1（阻值约为100Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值10Ω）；电源E（电动势约为10V，内阻r 约为1Ω）；单刀单掷开关S，导线若干。

⑴要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号. ⑵需要直接测量的物理量是_______,用测的量表示待测电阻R 1的计算公式是R 1＝________。

【解析】⑴实验电路图如图所示。

⑵两电流表A 1、 A 2的读数为I 1、I 2和电流表A 1的内阻为r 1，待测电阻R 1的阻值的计算公式是：11211r I I I R -=例5有一电阻R x ，其阻值在100～200Ω之间，额定功率为。

要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：安培表A 1，量程为50mA ，R A 1=100Ω 安培表A 2，量程为1A ，R A 2=20Ω 电压表V 1，量程为5V ，R V 1=10kΩ 电压表V 2，量程为15V ， R V 2=30kΩ 变阻器R 1，变阻范围0～20Ω ，2A 变阻器R 2，变阻范围0～1000Ω，1A 9V 电源，电键，导线。

⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是： 。

⑵画出所用实验电路图。

【解析】⑴允许通过电阻中电流可能的最大值由：R I P 2=得，mA I mA I 503521==。

因为电阻可能为200Ω，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA ，应用电流表的示数来控制通过电阻的电流，因此，电流表应选A 1。

又因为RU P 2=,所以V U V U 1.7521== 。

因为电阻可能为100Ω，所以允许加在电阻两端的电压的最大值可能是5V ，应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应选V 1。

因为R 1＜ R 2,且2A ＞35mA, 所以应选变阻器R 1。

因为R 1＜R x 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。

因为x R <V A R R , 所以应选用外接电路。

⑵实验所用电路如图所示例6（从下表中选取出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A 1的内阻r 1，画在下面的方框中，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并能测出多组数据。

器材(代号) 规格电流表（A 1）量程10mA ，内阻r 1待测（约40Ω）电流表（A2）量程500μA，内阻r2=750Ω电压表（V）量程10V，内阻r3=10kΩ电阻（R1）阻值约100Ω，作保护电阻用滑动变阻器（R2）总阻值约50Ω电池（E）电动势，内阻很小电键（S）导线若干【解析】要测量电流表A1的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但根据本题所提供的仪器，我们可以首先肯定，在本实验中不可能用到电压表，因为电源的电动势只有，而电压表的量程为10V，最多不到满偏的1/6，用它来读数误差太大，因此该实验能用到的电表只可能用两块电流表。

两块电流表有可能串联，也有可能并联，但题目中电流表A2的内阻r2已知，因此将两电流表并联，根据并联规律I1r1=I2r2可求出电流表A1的内阻r1=122 I rI。

加在电流表两端的电压最大值U m=I m r2=，而滑动变阻的最大阻值只有50Ω，如果将滑动变阻器接成限流，会超过电流表的量程，将它们烧坏。

如果仅仅将滑动变阻器接成分压，滑动变阻器可调节的范围很小，只有全长的1/4，这样测量的次数比较少。

故应将定值电阻R1接在干路上用作限流，电路图如图所示。

例7 （2006年全国Ⅰ、Ⅲ）现要测量某一电压表 的内阻。

给定的器材有：待测电压表 （量程2V ，内阻约4k Ω），电流表 （量程，内阻约500Ω）；直流电源E （电动势约，内阻不计）；固定电阻3个：R 1=4000Ω，R 2=10000Ω，R 3=15000Ω；电键S 及导线若干。

要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。

⑴试从3个固定电阻中选用1个，与其它器材一起组成测量电路，并画出测量电路的原理图。

（要求电路中各器材用题中给定的符号标出。

）⑵电路接通后，若电压表读数为U ，电流表读数为I ，则电压表内阻R V =_________。

【解析】⑴实验电路如图所示，若选用电阻R 1，则并联电阻并R ＝2000Ω，电压表读数U ＝mAR Er 并+·R 并＝50020004.2+×2000＝＞1V ，电流表读数I ＝mA＋r R E 并＝50020004.2+＝＝＞，R 1符合要求，同理可得R 2、R 3不符合要求，故选R 1。

⑵电路接通后，通过R 1的电流I 1＝1R U ，则通过电压表的电流为I 2＝I －I 1＝I －1R U ，所以电压表的内阻R V ＝2I U＝11RU R I U－ 【备考提示】本题涉及实验器材选取和电路设计等，对考生的分析综合能力提出了较高要求，解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材，由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点。

【变式题】例8（2006年全国Ⅱ）现要测定一个额定电压4V 、额定功率的小灯泡（图中用○×表示）的伏安特性曲线。

要求所测电压范围为～4V 。

现有器材：直流电源E （电动势，内阻不计），电压表 （量程，内阻约为4×104Ω），电流表 （量程250mA ，内阻约为2Ω），电流表 （量程500mA ，内阻约为1Ω），滑动变阻器R （最大阻值约为30Ω），电键S ，导线若干。

如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是 ，下面两个电路应该选用的是 。

【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，由于题目要求电压范围为～4V ，因此滑动变阻器采用分压式接法。

根据估算通过小灯泡的额定电流为I =，因此电流表应该选用 。

在伏安法测量过程中，由于临界电阻Ω==200V A R R R 大于小灯泡电阻，因此应该选择电流表外接法即选择甲电路进行测量。

例9、用右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。

电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。

除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：（a）电流表（量程、3A）；（b）电压表（量程3V、15V）（c）定值电阻（阻值1Ω、额定功率5W）（d）定值电阻（阻值10Ω，额定功率10W）（e）滑动变阻器（阴值范围0--10Ω、额定电流2A）（f）滑动变阻器（阻值范围0-100Ω、额定电流1A）那么（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择 V，电流表的量程应选择A； R0应选择Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是Ω的滑动变阻器。

（2）引起该实验系统误差的主要原因是。

【解析】（1）3，，1，0～10。

（2）由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小。

由于电源是一节干电池（），所选量程为3V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几Ω左右，加上保护电阻，最大电流在左右，所以选量程为的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取0～10Ω能很好地控制电路中的电流和电压，若取0～100Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。

关于系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。

本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测<E真，r测<r真。

例10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材：A．待测干电池 B．电流表G（0~3mA，内电阻r1=20Ω）C．电流表A（0~，内电阻r2=）D．滑动变阻器甲（最大阻值10Ω）E．滑动变阻器乙（最大阻值100Ω） F．定值电阻R1=100ΩG．定值电阻R2=500Ω H．定值电阻R3=Ω开关、导线。

由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。

①为了方便并能较准确测量，滑动变阻器应选，定值电阻应选用。

（填写定值电阻前的序号）②若某次测量中电流表G的示数为I1，电流表A的示数为I2；改变滑动变阻器的位置后，电流表G 的示数为I 1′，电流表A 的示数为I 2′。