高考物理二轮复习系列课件23电路设计与仪器选择

23电路设计与仪器 选择 实验电路设计的原则实验电路设计的原则 1 1、安全性、安全性 2 2、精确性、精确性 3 3、方便性、方便性 4 4、误差小、误差小 5 5、仪器少、仪器少 6 6、耗电少、耗电少 专题解说专题解说 知识概要与方法知识概要与方法 专题解说专题解说 一一. .仪器的选择仪器的选择 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：以下原则： 安全性原则：安全性原则： 要保证所用仪器的安全，注意考虑电源的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。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。过的最大电流。 精确性原则：精确性原则： 尽量减小实验误差。选择电表时，在保证尽量减小实验误差。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。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（一般取满偏度的务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/32/3），一般能），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。实验操作和对实验的影响，一般能用小时不用大。对某个对某个 实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。 专题解说专题解说 操作性原则：操作性原则： 实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑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。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：选择的一般步骤是： 找出唯一性的器材；找出唯一性的器材； 草画电路图（暂不把电表接入）；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估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小 值）；值）； 考虑能否都使电表达到满偏的考虑能否都使电表达到满偏的1/31/3以上。以上。 专题解说专题解说二 二. .供电电路与滑动变阻器的选择供电电路与滑动变阻器的选择 限流电路限流电路 设路端电压为设路端电压为U U，滑动变阻器的有效，滑动变阻器的有效 电阻为接线柱电阻为接线柱a a和和P P之间的电阻之间的电阻R RaP aP， ， 灯泡的电阻为灯泡的电阻为R R L L ，则通过灯泡的电流强度为，则通过灯泡的电流强度为 R RL L P P a a b b 灯泡两端的电压为灯泡两端的电压为 若滑动变阻器的总阻值为若滑动变阻器的总阻值为R R，则灯泡两端电压的变化范围，则灯泡两端电压的变化范围 是是 可见可见滑动变阻器的总阻值滑动变阻器的总阻值R R越大，灯泡两端电压的变化范越大，灯泡两端电压的变化范 围越大围越大。但若。但若R R比比R R L L 大得多，则滑动头稍有移动，电流电大得多，则滑动头稍有移动，电流电 压便有很大变化压便有很大变化, ,则不便于调节则不便于调节R R L L 两端的电压两端的电压, ,不宜采用。不宜采用。 专题解说专题解说 分压电路分压电路 设路端电压恒为设路端电压恒为U U，这个电压分布在，这个电压分布在 滑动变阻器的全部电阻丝上，而灯只滑动变阻器的全部电阻丝上，而灯只 分得其中接线柱分得其中接线柱a a和和P P之间的电压。移之间的电压。移 动滑动变阻器的滑片动滑动变阻器的滑片P P，增加，增加a a和和P P之间的电阻之间的电阻R RaP aP ，灯泡 ，灯泡 两端的电压就会随之增大。两端的电压就会随之增大。 R RL L p p a a b b 灯泡两端电压的变化范围是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，且耗能越大节用电器两端电压，且耗能越大. . 使用限流电路时使用限流电路时, ,一般选用滑动变阻器的全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电阻和用电器的电阻相差不多或大几倍, ,在在2525倍为好倍为好, ,这这 样既便于调节样既便于调节, ,用电器两端电压变化范围又比较大用电器两端电压变化范围又比较大. .若过小若过小, , 则不能有效地控制电流则不能有效地控制电流, ,过大则控制电流不平稳过大则控制电流不平稳, ,会造成电会造成电 流值跳跃太大流值跳跃太大. . 专题解说专题解说 a a用电器两端电压要求变化范围较大，或从零开始连读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。可调，应选分压电路。 b b如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于用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。电器的额定电流，应选分压电路。 c c如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值小得多，为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。了能使用电器两端电压有较大变化，应选分压电路。 d d如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值相差不多，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。路简单考虑，应选限流电路。 使用分压电路时，使用分压电路时，一般选用滑动变阻器的一般选用滑动变阻器的 全电阻小于用电器的电阻全电阻小于用电器的电阻, , 在在0.10.50.10.5倍之间为好倍之间为好。即阻。即阻 值小些值小些, ,以获得较大的电流输出。以获得较大的电流输出。 选用限流电路还是选用分压电路选用限流电路还是选用分压电路, ,以下几点可作参考以下几点可作参考 : : 由于电流表、电压表内阻的影响，不由于电流表、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管采用电流表内接还是外接都将会引 起实验的误差。（起实验的误差。（如在伏安法测电阻如在伏安法测电阻 时，内接法测量结果偏大，外接法测时，内接法测量结果偏大，外接法测 量结果偏小。）量结果偏小。） 内接法的测量误差是由于电流表的内接法的测量误差是由于电流表的 分压作用而产生的分压作用而产生的, ,由串联电路中电由串联电路中电 压与电阻成正比压与电阻成正比, ,可知当可知当R R A A RR时，电时，电 压表的分流作用可忽略不计，此时测量值很接近真实值，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。可见，测量小电阻时宜采用外接法。 专题解说专题解说 三、测量电路的选择三、测量电路的选择 V V A A R R 内接法内接法 V V A A R R 外接法外接法 专题解说专题解说如何确定如何确定R R值是较大还是较小？值是较大还是较小？ 当被测电阻与电压表内阻的关系满足当被测电阻与电压表内阻的关系满足R R V V RR即即R R V V /R1/R1时时 应采用应采用“ “外接法外接法” ”较准确；较准确； 当被测电阻与电流表的内阻相比满足 RARxRx，故采用电流表的外接法。，故采用电流表的外接法。 3 3、确定控制电路、确定控制电路 因滑动变阻器的全值因滑动变阻器的全值R R 0 0 大于大于 被测电阻阻值被测电阻阻值RxRx，故考虑滑动，故考虑滑动 变阻器的限流接法（采用限流变阻器的限流接法（采用限流 接法时，通过接法时，通过RxRx的最大电流为的最大电流为 0.45A0.45A，最小电流为，最小电流为0.11A0.11A，较，较 符合实验要求）。符合实验要求）。 专题聚焦专题聚焦 专题聚焦专题聚焦 例例3.3.有一电阻有一电阻R,R,其阻值大约在其阻值大约在4040至至5050 之间之间, ,需进一步测定其阻值需进一步测定其阻值, ,现有下列器材：现有下列器材： 电池组电池组,电动势为电动势为9V,9V,内阻忽略不计；内阻忽略不计； 电压表电压表, ,量程为量程为0 0至至1010, ,内阻内阻2020； 电流表电流表A A 1 1 , ,量程为量程为0 0至至5050, ,内阻约内阻约2020； 电流表电流表A A 2 2 , ,量程为量程为0 0至至300m300m, ,内阻约内阻约44； 滑动变阻器滑动变阻器R R 1 1 , ,阻值范围为阻值范围为0 0至至100,100,额定电流额定电流1A1A； 滑动变阻器滑动变阻器R R 2 2 , ,阻值范围为阻值范围为0 0至至1700,1700,额定电流额定电流0.30.3; ; 开关及导线若干开关及导线若干 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 在实验中应选在实验中应选 电流表和电流表和 滑动变阻器滑动变阻器 V V A A R RX X rr R R 解解: :首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流 表表A A 1 1 ，则，则I I m m 0.14A0.14A超过了超过了 A A1 1 的量程的量程. . 专题聚焦专题聚焦 假设选电流表假设选电流表 A A2 2 ，则，则I I / / m m 0.18A 0.18A，未超出未超出A A 2 2 的的 量程，故应选电流表量程，故应选电流表A A 2 2 . . 对滑动变阻器的选择。假没选对滑动变阻器的选择。假没选R R 1 1 ，电路中的最小电流约为，电路中的最小电流约为 I I minmin 0.06A 0.06A， 故电路中的电流强度范围为故电路中的电流强度范围为0.06A0.06A0.18A0.18A 假设选假设选R R 2 2 ，电路中的最小电流约为，电路中的最小电流约为 I I / / minmin 0.005A,0.005A, 故电路中的电流强度范围为0.005A - 0.18A， 因为电流表因为电流表A A 2 2 的量程为的量程为0.30.3, ,电流强度为电流强度为0.060.06时时, ,仅仅 为电流表为电流表A A 2 2 量程的量程的1/5,1/5,如果移动滑动变阻器阻值再增大如果移动滑动变阻器阻值再增大, , 其电流表的示数将更小其电流表的示数将更小, ,读数误差会更大读数误差会更大, ,因此对于因此对于R R 2 2 而言而言 , ,有效的调节长度太小有效的调节长度太小, ,将导致电流强度值随滑动片位置的将导致电流强度值随滑动片位置的 变化太敏感变化太敏感. .调节不方便调节不方便, ,故应选滑动受阻器故应选滑动受阻器R