电学设计性实验导析

10
250 50
2 .5
~ 5000 / V
2500 / V
2
~
A V
1、选择档位 按 顺 2、插入两表笔并短接 序 3、转动调零旋钮 点 4、断开表笔接入待测电阻 击 各 项 5、读出电阻数值 6、用毕选择开关放在0FF档
复位

mA

OFF
100
1 K 100 10
1
（二）熟悉设计电路的基本仪器
1、电源
电源是进行电路设计的必选器材，电源存在有内 阻和无内阻两种情况。选择时，一般根据研究对象 的额定电压和额定电流来确定，有时根据测量的准 确性来确定（比如半偏法测表头内阻实验）。
2、电压表和电流表
在多数情况下，电压表和电流表都被视为理想电表，即电压表内阻无 穷大，电流表内阻为零，此时电表的接入对电路没有影响，但是在某些题 目中电表并不是理想的，这时电表既是一个测量仪表，又是连接在电路中 的一个电阻。电流表读数给出了通过该电阻的RA的电流，电压表读数给出 了内阻RV两端的电压。 选择的根据是不使电表受损和尽量减少误差。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（一般要大于满偏度的1/3）。 电流表和电压表量程一般根据研究对象的额定电压和额定电流、同时 参考电源的电动势来选择。
根据测量电路的要求，滑动变阻器中电路中 有两种接法：
(1) 限流电路
RX
a r=0
Pb
R
负载Rx的电压调节范围
Rx R Rx
E~E
E
可见滑动变阻器的总阻值R越大，电阻RX两端电压的变化范 围越大。变阻器总阻值R 是Rx 的2--5倍时，限流接法对电流、 电压控制作用显著，这样既便于调节,用电器两端电压变化范围 又比较大. 在合上开关以前，要使滑动变阻器滑片P的位置处于a端．
新课标高考物理电学实验复习
一、命题趋势
近几年，高考实验题发生了明显的变化，已经从课本的分组实验，延 伸到课本的演示实验，并且出现了设计型实验。对于实验能力也有明确的 要求，”能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问 题”。在理科综合《考试说明》中，也把“设计和完成实验的能力”作为 重要的考试目标之一。 完整的设计一个实验，要经历诸多环节。在实际实验考查中，一般只考 查其中几个环节。比如题目给出了实验条件和实验器材，要求阐述实验原 理的；题目给出实验电路图，要求在领会实验原理的基础上，确定需测量 的物理量写出计算公式的；题目给出实验操作步骤及测定和物理量判断实 验原理、进行误差分析的等等。虽然考查方式不尽相同，但目前高考中几 乎所有的设计型实验都有一个共同点，都是在给出实验器材的前提下进行 考查，而且都以不同方式或多或少的对实验原理作了一定的提示，以此降 低一点难度和减少考生答题的盲目性。 在众多的设计性实验中，电学设计性实验尤为突出。为什么命题专家热 衷于这一部分的考查呢？原因很简单，在这一部分命题，能够考查同学们 的电路计算、器材选择、实物连图、数据处理、综合构思、误差分析等多 方面的分析综合能力。
结论：两次接触，哪个表示数变化明显 , Rx就与哪个表 “近接”
相关结论
①“内大外小”的两层含义： ——内接法测量值偏大，外接法测量值偏小； ——内接法适宜测量大电阻（与电压表接近的电阻）， 外接法适宜测量小电阻（与电流表接近的电阻）。 ②当待测电阻大小无法估计时，要试触。若电流表变 化明显（变化量与初值相比，比值较大），说明电压 表分流作用明显，宜采用内接法；若电压表变化明显， 说明电流表分压作用明显，则采用外接法。即：谁变 化大，电阻就与谁“近接”。
滑动变阻器的粗调和微调作用： ①在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调 作用，全电阻较小的变阻器起微调作用。 ②在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调 作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。
小结：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：
⑴安全性原则
要保证所用仪器的安全，电源最大允许通过的 电流、电压表和电流表的量程、滑动变阻器允许通 过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电 源、电表和用电器时，保证其电流和电压均不超过 使用的量程。

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第3步点击 此按钮
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指针式多用电表
3．替代法
（1）.原理
利用伏安法测电阻，无论电流表内接还是电流表外接都 会对测量造成误差，而利用比较法测电阻可避免这些误 差．实验时先连入某待测电阻，记下电路中电表的读数，然 后把待测电阻换成电阻箱，调整电阻箱，使电路中电表的读 数与原来一样，这样的电阻箱便是待测电阻的阻值．
二、实验理论
（一）认识设计电路的结构
一个实验电路大体可分为供电部件、控制部件、 测量部件和研究部件。供电部件由电源充当，电源 供给电路中的电能，维持电路中一定的电压或电流； 控制部件一般由滑动变阻器、电键充当，电键切断 或接通电路，改变电流的方向，滑动变阻器控制输 出电压或电流的大小；测量部件一般是电流表或电 压表，主要是显示研究对象的电流或电压。研究部 件就是电学的研究对象，灯泡、电阻、电动机、二 极管等等。研究部件是中心，其他三个部件都服务 于这一中心。
⑷选择的一般步骤
①根据实验要求设计合理的实验电路； ②找出唯一性的器材； ③估算电路中电压和电流的最大值或最小值，结合已 知器材的规格选定电源、选定电压表和电流表以及所用 的量程； ④根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器.
（三）对电阻箱、电流表和电压表的深层次认识
电阻箱是能读出自身电阻的特殊的电阻，电流表 是能读出流过自身电流的特殊电阻，电压表是能读 出加在自身两端电压的特殊电阻。 有些设计题目给出了电流表内阻的准确值，此时 的电流表既是个电流表又是个“电压表”。这个 “电压表”如果和某个研究对象并联，就可以“读 出”研究对象两端电压;同样，如果设计题目给出了 电压表内阻的准确值，此时的电压表既是个电压表 又是个“电流表”，这个“电流表”如果和某个研 究对象串联，就可以“读出”流过研究对象的电流。 已知准确内阻的电流表和电压表，给了我们更多的 信息。
1．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。 2．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。 3．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。 4．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。此时应从节省电能和电路 简单考虑，应选限流电路。
大量程大角度偏 小量程小角度偏
换档重新调零 测量完毕旋离
示数不用估读 示数要乘倍率
复原测量电阻
R=15×10=150Ω
500 100 1 K 200
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25
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V
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0 .5
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1 .5
150 30 6
200 40 8
⑵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），电表 达不到满偏的1/3是不允许的。
⑶操作性原则：
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，当其阻值大于用电器的阻值时 用限流电路调节电路的电压(电流)比较方便；当其阻 值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压(电 流)比较方便．
② 试触法
a.条件：未给出RX的估计阻值
·
RX P
a
A
b
·
b.选择方法：将电压表分别接a、b两点
V
如果电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强， 不满足RX<<RV,不适应用电流表的外接法．应用电流表的内接 法．
从另一个角度来看，电压表的示数没有显著变化，说明电 流表的分压作用很弱，满足RX>>RA,应选用内接法．P 应接在b 处。 安培表和伏特表示数变化显著（明显）的标志是它们的示 数的变化量（绝对误差）占原来值的百分比大．（相对误差）
3、定值电阻
单一阻值的定值电阻，在电路中充当保护电阻或 用来改装电表量程，众多阻值的电阻箱，在电路中 的作用是给出可变的定值电阻，用来控制电路，可 调电阻是不连续的。
二极管
二极管是一种半导体元件，它的特点具有单向导电性，即 正向导通，反向截止。
4、滑动变阻器
滑动变阻器有4个接线柱：A、B、C、D，如图所示。接 A和B时，滑动变阻器相当于定值电阻，不起变阻作用，接C 和D时，接入电路的电阻为零，也不起变阻作用。 滑动变阻器在电路中只是起辅助作用，是配角.它对测量 电路起调节电压，或者调节电流的作用。
(2) 分压电路
RX
a
P R E
r=0
b
负载RX的电压调节范围0~E
滑动变阻器的总阻值R越小，越便于调节用电器两 端电压． 一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的 电阻, 在0.1—0.5倍之间为好。
在合上开关以前，要使滑动变阻器滑片位置处于a端．以使 负载上的电压和电流最小．（均为零）
限流电路和分压电路选择的原则 :
V
·
A
RX
内接法
·
R 测＝
U测 I测
＝
U Rx U A I Rx
Rx RA Rx
误差产生的原因:
由于电流表分压引起的。