小专题---电学实验中的器材选择和电路设计.doc

小专题 电学实验中的器材选择和电路设计一、电路设计1.测量电路的选择（1）伏安法测电阻2．控制电路的选择——滑动变阻器的限流接法和分压接法限流接法分压接法对比说明两种接法电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围≤U≤E0≤U≤E电压能从零开始连续变化分压接法调节范围大负载R上电流调节范围≤I≤0≤I≤分压接法调节范围大闭合S前触头位置b端a端都是为了保护电路元件在具体实验中，滑动变阻器是采用分压式还是限流式，可按以下标准进行判断:（1）负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器总电阻R,需用分压式电路．（2)要求负载上电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调,需用分压式电路．(3）负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不多，并且电压、电流表示数变化不要求从零起调，可采用限流式．（4）两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法消耗的总功率较小．提示:一般情况下，若采用“分压式”接法，则选总阻值较小的滑动变阻器;若采用“限流式"接法，则选用与测量电阻阻值相当的滑动变阻器．二．实验器材的选择（1)安全——不超电表的量程由电路中的欧姆定律或全电路欧姆定律来估算通过测量电路（待测电阻）或控制电路中的电流或电压的最大值；必须满足通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流．(2）精确--实验时电表指针在满偏度的以上(被选中的电流、电压表量程的以上）选择电表时,保证电流和电压均不超过其量程．使指针有较大偏转(一般取满偏度的以上）；使用欧姆表选挡时让指针尽可能在中值刻度附近．（3）便于操作选滑动变阻器时，在满足其他要求的前提下，可选阻值较小的．(4）实验的实际要求．三、实例分析（2013·天津·9（3）)要测绘一个标有“3 V　0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作．乙选用的器材有：电池组(电动势为4。

5 V，内阻约1 Ω）；电流表(量程为0～250 mA，内阻约5 Ω);电压表(量程为0～3 V，内阻约3 kΩ)；电键一个、导线若干．①实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________（填字母代号)．A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A)B．滑动变阻器(最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)②实验的电路图应选用下列的图________(填字母代号）．③实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图1所示．如果将这个小灯泡接到电动势为1.5 V、内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W.图1解析　①测绘小灯泡的伏安特性曲线,要求能较大范围地测量数据，所以控制电路部分应用分压式接法，滑动变阻器应用最大阻值较小和额定电流较大的A②因为小灯泡两端的电压由零逐渐增加到3 V，故滑动变阻器应采用分压式接法．灯泡的电阻R＝＝15 Ω，额定电流I＝＝02 A，由R＝15 Ω<＝ Ω,依据公式法“大内小外”的原则,可知电流表应采用外接法，故选B③在灯泡的I－U图上作出电源的I－U图线，交点坐标即为这个电源给这个灯泡供电时的电压和电流，此时P灯＝IU＝01×1 W＝01 W.答案　①A　②B　③0.11．［实验原理与电路设计］在“描绘小电珠的伏安特性曲线"实验中,除有一标有“6 V　1。

5 W"的小灯泡、导线和开关外，还有：A．直流电源6 V(内阻不计）B．直流电流表0~3 A（内阻01 Ω以下）C．直流电流表0～300 mA（内阻约为5 Ω）D．直流电压表0～10 V（内阻约为15 kΩ)E．滑动变阻器10 Ω，2 AF．滑动变阻器1 kΩ，0.5 A实验要求小电珠两端的电压从零开始变化并能进行多次测量．（1）实验中电流表应选用________，滑动变阻器应选用________（均用序号表示）．(2)在虚线框内画出实验电路图．（3）试将图2所示器材连成实验电路．图2答案　(1)C　E　（2）实验电路图如图所示(3）实物图连线如图所示解析　（1）I额＝ A＝250 mA，故电流表应选C.因要求小电珠两端的电压从零开始变化，滑动变阻器用分压式接法，应选较小阻值的E电学实验电路设计的思路与方法1．首先应明确题目的要求，看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或要求设计达到何种标准的电路等．其设计原则是：安全、方便、经济．2．在测量电路中,一般有电流表内接和外接两种方法，对于给定电表内阻的情况,应先比较R0与待测电阻Rx的关系,其中R0＝，若Rx〉R0，则设计为电流表内接法;若Rx〈R0,则设计为电流表外接法；若电表量程不合适,往往还要用定值电阻对电表进行改装．3．控制电路分滑动变阻器的分压式和限流式两种接法，两种接法的选择方法如下:(1）采用限流式接法时不能控制电流（或电压)满足实验要求，即滑动变阻器阻值调到最大，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表）的量程，或超过待测电阻的额定电流(或额定电压)，则必须选用分压式接法．(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器的最大电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时,应改用分压式接法．（3)若实验中要求测量电路中电压从零开始变化,则必须采用分压式接法．（4）两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、耗能低．(2013·天津高考)要测绘一个标有“3 V、0.6 W"小灯泡的伏安特性曲线,灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V，并便于操作．已选用的器材有：电池组（电动势为4.5 V，内阻约1 Ω)；电流表（量程为0～250 mA，内阻约5 Ω);电压表（量程为0～3 V,内阻约3 kΩ)；开关一个、导线若干．（1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的________（填字母代号）．A．滑动变阻器(最大阻值20 Ω，额定电流1 A）B．滑动变阻器（最大阻值1 750 Ω，额定电流0.3 A)（2)实验的电路图应选用下列的图______(填字母代号)．(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图实.8.1所示，如果将这个小灯泡接到电动势为1。

5 V，内阻为5 Ω的电源两端，小灯泡消耗的功率是________W4）如图所示，将两个这样的小灯泡并联后再与阻值为5 Ω的定值电阻R0串联，接在电压恒定为4 V的电路上，每个小灯泡的实际功率为________W解析】　（1）根据小灯泡标示的额定值可以计算出小灯泡的额定电流I＝＝ A＝02 A，两个滑动变阻器在此电流下都能保证安全，根据测绘小灯泡的伏安特性曲线的要求，小灯泡两端的电压需要从零开始调节，故调节电路中滑动变阻器应采用分压接法．为方便调节应选用最大阻值小的滑动变阻器，故选A；(2）额定电压下小灯泡的阻值R＝＝ Ω＝15 Ω，远小于电压表内阻，故电流表应该采用外接法，所以电路应采用分压外接法，故选B3）在小灯泡的伏安特性曲线图上作出电源的伏安特性曲线（如图)，由两曲线的交点的电流I＝0.10 A,电压U＝1.0 V,得小灯泡消耗的功率P＝IU＝010×10 W＝01 W.（4）设小灯泡两端的电压为U，电流为I，根据闭合电路欧姆定律得：U0＝U＋2IR0，所以U＝－2R0I＋U0,代入数据得U＝－10I＋4,在小灯泡的伏安特性曲线同一坐标系上画出该直线，其交点(U，I）即为小灯泡的实际电压、电流值,可得小灯泡消耗的实际功率P＝UI＝0。

3 W.(II）现有一块灵敏电流计A1，量程为200μA,内阻约为1kΩ,要精确测出其内阻Rg，提供的器材有：电流表A2（量程为1mA，内阻r=50Ω)；滑动变阻器R（阻值范围为0~30Ω）；定值电阻R1（阻值 R1=100Ω)；定值电阻R2(阻值 R2=3kΩ）电源E(电动势约为45V，内阻很小）；单刀单掷开关S一个,导线若干｡▲（1)请利用上述所有器材，设计出合理的､便于多次测量的实验电路图，并保证各电表的示数超过其量程的，将电路图画在题中的虚线框中｡(2）在所测量的数据中选一组，用测量量和已知量来计算A1表的内阻，表达式为Rg= ▲ ,表达式中各符号表示的意义是 ▲ .(Ⅱ)（1)如下图所示;（2）；表示电流表的示数,表示电流表的示数；【解析】本题主要考察伏安法测电阻、测量电路与控制电路的选择；电路图如下所示，待测电流计的电阻远远大于滑动变阻器R的阻值,要想精确测量其电阻即测量多组数据，必须选用分压式接法；电流表与定值电阻串联改装成新的电压表，考虑到能承受的电压较小,故此时不选用;定值电阻可以作为保护电阻，避免和新电压表电压过大而烧毁;由欧姆定律可知,;表示电流表的示数，表示电流表的示数；Ⅱ.（11分）有一电压表V1，其量程为3V，内阻约为3000Ω,要准确测量该电压表的内阻，提供的实验器材有：电源E：电动势约15V,内阻不计； 电流表A1：量程100mA，内阻r1=20Ω ； 电压表V2：量程2V，内阻r2=2000Ω ; 定值电阻R1：阻值20Ω；定值电阻R2：阻值3Ω；滑动变阻器R0：最大阻值10Ω，额定电流1A ；电键一个，导线若干。

1）实验中应选用的电表是 ；定值电阻应选用 2)请你设计一个测量电压表V1的实验电路图，画在虚线框内（3）说明实验所要测量的物理量: （4）写出电压表V1内阻的计算表达式RV1= 11分) (1)V2 ；R1 （各2分)（2）电路图如图所示3分）（3）电压表V1的示数U1 ,电压表V2的示数U2 （各1分)（4）r2 （2分）（2013·北京·21）某同学通过实验测定一个阻值约为5 Ω的电阻Rx的阻值．(1）现有电源(4 V，内阻可不计)、滑动变阻器（0～50 Ω，额定电流2 A）、开关和导线若干，以及下列电表：A．电流表（0~3 A,内阻约0025 Ω）B．电流表（0～06 A，内阻约0125 Ω)C．电压表(0~3 V，内阻约3 kΩ）D．电压表（0~15 V，内阻约15 kΩ）为减小测量误差，在实验中，电流表应选用________,电压表应选用________(选填器材前的字母)；实验电路应采用图25中的________（选填“甲”或“乙"）．图25（2）图26是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线．请根据在（1）问中所选的电路图,补充完成图中实物间的连线．(3）在不损坏电表的前提下，将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端,随滑片P移动距离x的增加，被测电阻Rx两端的电压U也随之增加，下列反映U－x关系的示意图中正确的是________．解析　（1）电源电动势E＝4 V，被测电阻Rx≈5 Ω,则Imax＝＝ A＝0。

8 A,电流表若选A，读数时误差较大,因此电流表应选B;考虑电压表测量电压时的指针转动范围,电压表应选C.由于＞Rx，故电流表应选择外接法． （3）x增加，U随之增加,说明变阻器接入电路的电阻R随x的增加而减小．设变阻器的总阻值为R0，滑片P从一端滑向另一端移动的距离为L.忽略电压表、电流表的内阻对电路的影响，则被测电阻Rx两端电压U＝E＝，由这一关系式分析可知，选项A正确．答案　(1)B　C　甲（2)如图所示(3)5.2　（4)B　。