电路设计与仪器选择解析

电学实验电路的设计1、测量电路的选择(电阻的测量）a、伏安法b、比较法（替代法）C、半偏法伏安法测电阻电流表内外接法电压比较法测量电阻（08全国Ⅱ卷）右图为一电学实验的实物连线图。

该实验可用来测量待测电阻Rx 的阻值（约500 Ω）。

图中两个电压表量程相同，内阻都很大。

实验步骤如下：①调节电阻箱，使它的阻值R0与待测电阻的阻值接近；将滑动变阻器的滑动头调到最右端。

②合上开关S。

③将滑动变阻器的滑动头向左端滑动，使两个电压表指针都有明显偏转。

④记下两个电压表○V1和○V2的读数U1和U2。

V2的多组读数U1和U2。

⑤多次改变滑动变阻器滑动头的位置，记下○V1和○⑥求Rx的平均值。

伏安法测电阻的变形——伏伏法测电阻回答下列问题：（Ⅰ）根据实物连线图在虚线框内画出实验的电路图，其中电阻符号为，滑动变阻器的符号为，其余器材用通用的符号表示。

（Ⅱ）不计电压表内阻的影响，用U1、U2、和R0表示R x的公式为Rx=_______。

（Ⅲ）考虑电压表内阻的影响，用U1、U2、R0、○V1的内阻r1、○V2的内阻r2表示R x的公式为R x＝_______。

⑵利用图中给定的器材测量电压表V的内阻R V。

图中B为电源（内阻可忽略不计），R为电阻箱，S为电键。

①将图中实物连接为测量所用的电路；②写出实验中必须记录的数据（用符号表示），并指出各符号的意义；③用②中记录的数据表示R V的公式为R V= _____________ 。

考查的是“伏阻法”测电压表的内电阻2005年全国卷（Ⅲ）⑵利用图中给定的器材测量电压表V的内阻R V。

图中B为电源（内阻可忽略不计），R为电阻箱，S 为电键。

①将图中实物连接为测量所用的电路；②写出实验中必须记录的数据（用符号表示），并指出各符号的意义；③用②中记录的数据表示R V的公式为R V= 。

Ⅱ．（08全国Ⅰ卷）一直流电压表，量程为1 V，内阻为1000Ω，现将一阻值为5000~7000Ω之间的固定电阻R1与此电压表串联，以扩大电压表的量程。

为求得扩大后量程的准确值，再给定一直流电源（电=2000Ω的固定电阻，两个单刀开动势E为6~7 V，内阻可忽略不计），一阻值R关S1、S2及若干线。

（1）为达到上述目的，将答题卡上对应的图连成一个完整的实验电路图。

（2）连线完成以后，当S1与S2均闭合时，电压表的示数为0.90 V；当S1闭合，S2断开时，电压表的示数为0.70 V，由此可以计算出改装后电压表的量程为V，电源电动势为V。

伏安法测电阻的变形——伏阻法测电阻电流比较法测量电阻其中一电流表内阻已知(2000年全国物理卷)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。

（1）在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。

（2）若选测量数据中的一组来计算，r1，则所用的表达式为r1=________，式中各符号的意义是：________。

2005年全国卷（Ⅱ）考查的是“安阻法”测电流表的内电阻利用图1所示的电路测量电流表mA 的内阻R A。

图中R1、R2为电阻，S1、S2为电键，B是电源（内阻可忽略）。

②已知R1=140Ω，R2=60Ω。

当电键S1闭合、S2断开时，电流表读数为6.4mA；当S1、S2均闭合时，电流表读数为8.5mA。

由此可以求出R A =________ Ω。

替代法测电阻例1. 为了测量电流表A1的内阻，采用图示的电路，其中电流表A1的量程是0—300μA、内阻约为100Ω（待测）；A2是标准电流表，量程0--200μA；R1为电阻箱，阻值范围0—999.9Ω；ε为电池，电动势3V、内阻不计；S1为开关，S2为单刀双掷开关。

按电路图接好电路后，将可变电阻器R2和电阻箱R1适当调节后，将单刀双掷开关S2扳到接点1处，接通开关S1，调节可变电阻R2，使两电表的读数都是150μA；然后将开关S2扳到接点2，调节电阻箱R1使标准电流表的读数仍是150μA，若此时电阻箱各旋钮位置如图，则：（1）电流表A1的内阻Rg=_________ Ω.（2）为了保证两电流表的安全使用，限流电阻R3 的阻值应选 A.100Ω；B.150Ω；C.10KΩ；D.15KΩ。

（）（3）可变电阻器R2 应选： A.2KΩ；B.5KΩ；C.200Ω；D.500Ω。

（）3、半偏法测量电表电阻R1>>R2 R测量<R真实R<<R0 R测量>R真实例1.为了测量一个量程为3.0 V的电压表的内阻，可以采用图示的电路，在测量时，可供选择的步骤如下：A.闭合开关S B.将电阻箱R0的阻值调到最大 C.将电阻箱R0的阻值调到零D.调节电阻箱R0的阻值，使电压表示数为1.5 V，读出此时电阻箱R0的阻值，E. 调节滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为3.0 VF.断开开关SG.将滑动变阻器的滑动触头调到b端H.将滑动变阻器的滑动触头调到a端上述操作步骤中，必要的操作步骤按合理顺序排列应为。

若在步骤Ｄ中，读出R0的值为2400 Ω，则电压表的内阻RV = Ω。

用这种方法测出的内阻RV与其真实值相比偏。

例2．现有一量程为3V的电压表，内阻约3kΩ。

为了较准确地测量其内阻，在没有电流表的情况下，某同学设计了如图所示的实验电路，按此电路可以测出电压表的内电阻。

本实验中，若提供以下器材：A、电池组（电动势4V）；B、电阻箱（0～999.9Ω）；C、电阻箱（0～9999.9Ω）D、滑动变阻器（0～20Ω，1A）；E、滑动变阻器（0～1kΩ，0.5A）为完成上述实验，电阻箱R应选————，滑动变阻器R0应选—————例3．利用如图所示的电路测量电流表的内阻（图中电源的电动势E=4V）：先闭合S1，调节R，使电流表指针偏转到满刻度(满偏电流I g=300μA)；再闭合S2，保持R不变，调节R/，使电流表指针偏转到满刻度的2/3，读出此时R/的阻值为200Ω，则电流表内阻的测量值R g为多大？例4、（半偏法的拓展）从下表的实验器材中(电源E1 、E2供选用)，设计一电路来测量定值电阻R0阻值，要求方法简捷。

①试设计测量电路，标明所用器材的代号。

②写出测量的表达式R0= ，式中各符号的意义是，其测量值较真实值(填“偏大”或“偏小”)。

2、控制电路a、限流式控制电路b、分压式控制电路例1、测量金属丝的电阻率，要先测出它的电阻Rx（约为10Ω），备用器材如下：A、电源，电动势3V左右。

B、电流表，量程0－－500mA，内阻约2Ω。

C、电流表，量程0――3A，内阻约0.15Ω。

D、电压表，量程0――3V，内阻约3kΩ。

E、电压表，量程0――15V，内阻约15kΩ。

F、阻值变化范围0――10Ω，额定电流为0.3A的滑动变阻器。

（1）为了准确的测出电阻，电流表选_________ 电压表选____________（2）画出测量电路图例2、已知一个电阻额定功率为0.5W，粗测其阻值约为16Ω，现用伏安法测定它的阻值。

电流表A1（量程0——200mA，内阻约20Ω）电流表A2（量程0——3A，内阻约0.1Ω）电压表V1（量程0——3V，内阻约10KΩ）电压表V2（量程0——15V，内阻约30KΩ）滑动变阻器（0——20Ω，额定电流1A）电源电压12V电键K和若干根导线，试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出电路图。

3、保护电阻：〔1〕保护电阻的估算估算方法：保护电阻在电路中作用是保护用电器或电表。

估算方法是将滑动变阻器调节到使用电器或电表电压（电流）最大，适当选取保护电阻的阻值，使用电器或电表接近额定（满偏）电压或额定（满偏）电流。

〔2〕保护电阻安置的位置保护电阻的估算例1、某同学准备用500μA 的电流表改装成一块量程为3.0V的电压表。

他为了能够更精确地测量电流表的内电阻，设计了如图甲所示的实验电路，图中各元件及仪表的参数如下：A．电流表（量程1.0mA ，内电阻约100 Ω）B．电流表（量程500μA ，内电阻约200 Ω）C．电池组（电动势为3.0V，内电阻很小）D．滑线变阻器（0～25Ω）K．四旋钮电阻箱（总阻值9999 Ω）F．保护电阻G．开始，单刀杀掷开关在备用的保护电阻有阻值约100 Ω和约350Ω的两种，应选用阻值约____ 的。

保护电阻的安置和估算例1 （08年合肥三模卷）实验室新进一批毫安表，现要对新进毫安表逐格进行校对，以检测表的质量，可供使用的器材如下：待检测的毫安表A1：量程为10mA ，内阻为50Ω 标准毫安表A2：量程为15mA ，内阻约为30Ω标准毫安表A3：量程为50mA ，内阻约为10Ω 定值电阻R1：阻值为100Ω定值电阻R2：阻值为47Ω 滑动变阻器R3：最大阻值为20Ω 滑动变阻器R4：最大阻值为1K Ω 干电池E ：电动势约1.5V ，内阻很小 开关及导线若干请从上述器材中选出必要的器材，设计尽可能精确用于校对的电路，并且使滑动变阻器有较大的调节范围，便于调节，请将设计的电路图画在方框中，标明所用器材的代号。

综合例1：有一个电阻Rx ，其阻值大约是25 k Ω ，可供选择的器材是：电流表A1 (0----100μA, 2 k Ω) 电流表A2 (0----500μA, 300Ω)电压表V1 (0----10V, 100 k Ω） 电压表V2 (0----50V , 500 K Ω）直流稳压电源E （15V ，1A ） 滑动变阻器 R (1 k Ω, 1W) 电键K 和若干根导线． 试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出电路图综合例2．为了测定一个“6.3V ，1W”的小电珠正常发光时的电阻，实验室提供了下列实验器材：A ．电流表A 1 ： （ 0.6A ，0.2Ω）B ．毫安表A 2 ： （ 200mA ，0.5Ω）C ．电压表V 1 ： （10V ，1k Ω）D ．电压表V 2 ： （15V ，1.5k Ω）E ．电源 E1= 6V ，2AF ．电源 E2= 9V ，1AG ．电源 E3= 15V ，0.1A H ．可变电阻 R1=10Ω，1WI ． 可变电阻 R2= 20Ω，0.8W J ． 可变电阻 R3= 50Ω， 0.5W K ．导线若干，电键一个．实验时应选用的器材是 ．在右边的线框中画出实验的电路图，要求测量误差尽可能小．１．用伏安法测定一个阻值约为25K Ω，额定功率为1／20W 的电阻的阻值，备用仪器及元件有：(1)待测电阻R 。

(2)直流电流表二只：A 1一量程0～100 uA ，内阻约为2K Ω；A 2一量程0～500 uA ，内阻约为300Ω。

(3)直流电压表三只：V 1量程O ～1V ，内阻约为10K Ω；V 2一量程O ～10V ，内阻约为100K Ω；V 3—量程O ～50V ，内阻约为500 K Ω。