幾種重要的電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的接法與選取原則

幾種重要的電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的接法與選取原則一、伏安法測(cè)電阻1．原理：根據(jù)歐姆定律R＝eq\f(U,I)，只要測(cè)量出待測(cè)電阻Rx兩端的電壓U及流過(guò)的電流I即可．2．測(cè)量器材：電流表、電壓表3．電流表的內(nèi)接法和外接法的比較內(nèi)接法外接法電路圖內(nèi)接法外接法誤差原因電流表分壓U測(cè)＝Ux＋UA電壓表分流I測(cè)＝Ix＋I(xiàn)V電阻測(cè)量值R測(cè)＝eq\f(U測(cè),I測(cè))＝Rx＋RA>Rx測(cè)量值大于真實(shí)值R測(cè)＝eq\f(U測(cè),I測(cè))＝eq\f(RxRV,Rx＋RV)<Rx測(cè)量值小于真實(shí)值適用條件RA?RxRV?Rx適用于測(cè)量大電阻小電阻4.兩種電路的選擇(1)阻值比較法：若已知待測(cè)電阻估計(jì)值，先將待測(cè)電阻值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法．簡(jiǎn)單概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小”．(2)臨界值計(jì)算法當(dāng)Rx<eq\r(RVRA)時(shí)Rx為小電阻，用電流表外接法；當(dāng)Rx>eq\r(RVRA)時(shí)Rx為大電阻，用電流表內(nèi)接法．(3)實(shí)驗(yàn)試探法：按圖所示接好電路，讓電壓表的一根接線(xiàn)柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則采用電流表內(nèi)接法．【重點(diǎn)提示】不論采取哪種接法，總會(huì)存在誤差，之所以選取內(nèi)、外接法，只是為減小誤差罷了．例1有一未知電阻Rx，為較準(zhǔn)確地測(cè)出其阻值，先后用圖(a)、(b)兩種電路進(jìn)行測(cè)試，利用(a)測(cè)得數(shù)據(jù)為“V，mA”，利用(b)測(cè)得數(shù)據(jù)為“V,mA”，那么，該電阻測(cè)得較準(zhǔn)確的數(shù)值及它比真實(shí)值偏大或偏小的情況是()A．560Ω，偏大B．560Ω，偏小C．700Ω，偏小D．700Ω，偏大二、滑動(dòng)變阻器的限流式接法和分壓式接法1．兩種接法比較方式內(nèi)容限流式接法分壓式接法對(duì)比說(shuō)明兩種接法電路圖串、并聯(lián)關(guān)系不同方式內(nèi)容限流式接法分壓式接法對(duì)比說(shuō)明負(fù)載R上電壓調(diào)節(jié)范圍eq\f(RE,R＋R0)≤U≤E0≤U≤E分壓電路調(diào)節(jié)范圍大負(fù)載R上電流調(diào)節(jié)范圍eq\f(E,R＋R0)≤I≤eq\f(E,R)0≤I≤eq\f(E,R)分壓電路調(diào)節(jié)范圍大閉合S前觸頭位置b端a端都是為了保護(hù)電路元件由上表可以看出：滑動(dòng)變阻器的分壓式接法中，電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍大，限流式接法較節(jié)能．2．兩種接法的選擇(1)例如變阻器的全阻值是20Ω，而用電器的電阻是200Ω，用限流電路時(shí)，總電阻的變化范圍是200Ω至220Ω，電流變化范圍太??；若用分壓電路，電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍就可以很大．所以，只能用分壓電路．如果變阻器的阻值比用電器的阻值大，如用電器的電阻是200Ω，變阻器的全阻值是400Ω或者更大一些，變阻器滑片的移動(dòng)將使電流或者電壓有明顯的變化，就可以采用限流電路了．結(jié)論1：如果滑動(dòng)變阻器的全阻值比用電器電阻小時(shí)用分壓電路．反之采用限流電路．(2)兩種電路的調(diào)節(jié)范圍是不同的，例如用電器(電阻R)電阻20Ω，變阻器的全阻值是20Ω，電源內(nèi)電阻不計(jì)，電動(dòng)勢(shì)為6V.若采用分壓電路，R兩端電壓的調(diào)節(jié)范圍是0V～6V，若采用限流電路，用電器兩端電壓調(diào)節(jié)范圍是3V～6V.顯然分壓電路的電壓調(diào)節(jié)范圍大得多，而且是從零開(kāi)始的，這是分壓電路的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)．結(jié)論2：如果題目要求“盡量大的調(diào)節(jié)范圍時(shí)”，或者要求用電器的“電壓(或電流)從零開(kāi)始”時(shí)，只能用分壓電路．(3)如果用電器為“0.5A,W”的電阻，用12V的電源向用電器供電，現(xiàn)有一個(gè)全阻值為10Ω的變阻器，怎樣連接才能使用電器正常工作呢？用電器電阻為10Ω，若將變阻器接限流電路，即使變阻器取最大值，電路中的電流(0.6A)也會(huì)超過(guò)用電器的額定電流，可見(jiàn)在這種情況下用限流電路是不安全的．若采用分壓電路，只要注意滑片位置，就可以保證安全．另外，有些情況雖然最小電流不超過(guò)額定電流(或電表量程)，但已接近額定電流(或電表量程)時(shí)，這樣電流的調(diào)節(jié)范圍太小，此時(shí)，也不能用限流電路，而應(yīng)采用分壓電路．結(jié)論3：當(dāng)變阻器阻值過(guò)小，作限流接法不能把電流(電壓)限制在安全范圍內(nèi)時(shí)，只能用分壓電路．(4)有些情況(經(jīng)判斷)既可采用限流式，又可采用分壓式，應(yīng)采用哪種電路呢？計(jì)算表明，分壓電路消耗的電功率比限流電路要大，并且分壓電路復(fù)雜，最好采用限流電路．結(jié)論4：用分壓電路，消耗的功率大得多．所以，在兩種電路都可以用的情況下，要優(yōu)先選用限流電路．例2一只小燈泡，標(biāo)有“3V,W”字樣．現(xiàn)用如圖所給出的器材測(cè)量該小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R1.已知：滑動(dòng)變阻器最大阻值為10Ω；電源電動(dòng)勢(shì)為12V，內(nèi)阻為1Ω；電流表內(nèi)阻約為1Ω，電壓表的內(nèi)阻約為10kΩ.(1)在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中，為了盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，電流表應(yīng)采用________(選填“內(nèi)接”或“外接”)法．滑動(dòng)變阻器的連接方式應(yīng)采用________(選填“分壓式”或“限流式”)．(2)將你所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖(盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差)畫(huà)在虛線(xiàn)框中．(3)用筆畫(huà)線(xiàn)當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖將實(shí)物圖連成完整的電路(圖中有三根導(dǎo)線(xiàn)已經(jīng)接好)．開(kāi)始時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭應(yīng)該移到最________端(選填“左”或“右”)．(4)若小燈泡發(fā)光較暗時(shí)的電阻為R2，你根據(jù)所學(xué)的知識(shí)可判斷出R1與R2的大小關(guān)系為：R1________R2(選填“大于”“等于”或“小于”)．跟蹤訓(xùn)練1用伏安法測(cè)金屬電阻Rx(約為5Ω)的值，已知電流表內(nèi)阻為1Ω，量程為0.6A，電壓表內(nèi)阻為幾千歐，量程為3V，電源電動(dòng)勢(shì)為9V，滑動(dòng)變阻器的阻值為0～6Ω，額定電流為5A，試畫(huà)出測(cè)量Rx的原理圖三、電學(xué)實(shí)驗(yàn)中儀器的選取電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，合理地選擇實(shí)驗(yàn)器材，在確保實(shí)驗(yàn)順利完成以及提高實(shí)驗(yàn)的精確度和安全度等方面都是十分重要的．在實(shí)驗(yàn)器材的選取上應(yīng)遵循以下幾種原則：(1)可行性原則：要根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)際條件選用合適的儀器使實(shí)驗(yàn)切實(shí)可行，以達(dá)到目的．比如手頭有兩個(gè)電壓表，一個(gè)量程是3V，另一個(gè)是15V，要測(cè)量的元件的電壓可達(dá)到10V，從可行性原則上分析，當(dāng)然只能選用15V量程的電壓表了．(2)安全性原則：因?yàn)楦鞣N電表均有量程，用電器及電源都有最大允許電流或功率，因此選擇電表時(shí)應(yīng)考慮其量程不小于或接近用電器的最大允許電流或電壓，另外，電路中的控制器材(如滑動(dòng)變阻器、保護(hù)電阻等)應(yīng)能夠?qū)㈦妷?、電流控制在安全范圍以?xún)?nèi)，否則將燒壞用電器或測(cè)量電表．(3)準(zhǔn)確性原則：根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要，選取精度合適的測(cè)量?jī)x器．如：電器中電流是毫安級(jí)的，應(yīng)選毫安電流表而不應(yīng)選量程幾安培的電流表．特別注意的是電表的量程不是越大越好．如電壓表、電流表測(cè)量時(shí)，應(yīng)使表針在eq\f(1,3)或eq\f(1,2)至滿(mǎn)偏范圍內(nèi)讀取測(cè)量值，指針偏角太小讀取的測(cè)量值誤差會(huì)很大．當(dāng)然也不是越精越好，只要精度夠用就行．比如測(cè)單擺擺長(zhǎng)，精確到毫米即可．(4)可操作性原則：實(shí)驗(yàn)時(shí)要調(diào)節(jié)方便，易于操作．比如對(duì)滑動(dòng)變阻器，如果是用分壓法連入電路的，則應(yīng)選用小阻值的滑動(dòng)變阻器，只有這樣，在移動(dòng)滑動(dòng)觸頭時(shí)，相應(yīng)的用電器上的電壓變化才會(huì)明顯，電壓變化與滑動(dòng)距離幾乎成線(xiàn)性關(guān)系．如果選用大阻值的滑動(dòng)變阻器，就會(huì)出現(xiàn)在移動(dòng)滑動(dòng)觸頭時(shí)，剛開(kāi)始時(shí)用電器上的電壓幾乎不變，過(guò)了某位置后又突然增大的現(xiàn)象，不易操作，也會(huì)帶來(lái)較大誤差．綜上所述，實(shí)驗(yàn)儀器的選擇要同時(shí)兼顧多種因素的影響，考慮盡量全面，切不可只顧某一方面的要求而忽視其它條件的制約．下面對(duì)幾種常用的電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材的選取給出指導(dǎo)性意見(jiàn)1．電源的選?。弘娫词菫閷?shí)驗(yàn)電路供電的，若給出多種電動(dòng)勢(shì)的電源，應(yīng)由用電器的額定電壓或?qū)嶒?yàn)過(guò)程中的最大電流(U＝IR)決定．一般應(yīng)使電動(dòng)勢(shì)等于額定電壓或電路中最大電壓．2．電壓表的選?。孩倭砍虘?yīng)大于用電器的額定電壓②測(cè)量時(shí)指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)大于eq\f(1,3)量程，并不是量程越大越好，這樣可減少“電壓表指針偏角越小誤差越大”造成的誤差．③根據(jù)電源電動(dòng)勢(shì)判斷：量程應(yīng)接近電源電動(dòng)勢(shì)或稍小于電動(dòng)勢(shì)．④由實(shí)驗(yàn)中的最大電流(U＝IR)選定電壓表量程．另外，兩種表量程接近，取內(nèi)阻較大的，這樣電壓表分流造成的誤差?。?．滑動(dòng)變阻器的選取：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，若滑動(dòng)變阻器用于限流式接法應(yīng)使其總阻值大于待測(cè)電阻或用電器的電阻，以便電流有較大的調(diào)節(jié)范圍；若用分壓式接法應(yīng)使滑動(dòng)變阻器總阻值小于待測(cè)電阻或用電器的阻值，以滿(mǎn)足調(diào)節(jié)方便之原則．4．電流表的選?。寒?dāng)實(shí)驗(yàn)電路原理圖確定后，電源、滑動(dòng)變阻器也選定后，最后確定電流表．①由用電器的額定電流確定電流表的量程．一般應(yīng)使電流表量程接近或大于額定電流．②根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖，估算電路中的最大電流(I最大＝eq\f(E,R最小))和最小電流(I最?。絜q\f(E,R最大))即可確定電流表量程．特別注意，在選取電流表時(shí)，多數(shù)情況都要根據(jù)題目要求，估算電路中的電流才能確定電流表的量程．例3(2022·泉州質(zhì)檢)某同學(xué)要測(cè)量一定值電阻Rx(約300Ω)的阻值，現(xiàn)提供了下表中的器材：電池組E(電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻很小)滑動(dòng)變阻器R1(0～20kΩ，額定電流1A)電壓表V1(量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ)滑動(dòng)變阻器R2(0～20Ω，額定電流2A)電流表A1(量程0～10mA，內(nèi)電阻約5Ω)開(kāi)關(guān)S電流表A2(量程0～0.6A，內(nèi)電阻約Ω)導(dǎo)線(xiàn)若干為了使實(shí)驗(yàn)便于操作，且使實(shí)驗(yàn)誤差盡可能小，則：(1)電流表應(yīng)選用________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用________(均填寫(xiě)字母代號(hào))；(2)在圖甲虛線(xiàn)框內(nèi)畫(huà)出測(cè)量電路的原理圖(電路中各器材要求用題中給定的符號(hào)標(biāo)出)；(3)若該同學(xué)已正確選用器材，并連接好部分實(shí)驗(yàn)電路如圖乙所示，請(qǐng)?jiān)趫D乙中完成其余的電路連接．例4.有一個(gè)電阻，其阻值大約在40Ω―50Ω之間，現(xiàn)要進(jìn)一步準(zhǔn)確地測(cè)量其電阻，需測(cè)量多組數(shù)據(jù)，手邊現(xiàn)有器材如下：

電源E（電動(dòng)勢(shì)12V，內(nèi)阻為Ω）；

電壓表（0―3―15V，內(nèi)阻約為10KΩ）；

電流表（0――3A，內(nèi)阻約為1Ω）；

滑動(dòng)變阻器R1（阻值0―10Ω，額定電流2A）；

滑動(dòng)變阻器R2（阻值0―1750Ω，額定電流0.3A）；

開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線(xiàn)若干。

①電壓表的量程應(yīng)選

，電流表的量程應(yīng)選

，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

。

②在虛線(xiàn)方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。

例5.有一個(gè)電阻R，其阻值大約在40Ω～50Ω之間，現(xiàn)要進(jìn)一步測(cè)量電阻，手邊現(xiàn)有如圖1所示的器材：

電源E（電動(dòng)勢(shì)12V，內(nèi)阻為Ω）

電壓表（0～3V，0～15V，內(nèi)阻約為10kΩ）

電流表（0～0.6A，0～3A，內(nèi)阻約1Ω）

滑動(dòng)變阻器R1（阻值0～10Ω，額定電流2A）

滑動(dòng)變阻器R2（阻值0～1700Ω，額定電流0.3A）

開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線(xiàn)若干

（1）電壓表的量程應(yīng)選______，電流表的量程應(yīng)選______，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用______；

（2）請(qǐng)?jiān)谌鐖D2所示方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖；

（3）用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，在實(shí)物圖上連好實(shí)驗(yàn)電路．例6.某同學(xué)用如圖1所示電路，測(cè)繪標(biāo)有“，0.3A”的小燈泡的燈絲電阻R

隨電壓U變化的圖象．

①除了導(dǎo)線(xiàn)和開(kāi)關(guān)外，有以下一些器材可供選擇：

電流表：A1（量程100mA，內(nèi)阻約2Ω）、A2（量程0.6A，內(nèi)阻Ω）；

電壓表：V1（量程5V，內(nèi)阻約5kΩ）、V2（量程15V，內(nèi)阻約15kΩ）；

滑動(dòng)變阻器：R1（阻值范圍0-100Ω）、R2（阻值范圍0-2kΩ）；

電源：E1（電動(dòng)勢(shì)為，內(nèi)阻為Ω）、E2（電動(dòng)勢(shì)為4V，內(nèi)阻約為Ω）．

為了調(diào)節(jié)方便，測(cè)量準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表______，電壓表______，滑動(dòng)變阻器______，電源______（填器材的符號(hào)）．

②根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算并描繪出R-U的圖象如圖2所示．由圖象可知，此燈泡在不工作時(shí)，燈絲電阻為_(kāi)_____；當(dāng)所加電壓為時(shí)，燈絲電阻為_(kāi)_____，燈泡實(shí)際消耗的電功率為_(kāi)_____W．

③根據(jù)R-U圖象，可確定小燈泡耗電功率P與外加電壓U的關(guān)系．符合該關(guān)系的示意圖是下列圖中的______．

四、電表的讀數(shù)方法1.分度值是1（包括、等）的，采用1/10估讀法，讀到分度值的下一位。2.分度值是5（包括、等），采用1/5估讀法，即五分之幾格估讀法，估讀位與分度值所在的位數(shù)相同。這兩種讀數(shù)規(guī)則在高考中沒(méi)有爭(zhēng)議。3.分度值是2（包括、等）的讀數(shù)怎樣估讀，不同的資料采用的估讀方法是不同的。（一）最小分度是“2”的傳統(tǒng)讀法用1/2估讀法：即不足半小格的舍去，超過(guò)半小格的按半格估讀，接近滿(mǎn)格的按滿(mǎn)格估讀。估讀位與分度值在同一位。例如：按照有效數(shù)字規(guī)則讀出下列電流表的測(cè)量值①接0-3A量程時(shí)讀數(shù)為_(kāi)_______A.②接0-0.6A量程時(shí)讀數(shù)為_(kāi)______A.【答案】1.76A,0.35A,【解析】當(dāng)用0-3A量程時(shí)，分度值為0.1A，采用1/10估讀，讀到分度值的下一位，讀為1.76A。當(dāng)用0-0.6A量程時(shí)，分度值為0.02A，采用1/2估讀法，超過(guò)mA格右邊的半格，按半格估讀為。再如，2022年高考理綜福建卷第19題（2）某研究性學(xué)習(xí)小組欲測(cè)定