44-(小专题)电学中仪器的使用及基本电路的选择剖析

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第3课时(小专题)电学中仪器的使用及基本电路的选择
突破一电流表、电压表的读数及使用
1．两种电表的电路结构及读数方法
电流表电压表
符号
参数
量程：0～0.6 A,0～3 A
内阻：小于1 Ω
量程：0～3 V,0～15 V
内阻：3 kΩ，15 kΩ
电路
结构
读数
方法
视线垂直于刻度盘表
面，一般都需估读，3 A
量程估读到最小分度的
1/10，0.6 A量程的估读
到最小分度的1/2
视线垂直于刻度盘表
面，一般都需估读，3
V量程估读到最小分
度的1/10,15 V量程的
估读到最小分度的
1/5
2.两种电表的使用技巧
(1)机械零点的调整：在不通电时，指针应指在零刻线的位置。

(2)选择适当量程：估算电路中的电流或电压，指针应偏转到满刻度的
1
3以上。

若无法估算电路中的电流和电压，则应先选用较大的量程，再逐步减小量程。

(3)正确接入电路：电流表应串联在电路中，电压表应并联在电路中，两种表都应使电流从正接线柱流入，从负接线柱流出。

(4)正确读数：根据所选量程的准确度，正确读出有效数字和单位。

(5)注意内阻：电流表和电压表一方面作为仪器使用，同时又是被测电路中的一个电阻，实验中没有特别要求时，一般不考虑它们的内阻对电路的影响，但有些测量中，不能忽视它们的内阻对被测电路的影响，如伏安法测电阻等。

【典例1】分别读出下表中的电压表和电流表的示数，并填在表格中。

电表所选量程测量值
0～3 V
0～15 V
0～3 A
0～0.6 A
解析表中0～3 V的电压表和0～3 A的电流表读数方法相同，精确度是0.1 V或0.1 A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位。

对于0～15 V量程的电压表，精确度是0.5 V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1 V。

对于0～0.6 A量程的电流表，精确度是0.02 A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01 A。

答案 2.14 V10.7 V0.80 A0.16 A
【变式训练】
1．图1甲是学生实验用的两个量程的电流表刻度盘，当用“＋”和“0.6”两接线柱时，能测量的最大电流是____A，对应刻度盘上每一小格代表____A，图中表针示数为____A。

当使用电流表“＋”和“3”两个接线柱时，对应刻度盘上每一小格代表____A，图中表针示数为____A。

图1
图乙为学生实验用的有两个量程的电压表刻度盘，当使用较小量程时，测量电压最大值不得超过________V，每小格表示________V；图中指针示数为________V。

若使用的是较大量程时，则表盘刻度每小格表示________V；图中指针示数为________V。

答案 0.6 0.02 0.48 0.1 2.40 3.0 0.1 1.70 0.5 8.5 突破二 测量电路的接法及选择
1．电流表、电压表测电阻两种方法的比较
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差原因
电流表分压 U 测＝U x ＋U A
电压表分流 I 测＝I x ＋I V
电阻 测量值 R 测＝U 测
I 测＝R x ＋R A ＞R x ，测量值
大于真实值
R 测＝U 测I 测＝R x R V
R x ＋R V ＜R x ，测量值
小于真实值
适用条件 R A ≪R x
R V ≫R x
口诀
大内偏大(大电阻用内接法测量，测量值偏大)
小外偏小(小电阻用外接法测量，测量值偏小)
2.两种电路的选择 (1)阻值比较法
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若R x 较小，宜采用电流表外接法；若R x 较大，宜采用电流表内接法。

(2)临界值计算法
R V R x >R x
R A 时，用电流表外接法。

R x R A >R V
R x 时，用电流表内接法。

(3)试触法若不知R x 的大概阻值，可采用“试触法”，将电路如图2所示连接，空出电压表的一个接头S ，然后将S 分别与a 、b 接触一下。

图2
若电流表“相对变化”明显，说明电压表分流作用较大，应采用电流表内接法；若电压表“相对变化”明显，说明电流表分压作用较大，应采用电流表外接法。

【典例2】 (2014·新课标全国卷Ⅱ，22)，在伏安法测电阻的实验中，待测电阻R x 约为200 Ω，电压表的内阻约为2 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图3(a)或(b)所示，结果由公式R x ＝U
I 计算得出，式中U 与I 分别为电压表和电流表的示数。

若将图(a)和(b)中电路测得的电阻值分别记为R x 1和R x 2，则________(填“R x 1”或“R x 2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值R x 1________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值，测量值R x 2________(填“大于”、“等于”或“小于”)真实值。

图3
解析 由于R V R x ＝2 000200＝10，而R x R A ＝20010＝20，可见R x R A >R V
R x ，应采用题图(a)电路测量更准确，
即R x 1更接近待测电阻的真实值；由于R x 1＝U I ，其中R 真＝U R
I R
，而U >U R ，I ＝I R ，则R x 1>R
真
，即测量值R x 1大于真实值；又由于R x 2＝U I ，R 真＝U R
I R
，其中U ＝U R ，I >I R ，则R x 2<R 真，
即测量值R x 2小于真实值。

答案 R x 1 大于 小于 【变式训练】
2．在用伏安法测电阻的实验中，所用电压表的内阻约为20 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图4所示。

(1)根据各点表示的数据描出I －U 图线，由此求得该电阻的阻值R x ＝________Ω(保留两位有效数字)。

(2)在虚线框内画出“伏安法”测量该电阻的部分电路图。

图4
解析 (1)图线如图所示
R x ＝ΔU
ΔI ＝2.4×103 Ω (2.3×103～2.5×103 Ω) (2)因满足R x R A
>R V
R x
，故采用电流表内接法。

答案 见解析
突破三 滑动变阻器两种接法的选择 1．滑动变阻器两种接法的比较
限流接法
分压接法
对比说明 电路图
串、并联关系不同
负载R 上电压调节范围
RE
R ＋R 0
≤U ≤E 0≤U ≤E 分压电路调节范围大
负载R 上电流调节范围
E R ＋R 0
≤I ≤E
R 0≤I ≤E R 分压电路调节范围大
闭合S 前触头位置 b 端
a 端
都是为保护电路元件
2.两种接法的选择 (1)选择不同接法的原则
⎩⎪⎨⎪⎧
安全性原则⎩⎨
⎧
不超量程在允许通过的最大电流以内电表、电源不接反
方便性原则⎩⎨⎧ 便于调节
便于读数
经济性原则：损耗能量最小
(2)下列情况下滑动变阻器应采用分压接法
①题设条件中所提供的电表量程或电阻的最大允许电流不够。

②题设条件中的滑动变阻器的最大阻值远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻的阻值。

③题设要求回路中某部分电路两端的电压从零开始连续变化。

【典例3】为了测量某待测电阻R x的阻值(约为30 Ω)，有以下一些器材可供选择。

电流表A1(量程0～50 mA，内阻约10 Ω)；
电流表A2(量程0～3 A，内阻约0.12 Ω)；
电压表V1(量程0～3 V，内阻很大)；
电压表V2(量程0～15 V，内阻很大)；
电源E(电动势约为3 V，内阻约为0.2 Ω)；
定值电阻R(20 Ω，允许最大电流1.0 A)；
滑动变阻器R1(0～10 Ω，允许最大电流2.0 A)；
滑动变阻器R2(0～1 kΩ，允许最大电流0.5 A)；
单刀单掷开关S一个，导线若干。

(1)电流表应选________，电压表应选________，滑动变阻器应选________。

(填字母代号)
(2)请在下面的虚线框内画出测量电阻R x的实验电路图。

(要求所测量范围尽可能大)
(3)某次测量中，电压表示数为U时，电流表示数为I，则计算待测电阻阻值的表达式为R x＝________。

解析(1)首先选取唯一性器材：电源E(电动势约为3 V，内阻约为0.2 Ω)，定值电阻R(20 Ω允许最大电流1.0 A)，单刀单掷开关S，导线。

电源电动势约为3 V，所以电压表选择
V1(量程0～3 V，内阻很大)；待测电阻R x的阻值约为30 Ω，流过R x的最大电流为3 V
30 Ω＝0.1 A＝100 mA，如果电流表选择A2(量程0～3 A，内阻约0.12 Ω)，指针偏转很小，测量不准确，所以只能选择A1(量程0～50 mA，内阻约10 Ω)；滑动变阻器R2的全值电阻太大，操作不便，所以滑动变阻器应选R1(0～10 Ω，允许最大电流2.0 A)。

(2)
因为实验要求所测量范围尽可能大，所以滑动变阻器应采用分压接法；因为待测电阻R x 的阻值远小于电压表内阻，所以电流表采用外接法；为了使流过电流表的电流不超过其最大量程，即50 mA ，应给待测电阻串联一个定值电阻R ，起保护作用。

实验原理图如图所示。

(3)根据欧姆定律可得R x ＝U
I －R 。

答案 (1)A 1 V 1 R 1 (2)见解析图 (3)U
I －R 【变式训练】
3．一只小灯泡，标有“3 V ,0.6 W”字样，现用下面给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻。

电源电动势为12 V ，内阻为1 Ω；最大阻值为5 Ω的滑动变阻器；电流表的内阻为1 Ω；电压表的内阻为10 kΩ；开关一个、导线若干。

(1)在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用________(选填“内接”或“外接”)法。

滑动变阻器应采用________(选填“分压式”或“限流式”)接法。

(2)在下面的虚线框内画出你所设计的实验电路图(尽量减小实验误差)。

解析 因小灯泡正常工作时的电阻约为R x ＝U 2
P ＝15 Ω，而电流表、电压表的内阻分别为1 Ω和10 kΩ，满足R V ≫R x ，电流表应外接；实验中因小灯泡两端电压只需3 V ，而电源电动势为12 V ，所以滑动变阻器应采用分压式接法。

答案 (1)外接 分压式 (2)如图所示
1．如图5甲所示为某次测量时电压表的刻度盘的情形，若当时使用的是该表的0～3 V 量
程，那么电压表读数为________V，若当时使用的是该表的0～15 V量程，那么电压表读数应为________V；如图乙所示的电阻箱的读数为________Ω。

图5
解析0～3 V量程最小刻度是0.1 V，要向下估读一位，读1.15 V(由于最后一位是估读的，有偶然误差，读成1.14～1.16 V都算正确)。

0～15 V量程最小刻度为0.5 V，只要求读到0.1 V这一位，所以读5.7 V(5.6～5.8 V都算正确)。

图乙中的电阻箱有6个旋钮，每个旋钮上方都标有倍率，将每个旋钮上指针所指的数值(都为整数)乘以各自的倍率，从最高位依次往下读，即可得到电阻箱的读数为84 580.2 Ω。

答案 1.15(1.14～1.16均可) 5.7(5.6～5.8均可)84 580.2
2．(1)①图6所示的电流表使用0.6 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数是________A；当使用3 A量程时，对应刻度盘上每一小格代表________A，图中表针示数为________A。

②图7所示的电表使用较小量程时，每小格表示________V，图中指针的示数为________V。

若使用的是较大量程，则这时表盘刻度每小格表示________ V，图中表针指示的是________V。

图6图7
(2)旋钮式电阻箱如图8所示，电流从接线柱A流入，从B流出，则接入电路的电阻为______Ω。

今欲将接入电路的电阻改为2 087 Ω，最简单的操作方法是________。

若用两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为________。

图8
解析(1)①电流表使用0.6 A量程时，刻度盘上的每一小格为0.02 A，指针的示数为0.44 A；当换用3 A量程时，每一小格为0.1 A，指针示数为2.20 A。

②电压表使用3 V量程时，每小格表示0.1 V，指针示数为1.40 V；使用15 V量程时，每小格为0.5 V，指针示数为7.0 V。

(2)电阻为1 987 Ω。

最简单的操作方法是将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到0。

每个电阻箱的最大阻值是9 999 Ω，用这样两个电阻箱串联可得到的最大电阻2×9 999 Ω＝19 998 Ω。

故两个这样的电阻箱，则可得到的电阻值范围为0～19 998 Ω。

答案(1)①0.020.440.1 2.20②0.1 1.400.57.0(2)1 987将“×1 k”旋钮调到2，再将“×100”旋钮调到00～19 998 Ω
3．[2014·广东卷，34(1)]某同学设计的可调电源电路如图9(a)所示，R0为保护电阻，P为滑动变阻器的滑片，闭合电键S。

①用电压表测量A、B两端的电压：将电压表调零，选择0～3 V挡，示数如图(b)，电压值为________V。

②在接通外电路之前，为了保证外电路的安全，滑片P应先置于________端。

③要使输出电压U变大，滑片P应向______端滑动。

④若电源电路中不接入R0，则在使用过程中，存在______的风险(填“断路”或“短路”)。

图9
解析①电压表用0～3 V的量程，分度值为0.1 V，故读数应该为1.30 V；②接通电路前，应该使滑片置于A端，使输出电压为0，这样才能起到外电路的安全保证；③要增大输出电压，需要使滑片滑向B端；④如果电路中不接入保护电阻R0，电流过大可能会烧断电路出现断路。

答案①1.30 V②A③B④断路
课堂测验。