高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)總結(jié)

/高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)總結(jié)一、難點(diǎn)形成的原因

1、對(duì)電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)則認(rèn)識(shí)模糊，導(dǎo)致讀數(shù)的有效數(shù)字錯(cuò)誤

2、對(duì)滑動(dòng)變阻器的限流、分壓兩種控制電路的原理把握不準(zhǔn)，導(dǎo)致控制電路選用不當(dāng)

3、對(duì)實(shí)驗(yàn)測量電路、電學(xué)儀器的選用原則把握不準(zhǔn)，導(dǎo)致電路、儀器選用錯(cuò)誤

4、對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容“電阻的測量”方法無明確的歸類，導(dǎo)致思路混亂

5、對(duì)于創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)平時(shí)缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)思想方法（如模擬法，轉(zhuǎn)換法，放大法，比較法，替代法等）進(jìn)行歸納，在全新的實(shí)驗(yàn)情景下，找不到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，無法設(shè)計(jì)合理可行的方案。受思維定勢影響，缺乏對(duì)已掌握的實(shí)驗(yàn)原理，儀器的使用進(jìn)行新情境下的遷移利用，缺乏創(chuàng)新意識(shí)。

二、難點(diǎn)突破

1、電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)則：

電流表量程一般有兩種——0.1~0.6A，0~3A；電壓表量程一般有兩種——0~3V，0~15V。如圖10-1所示：

因?yàn)橥粋€(gè)電流表、電壓表有不同的量程，因此，對(duì)應(yīng)不同的量程，每個(gè)小格所代表的電流、電壓值不相同，所以電流表、電壓表的讀數(shù)比較復(fù)雜，測量值的有效數(shù)字位數(shù)比較容易出錯(cuò)。下面是不同表，不同量程下的讀數(shù)規(guī)則：

電壓表、電流表若用0~3V、0~3A量程，其最小刻度（精確度）分別為0.1V、0.1A，為10分度儀表讀數(shù)，讀數(shù)規(guī)則較為簡單，只需在精確度后加一估讀數(shù)即可。

如圖所示，電壓表讀數(shù)為1.88V，電流表讀數(shù)為0.83A。若指針恰好指在2上，則讀數(shù)為2.00V（或A）。

電壓表若用0~15V量程，則其最小刻度為0.5V，為2分度儀表讀數(shù)，所讀數(shù)值小數(shù)點(diǎn)后只能有一位小數(shù)，也必須有一位小數(shù)。

如圖所示，若指針指在整刻度線上，如指在10上應(yīng)讀做10.0V，指在緊靠10刻度線右側(cè)的刻度線上（即表盤上的第21條小刻度線）讀數(shù)為10.5V，若指在這兩條刻度線間的中間某個(gè)位置，則可根據(jù)指針靠近兩刻度線的程度，分別讀做10.1V，或10.2V，或10.3V，或10.4V，即使是指在正中央，也不能讀做10.25V，若這樣，則會(huì)出現(xiàn)兩位不準(zhǔn)確的數(shù)，即小數(shù)點(diǎn)后的2和5，不符合讀數(shù)規(guī)則，如上圖中所示，讀數(shù)應(yīng)為9.3V。

電流表若用0-0.6A量程，則其最小刻度為0.02A，為5分度儀表讀數(shù)，其讀數(shù)規(guī)則及0—15V電壓表相似，所讀數(shù)值小數(shù)點(diǎn)后只能有兩位小數(shù)，也必須有兩位小數(shù)。

如上圖所示，電流表讀數(shù)為0.17A，若指針指在第11條刻度線上，則讀數(shù)為0.22A，指在第10條刻度線上，讀數(shù)為0.20A，指在第12條刻度線上，讀數(shù)為0.24A。

2、滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分析

滑動(dòng)變阻器是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的儀器，近幾年高考電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)命題對(duì)其應(yīng)用多次直接或滲透考查.如何選擇滑動(dòng)變阻器的接法設(shè)計(jì)控制電路仍是歷屆考生應(yīng)考的難點(diǎn).

滑動(dòng)變阻器的限流接法及分壓接法的特點(diǎn)：如圖10-2所示的兩種電路中，滑動(dòng)變阻器（最大阻值為R0）對(duì)負(fù)載RL的電壓、電流強(qiáng)度都起控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖（a）電路稱為限流接法，圖（b）電路稱為分壓接法.

①限流法.如圖（a）所示，待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為.顯然，當(dāng)R0<<RL時(shí)，在移動(dòng)滑動(dòng)觸頭的過程中，電流的變化范圍很小，總電流幾乎不變，UL也幾乎不變，無法讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)R0>>RL時(shí)，滑動(dòng)觸頭在從b向a滑動(dòng)的過程中，先是電流表、電壓表的示數(shù)變化不大，后來在很小的電阻變化范圍內(nèi)，電流表、電壓表的讀數(shù)變化很快，也不方便讀數(shù)，只有當(dāng)RL及R0差不多大小時(shí)，才能對(duì)電流、電壓有明顯的調(diào)控作用.在同樣能達(dá)到目的的前提下，限流法較為省電，電路連接也較為簡單.

②分壓法.如圖（b）所示，待測電阻上電壓調(diào)節(jié)范圍為0～E，且R0相對(duì)于RL越小，R上的電壓變化的線性就越好.當(dāng)R0>>RL時(shí)，盡管UL變化范圍仍是0～E，但數(shù)據(jù)幾乎沒有可記錄性，因?yàn)樵谶@種情況下，滑片從左端滑起，要一直快到右端時(shí)，電壓表上示數(shù)一直幾乎為零，然后突然上升到E，對(duì)測量幾乎沒有用處.因此，分壓接法要用全阻值較小的滑動(dòng)變阻器。

滑動(dòng)變阻器的限流接法及分壓接法：兩種電路均可調(diào)節(jié)負(fù)載電阻電壓和電流的大小，但在不同條件下，調(diào)節(jié)效果大不一樣，滑動(dòng)變阻器以何種接法接入電路，應(yīng)遵循安全性、精確性、節(jié)能性、方便性原則綜合考慮，靈活選取.

1.下列三種情況必須選用分壓式接法

（1）要求回路中某部分電路電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(shí)（如：測定導(dǎo)體的伏安特性、校對(duì)改裝后的電表等電路），即大范圍內(nèi)測量時(shí)，必須采用分壓接法.

（2）當(dāng)用電器的電阻RL遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的最大值R0時(shí)，必須采用分壓接法.因?yàn)榘磮D（b）連接時(shí)，因RL>>R0＞Rap,所以RL及Rap的并聯(lián)值R并≈Rap，而整個(gè)電路的總阻值約為R0，那么RL兩端電壓，顯然UL∝Rap,且Rap越小，這種線性關(guān)系越好，電表的變化越平穩(wěn)均勻，越便于觀察和操作.

（3）若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓（或電流）的最小值仍超過RL的額定值時(shí)，只能采用分壓接法.

（1）測量時(shí)對(duì)電路中的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只是小范圍內(nèi)測量，且RL及R0相差不大或RL略小于R0，采用限流式接法.

（2）電源的放電電流或滑動(dòng)變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時(shí)，采用限流式接法.

（3）沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時(shí)，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素優(yōu)先采用限流式接法.

例1：如圖10-3所示，滑動(dòng)變阻器電阻最大值為R，負(fù)載電阻R1=R，電源電動(dòng)勢為E,內(nèi)阻不計(jì).

（1）當(dāng)K斷開，滑動(dòng)頭c移動(dòng)時(shí)，R1兩端的電壓范圍是多少？

（2）當(dāng)K閉合，滑動(dòng)頭c移動(dòng)時(shí)，R1兩端的電壓范圍是多少？

（3）設(shè)R的長度ab=L,R上單位長度的電阻各處相同，a、c間

長度為x，當(dāng)K接通后，加在R1上的電壓U1及x的關(guān)系如何？

【審題】電鍵斷開或閉合導(dǎo)致電路出現(xiàn)兩種截然不同的控制電路：限流和分壓，把握限流和分壓電路的原理是關(guān)鍵

【解析】（1）若K斷開，則該控制電路為滑動(dòng)變阻器的限流接法，故≤U1≤E

（2）若K閉合，則該控制電路為滑動(dòng)變阻器的分壓接法，故0≤U1≤E

（3）

【總結(jié)】該題考察兩種控制電路的原理即兩者獲取的控制電壓范圍不同

例2：用伏安法測量某一電阻Rx阻值，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下：待測電阻Rx（阻值約5Ω,額定功率為1W）；電流表A1（量程0~0.6A,內(nèi)阻0.2Ω）;電流表A2（量程0~3A，內(nèi)阻0.05Ω）;電壓表V1（量程0~3V，內(nèi)阻3kΩ）;電壓表V2（量程0~15V，內(nèi)阻15kΩ）;滑動(dòng)變阻器R0（0~50Ω）,蓄電池（電動(dòng)勢為6V）、開關(guān)、導(dǎo)線.

為了較準(zhǔn)確測量Rx阻值，電壓表、電流表應(yīng)選________，并畫出實(shí)驗(yàn)電路圖.

【審題】該題要求選擇實(shí)驗(yàn)儀器、測量電路及控制電路，因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的全阻值大于被測電阻Rx，故首先考慮滑動(dòng)變阻器的限流接法

【解析】由待測電阻Rx額定功率和阻值的大約值，可以計(jì)算待測電阻Rx的額定電壓、額定電流的值約為

因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的全阻值大于被測電阻Rx，故首先考慮滑動(dòng)變阻器的限流接法，若用限流接法，則被測電阻Rx上的最小電流為

，因該實(shí)驗(yàn)沒有對(duì)電流、電壓的調(diào)節(jié)范圍未作特殊要求，故用限流電路.電路如圖10-4所示.

【總結(jié)】滑動(dòng)變阻器全阻值相對(duì)待測電阻較大，用分壓接法不便于調(diào)節(jié)，故限流接法是首選，只要能保證安全且有一定的調(diào)節(jié)范圍即可。

例3：用伏安法測量一個(gè)定值電阻的器材規(guī)格如下：待測電阻Rx（約100Ω）;直流電流表（量程0~10mA、內(nèi)阻50Ω）;直流電壓表（量程0~3V、內(nèi)阻5kΩ）;直流電源（輸出電壓4V、內(nèi)阻不計(jì)）；滑動(dòng)變阻器（0~15Ω、允許最大電流1A）；開關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線若干.根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求畫出實(shí)驗(yàn)電路圖.

【審題】本題只需要判斷測量電路、控制電路的接法，各儀器的量程和電阻都已經(jīng)給出，只需計(jì)算兩種接法哪種合適。

【解析】用伏安法測量電阻有兩種連接方式，即電流表的內(nèi)接法和外接法，由于，故電流表應(yīng)采用外接法.在控制電路中，若采用變阻器的限流接法，當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)至最大，通過負(fù)載的電流最小，此時(shí)電流仍超過電流表的量程，故滑動(dòng)變阻器必須采用分壓接法.如圖10-5所示.

【總結(jié)】任一種控制電路必須能保證電路的安全，這是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的首要原則，限流接法雖然簡潔方便，但必須要能夠控制電路不超過電流的額定值，同時(shí)，能夠保證可獲取一定的電壓、電流范圍，該題中，即便控制電流最小值不超過電流表的量程，因滑動(dòng)變阻器全阻值相對(duì)電路其它電阻過小，電流、電壓變化范圍太小，仍不能用限流接法。

3、實(shí)驗(yàn)電路和電學(xué)儀器的選擇

（1）電路的選擇

①安培表內(nèi)、外接電路的選擇

由于電壓表的分流作用和電流表的分壓作用，造成表的示數(shù)及通過負(fù)載的電壓或電流真實(shí)值之間產(chǎn)生誤差，為減小此系統(tǒng)誤差，應(yīng)慎重選擇電流表的內(nèi)外接法，選擇方法如下：

1、直接比較法：

當(dāng)待測電阻阻值Rx<<RV時(shí)，伏特表分流很小，選擇安培表外接電路；

當(dāng)待測電阻阻值Rx>>RA時(shí)，安培表分壓很小，選擇安培表內(nèi)接電路。

2、臨界值計(jì)算比較法：

當(dāng)待測電阻阻值及電壓表、電流表的阻值相差不多時(shí)，如何確定被測電阻R是較大還是較小呢？我們要計(jì)算兩種接法的相對(duì)誤差，可用及相比較.

3、測試判斷法（試觸法）若Rx、RA、RV的大小關(guān)系事先沒有給定，可借助試觸法確定內(nèi)、外接法.具體做法是:

如圖10-6所示組成電路，其中電流表事先已經(jīng)接好，拿電壓表的一個(gè)接線柱去分別試觸M、N兩點(diǎn)，觀察先后兩次試觸時(shí)兩電表的示數(shù)變化情況。

如果電流表的示數(shù)變化比電壓表示數(shù)變化明顯(即)，說明接M點(diǎn)時(shí)電壓表分流作用引起的誤差大于接N點(diǎn)時(shí)電流表分壓作用引起的誤差，這時(shí)應(yīng)采用內(nèi)接法(即電壓表接N點(diǎn))。

如果電壓表的示數(shù)變化比電流表示數(shù)變化明顯(即)，說明接N點(diǎn)時(shí)電流表分壓作用引起的誤差大于接M點(diǎn)時(shí)電壓表分流作用引起的誤差，這時(shí)應(yīng)采用外接法(即電壓表接M點(diǎn)).

（口決：“內(nèi)字中間有個(gè)大，大內(nèi)偏大，小外偏小”，即內(nèi)接法適合測大電阻且系統(tǒng)誤差偏大，即測量值大于真實(shí)值，外接法適合測小電阻且系統(tǒng)誤差偏小，即測量值小于真實(shí)值，）

②控制電路（即滑動(dòng)變阻器的接法）的選擇，見難點(diǎn)2

（2）電路實(shí)驗(yàn)器材和量程的選擇，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

①電路工作的安全性，即不會(huì)出現(xiàn)電表和其它實(shí)驗(yàn)器材因過載毀壞現(xiàn)象。

②能否滿足實(shí)驗(yàn)要求（常常要考慮便于多次測量求平均值）。

③選擇器材的一般思路是：首先確定實(shí)驗(yàn)條件，然后按電源—電壓表—電流表—變阻器順序依次選擇。根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表.首先保證流過電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程，然后合理選擇量程，務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般取滿偏度的2/3左右），以減少測讀誤差.根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑動(dòng)變阻器，注意流過滑動(dòng)變阻器的電流不超過它的額定值，對(duì)大阻值的變阻器，如果是滑動(dòng)頭稍有移動(dòng)，使電流、電壓有很大變化的，不宜采用.應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的基本要求來選擇儀器，對(duì)于這種情況，只有熟悉實(shí)驗(yàn)原理，才能作出恰當(dāng)?shù)倪x擇.總之，最優(yōu)選擇的原則是：

a、方法誤差盡可能小.

b、實(shí)現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié).

c、在大功率裝置（電路）中盡可能節(jié)省能量；在小功率電路里，在不超過用電器額定值的前提下，適當(dāng)提高電流、電壓值，以提高測試的準(zhǔn)確度.

根據(jù)以上原則，電學(xué)儀器的選擇有如下建議：

1、電源的選擇：選擇直流電源，應(yīng)根據(jù)用電器的需要來確定，一般考慮用電器所需的電壓、電路中的電流、電源電動(dòng)勢和允許電流等.在不超過待測器材所允許的最大電壓值的情況下，選擇電動(dòng)勢較大的電源（以獲得更多的測量數(shù)據(jù)）。在相同電動(dòng)勢情況下，通常選擇內(nèi)電阻較小的電源（以獲得較穩(wěn)定的路端電壓）,測電源內(nèi)阻除外。

2、電表的選擇：在不超過電表量程的條件下，選擇量程較小的電表（以便測量時(shí)示數(shù)能在滿刻度的2/3左右）。

3、滑動(dòng)變阻器的選擇:要由電路中所要求或可能出現(xiàn)的電流、電壓的范圍來選定變阻器，實(shí)際流過變阻器的電流不得超過其額定值；如要通過變阻器的電阻改變來讀取不同的電流、電壓值時(shí)，要注意避免變阻器滑片稍有移動(dòng)電流或電壓就會(huì)有很大變化的出現(xiàn)，也要避免出現(xiàn)滑片從一頭滑到另一頭，電流或電壓幾乎沒有變化的情況.

若控制電路確定為限流接法,則滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用及實(shí)驗(yàn)電路中其它電阻的總阻值相差不大的;若控制電路確定為分壓接法，則應(yīng)選用在額定電流允許的條件下阻值較小的滑動(dòng)變阻器。

例4：圖10-7為用伏安法測量一個(gè)定值電阻阻值的實(shí)驗(yàn)所需器材實(shí)物圖，器材規(guī)格如下：

（1）待測電阻Rx（約100Ω）

（2）直流電源（輸出電壓4V，內(nèi)阻可不計(jì)）

（3）直流毫安表（量程0~10mA，內(nèi)阻50Ω）

（4）直流電壓表（量程0~3V，內(nèi)阻5KΩ）

（5）滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0~15Ω，允許最大電流1A）

（6）電鍵一個(gè)，導(dǎo)線若干條

根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求，在實(shí)物圖上連線。并用“↓”標(biāo)出在閉合電鍵前，變阻器的滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)處的正確位置。

【審題】本題不要求選擇儀器，只是對(duì)已有的儀器進(jìn)行電路的選擇合成，從一定程度上降低了難度，由已知條件，待測電阻及電壓表阻值相差較多，滑動(dòng)變阻器阻值相對(duì)較小。

【解析】因滑動(dòng)變阻器阻值小于待測電阻Rx的阻值，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用分壓接法；待測電阻及電表相比，Rx的阻值和電壓表的阻值相差較多，所以應(yīng)選用安培表外接電路，實(shí)物連接如圖10-8所示?；瑒?dòng)變阻器分壓接法時(shí)，在閉合電鍵前，變阻器的滑動(dòng)觸點(diǎn)應(yīng)置于使負(fù)載電壓為零處，如圖箭頭所示。

【總結(jié)】（1）設(shè)計(jì)測量電阻的電路必須考慮兩個(gè)方面，首先要確定滑動(dòng)變阻器是分壓電路還是限流電路，再考慮是安培表外接電路還是安培表內(nèi)接電路。

（2）連接實(shí)物圖時(shí)，應(yīng)該先干路，再支路。滑動(dòng)變阻器分壓接法是要注意電鍵能控制全電路電流，即斷開電鍵后，電路中無電學(xué)儀器仍處于通電狀態(tài)，電鍵對(duì)支路不起作用是滑動(dòng)變阻器分壓接法時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

例5：某電壓表的內(nèi)阻在20～50KΩ之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用的器材:

待測電壓表V(量程3V)，電流表A1(量程200μA)，電流表A2(量程5mA)，電流表A3(量程0.6A)，滑動(dòng)變阻器R(最大阻值1kΩ)，電源E(電源電壓為4V)，開關(guān)S.

(1)所提供的電流表中應(yīng)選用

(填字母代號(hào)).

(2)為了盡量減小誤差，要求多測幾組數(shù)據(jù)，試在圖10-9方框中畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路(其中電源和開關(guān)及連線已畫出).

【審題】測量電壓表的內(nèi)阻，從已知條件看，需測量通過電壓表的電流，因此，需估算通過電壓表的最大電流來判斷所用電流表的量程。同時(shí)，滑動(dòng)變阻器的全阻值遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，控制電路應(yīng)采用分壓接法。

【解析】電壓表的示數(shù)等于通過電壓表的電流及本身內(nèi)阻的乘積，估算電路中的最大電流為

所以應(yīng)選電流表A1，及電壓表串聯(lián)在電路中.

滑動(dòng)變阻器的電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻.如果用滑動(dòng)變阻器連成限流電路，一則它對(duì)電路的調(diào)控作用很不明顯，二則是待測電壓表分得的最小電壓約為

大于電壓表的量程，變阻器明顯不能組成限流電路，這樣變阻器應(yīng)作為分壓器接在電路中，就不會(huì)出現(xiàn)上述問題，電路如圖10-10所示.

【總結(jié)】對(duì)于電表的選擇，必須先根據(jù)已知條件估算電路中的最大電壓或電流值，以此確定選用略大于且量程最小的電表。

例6：有一改裝的電流表A1需要及一標(biāo)準(zhǔn)電流表A2進(jìn)行校對(duì)，采用如圖所示10-11的電路，其中E為電源，R0為一限流電阻，R為一可變電阻，S為電鍵，限流電阻能夠限制電路中的最大電流，使之不超出電流表的量程過多，從而對(duì)電流表起保護(hù)作用。實(shí)驗(yàn)中已有的器材及其規(guī)格如下：

蓄電池E（電動(dòng)勢6v，內(nèi)阻約為0.3Ω），

改裝電流表A1（量程0~0.6A,內(nèi)阻約為0.1Ω）

標(biāo)準(zhǔn)電流表A2(量程0~0.6A~3A,內(nèi)阻不超過0.04Ω）

實(shí)驗(yàn)中備有的電阻器規(guī)格如下：

A．固定電阻（阻值8Ω，額定電流2A）

B．固定電阻（阻值15Ω，額定電流2A）

C．滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0~20Ω，額定電流2A）

D，滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0~200Ω，額定電流2A）

已知兩個(gè)表的刻度盤上都將量程均勻分為6大格，要求從0.1A起對(duì)每條刻線一一進(jìn)行核對(duì)，為此，從備用的電阻器中，R0應(yīng)選用

，R應(yīng)選用

。（用字母代號(hào)填寫）

【審題】本題中給出了固定限流電阻的選擇，首先要明確其作用，實(shí)驗(yàn)要求電流范圍在0.1~0.6A之間，即電路中僅有限流電阻時(shí)的電流要略大于0.6A，同時(shí)要配合滑動(dòng)變阻器，保證電路中的最小電流不超過0.1A。

【解析】已知改裝表量程為0~0.6A，要求從0.1A起對(duì)每條刻線進(jìn)行核對(duì)，所以，電路中最大電流不能小于0.6A，最小電流不能大于0.1A。電源電動(dòng)勢為6v，根據(jù)歐姆定律，電路中最小總電阻不能大于10Ω，電路中除固定電阻和滑動(dòng)變阻器外，其它電阻總阻值等于0.44Ω，所以固定電阻R0應(yīng)選用A（8Ω）；又因最大總電阻不能小于60Ω，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用D（200Ω）。

【總結(jié)】（1）要正確理解限流電阻的限流作用—-使電路中的電流不超過電流表的量程過多，應(yīng)理解為：在保證電流表能達(dá)到滿量程的條件下，通過電流表的電流不過大。所以限流電阻的阻值不能大于使電流表達(dá)到滿偏時(shí)的阻值。

（2）注意區(qū)分限流電阻及滑動(dòng)變阻器的作用，限流電阻的作用是使電路中的電流不要過?。ú恍∮?.6A），而滑動(dòng)變阻器的作用是使電路中的電流要達(dá)到足夠?。ú淮笥?.1A）。

例7：用伏安法測量某一電阻Rx的阻值，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下：

A、待測電阻Rx（阻值大約為5Ω，額定功率為1W）

B、電流表A1（0~0.6A，內(nèi)阻0.2Ω）

C、電流表A2（0~3A，內(nèi)阻0.05Ω）

D、電壓表V1（0~3V，內(nèi)阻3KΩ）

E、電壓表V2（0~15V，內(nèi)阻15KΩ）

F、滑動(dòng)變阻器R0（0~50Ω）

G、蓄電池（電動(dòng)勢為6V）

H、電鍵、導(dǎo)線

為了較準(zhǔn)確測量Rx的阻值，保證器材的安全，以便操作方便，電壓表、電流表應(yīng)選擇________，并畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。

【審題】本題中待側(cè)電阻的額定功率、電阻估計(jì)值已知，可估算通過電阻的電流及其兩端電壓，是選擇電流表、電壓表量程的關(guān)鍵，另外，電流表的內(nèi)外接法及滑動(dòng)變阻器的接法也需要計(jì)算確定。

【解析】1、確定電流表、電壓表的量程。被測電阻Rx的額定電壓、額定電流分別為

則電流表選用A1，電壓表選用V1

2、確定電流表的內(nèi)、外接法

3、確定控制電路

因滑動(dòng)變阻器的全阻值R0大于被測電阻Rx，故首先考慮變阻器的限流接法。

限流接法：Rx上限流取值范圍為：

那么，滑動(dòng)變阻器的阻值（滑動(dòng)頭移動(dòng)時(shí)）不得小于。RX的電壓變化范圍為0.55V～2.25V，安全可行。

若采用變阻器的分壓接法，因R0>RX，會(huì)操作不方便，因此應(yīng)選擇變阻器的限流接法。電路如圖10-12所示。

【總結(jié)】本題需要選擇電流表、電壓表量程以及測量電路和控制電路，解題時(shí)為避免混亂，可分步選擇，將題目分解，既明確，又不易遺漏。

4、電阻測量的方法歸類

在高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，涉及最多的問題就是電阻的測量，電阻的測量方法也比較多，最常用的有：

（1）歐姆表測量：最直接測電阻的儀表。但是一般用歐姆表測量只能進(jìn)行粗測，為下一步的測量提供一個(gè)參考依據(jù)。用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。

（2）替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效、也可以是利用電壓等效。替代法測量電阻精度高，不需要計(jì)算，方法簡單，但必須有可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。

替代法是用及被測量的某一物理性質(zhì)等效，從而加以替代的方法。

如圖10-13所示。先把雙刀雙擲開關(guān)S2扳到1，閉合S1，調(diào)整滑動(dòng)變阻器，使電流表指針指到某一位置，記下此時(shí)的示數(shù)I（最好為一整數(shù)）。再把開關(guān)S2扳到2，調(diào)整電阻箱R0，使得電流表指針仍指到示數(shù)I。讀出此時(shí)電阻箱的阻值r，則未知電阻Rx的阻值等于r。

說明：①在此實(shí)驗(yàn)中的等效性表現(xiàn)在開關(guān)換位后電流表的示數(shù)相同，即當(dāng)電阻箱的阻值為r時(shí)，對(duì)電路的阻礙作用及未知電阻等效，所以未知電阻Rx的阻值等于r。

②替代法是一種簡捷而準(zhǔn)確度很高的測量電阻的方法，此方法沒有系統(tǒng)誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，測量誤差就可以忽略。

（3）伏安法：伏安法的測量依據(jù)是歐姆定律（包括部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律），需要的基本測量儀器是電壓表和電流表，當(dāng)只有一個(gè)電表時(shí)，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻（電阻箱或給

一個(gè)定值電阻）代替；當(dāng)電表的內(nèi)阻已知時(shí)，根據(jù)歐姆定律I=U/RV，電壓表同時(shí)可以當(dāng)電流表使用，同樣根據(jù)U=IRA，電流表也可以當(dāng)電壓表用。

（4）比例法：如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，可以采用比例法測電表的電阻。用比例法測電表內(nèi)阻時(shí)，兩個(gè)電流表一般是并聯(lián)（據(jù)并聯(lián)分流原理），兩個(gè)電壓表一般是串聯(lián)（據(jù)串聯(lián)分壓原理）。

所謂“比例法”是：要測量某一物體的某一物理量，可以把它及已知準(zhǔn)確數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)物體進(jìn)行比較。例如，使用天平稱量物體的質(zhì)量，就是把被測物體及砝碼進(jìn)行比較，砝碼就是質(zhì)量數(shù)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)物體。天平的結(jié)構(gòu)是等臂杠桿，因此當(dāng)天平平衡時(shí)，被測物體的質(zhì)量及標(biāo)準(zhǔn)物體的質(zhì)量是相等的，這就省去了進(jìn)一步的計(jì)算。

有很多情況下，被測物體及標(biāo)準(zhǔn)物體的同一物理量間的關(guān)系并不是相等，而是在滿足一定條件下成某種比例的關(guān)系，這種方法又稱為“比例法”。

例如，測電流表和電壓表的內(nèi)阻，如果有可以作為標(biāo)準(zhǔn)的已知電阻的電表，都可以使用比例法。采用比例法測電阻的依據(jù)是：串聯(lián)電路電壓及電阻成正比，并聯(lián)電路電流及電阻成反比。電壓表可顯示電阻兩端的電壓值，電流表可顯示電阻中通過的電流，所以測電流表內(nèi)阻應(yīng)把兩電流表并聯(lián)，測電壓表內(nèi)阻應(yīng)把兩電壓表串聯(lián)，電路圖分別如圖10-14（甲）、（乙）所示。

測電流表內(nèi)阻時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R01，使兩電流表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)I1和I2，根據(jù)并聯(lián)電路分流原理，若已知電流表A1的內(nèi)阻為r1，則電流表A2的內(nèi)阻。

測電壓表內(nèi)阻時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R02，使兩電壓表的指針都有較大偏轉(zhuǎn)，記錄下兩電表的示數(shù)U1和U2，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理，若已知電壓表V1的內(nèi)阻r1，則電流表V2的內(nèi)阻。

以上例子中，甲圖采用限流電路而乙圖采用分壓電路，這是由于電流表內(nèi)阻都較小，若采用分壓電路，則滑動(dòng)變阻器的阻值必須更小，這時(shí)電路近似于短路，是不允許的；而電壓表內(nèi)阻都很大，若采用限流電路，則滑動(dòng)變阻器的電阻必須更大，這在實(shí)際上行不通。

（5）半值法（半偏法）。

半值法是上面比例法的一個(gè)特例，測電流表內(nèi)阻和測電壓表內(nèi)阻都可以用半值法，電路圖如圖10-15所示。

甲圖實(shí)驗(yàn)時(shí)先斷開開關(guān)S’，閉合S，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R01（限流法連接），使電流表A滿度（即指針指滿刻度處）；再閉合S’，調(diào)整電阻箱R1，使電流表A的指針恰好指到半滿度處，讀出此時(shí)電阻箱的阻值R，則電流表A的電阻rA=R。（測量結(jié)果偏?。?/p>

乙圖實(shí)驗(yàn)時(shí)先閉合開關(guān)S’及S，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R02（分壓法連接），使電壓表V滿度；

例8：測量某電阻Rx的阻值.已知Rx約為5Ω左右.下表給出可供選擇器材.請(qǐng)畫出你所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理圖（至少3種），并標(biāo)明所選器材的規(guī)格或代號(hào).

備注：另有導(dǎo)線若干，各器材數(shù)目均只一個(gè)

【審題】該題要求至少應(yīng)用3種設(shè)計(jì)方案，需要熟練掌握測電阻的原理和方法，列出所有的測電阻的基本方法，看題目中給出的儀器是否適合，靈活利用、變通，充分發(fā)揮題目中所給儀器的作用。

【解析】

方案一：應(yīng)用伏-安法測電阻，見圖10-16.

選R2，還是選R1，就是出于對(duì)實(shí)驗(yàn)安全方面的考慮.R2及G表，可改裝成3V左右的電壓表；R1及G表，只能改裝成0.3V左右電壓表，這樣小的電壓表既不能安全實(shí)驗(yàn)，也不能進(jìn)行精確測量.

電流表外接而不內(nèi)接，是出于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確程度的考慮.因?yàn)楦难b后的電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于Rx，這樣測量系統(tǒng)誤差較小.選A1表，而不選A2表是出于精確讀數(shù)的考慮.A1、A2誠然都能滿足安全的要求，但小量程表讀數(shù)相對(duì)誤差要小得多，顯然這是精確原則的應(yīng)用.

R3作為控制線路的主元件，其控制電壓方便及否，及R3、Rx值相對(duì)大小有關(guān).當(dāng)兩電阻相近時(shí)，為了線路簡單、經(jīng)濟(jì)，控制電路適宜用限流接法，這主要是出于實(shí)驗(yàn)操作是否方便的考慮.

方案二：應(yīng)用全電路歐姆定律測電阻.見圖10-17.

原理：令Rx短路，調(diào)R1，測得I1后，由全電路歐姆定律得

E=I1（r+R1+0+RA）接著去掉短路線，可得I2，同理得

E=I2（r+R1+Rx+RA）可求Rx.

討論：用R1為何不用R2？顯然是考慮了測量方便問題，是

方便原則的應(yīng)用.因?yàn)镽1調(diào)節(jié)時(shí)能用到0.1Ω變化，對(duì)電流調(diào)整是有利的.方案2設(shè)計(jì)較方案1，主要是考慮了節(jié)省器材原則，這也可以說是經(jīng)濟(jì)原則的應(yīng)用.

方案三：歐姆表原理測電阻，見圖10-18.

原理：先讓ab短路，調(diào)R1使A1滿偏，此時(shí)內(nèi)阻為5Ω.去掉短路線，接通S，測得I，則依據(jù)歐姆表原理，RX值為（E/I-5）Ω

討論：用A1不用A2或G，主要是考慮了測量結(jié)果的精確問題.若用A2改裝為歐姆表，其中值電阻為1Ω；若用G改裝為歐姆表，其中值電阻為10kΩ，及待測電阻比較，測量誤差太大.歐姆表特點(diǎn)是當(dāng)測量值在其中值電阻附近時(shí)，其讀數(shù)（或測量結(jié)果）比較準(zhǔn)確.這是精確原則的應(yīng)用.且整個(gè)方案三操作上是很方便的.

【總結(jié)】本題處理過程相對(duì)復(fù)雜，但只要遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就迎刃而解了，因此說，基礎(chǔ)知識(shí)是關(guān)鍵，復(fù)雜題目只是基礎(chǔ)知識(shí)的合成。

5、高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)型命題的求解策略

所謂設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是指根據(jù)現(xiàn)行物理大綱要求，在學(xué)生掌握的基本實(shí)驗(yàn)原理基礎(chǔ)上，應(yīng)用基本測量儀器自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)命題的考查內(nèi)容，涉及到對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的再認(rèn)識(shí)和加工，實(shí)驗(yàn)方案的確定（包括實(shí)驗(yàn)器材的選擇和遷移運(yùn)用，實(shí)驗(yàn)步驟的安排，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，誤差的分析及對(duì)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和評(píng)價(jià)等）.

考生在應(yīng)試過程的缺陷通常表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一方面：平時(shí)缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)思想方法（如模擬法，轉(zhuǎn)換法，放大法，比較法，替代法等）進(jìn)行歸納，在全新的實(shí)驗(yàn)情景下，找不到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，無法設(shè)計(jì)合理可行的方案.

另一方面：受思維定勢影響，缺乏對(duì)已掌握的實(shí)驗(yàn)原理，儀器的使用進(jìn)行新情境下的遷移利用，缺乏創(chuàng)新意識(shí).

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法

1.明確目的，廣泛聯(lián)系

題目要求測定什么物理量，或要求驗(yàn)證、探索什么規(guī)律，這是實(shí)驗(yàn)的目的，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn).實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_后，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過，及哪些物理現(xiàn)象有關(guān)，及哪些物理量有直接的聯(lián)系.對(duì)于測量型實(shí)驗(yàn)，被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對(duì)于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關(guān)系成立，才能達(dá)到驗(yàn)證規(guī)律的目的；對(duì)于探索型實(shí)驗(yàn)，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，涉及哪些物理量……這些都是應(yīng)首先分析的，以此來確定實(shí)驗(yàn)的原理.

2.選擇方案，簡便精確

對(duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，都可能存在多種實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)而形成多種(可供選擇的)設(shè)計(jì)方案.一般說來，依據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)原理選擇不同的實(shí)驗(yàn)方案主要遵循四條原則：

(1)科學(xué)性：設(shè)計(jì)的方案有科學(xué)的依據(jù)和正確的方式，符合物理學(xué)的基本原理.

(2)可行性：按設(shè)計(jì)方案實(shí)施時(shí)，應(yīng)安全可靠不會(huì)對(duì)人身、器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，且成功率高.

(3)精確性：在選擇方案時(shí)，應(yīng)對(duì)各種可能的方案進(jìn)行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的方案.

(4)簡便、直觀性：設(shè)計(jì)方案應(yīng)便于實(shí)驗(yàn)操作，讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，便于實(shí)驗(yàn)者直觀、明顯地觀察.

3.依據(jù)方案，選定器材

實(shí)驗(yàn)方案選定后，考慮該方案需要哪些裝置，被測定量及哪些物理量有直接的定量關(guān)系，分別需用什么儀器來測定，以此來確定實(shí)驗(yàn)所用器材.

4.擬定步驟，合理有序

實(shí)驗(yàn)之前，要做到心中有數(shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應(yīng)以正確操作和提高效率的角度擬定一個(gè)合理而有序的實(shí)驗(yàn)步驟.

5.數(shù)據(jù)處理，誤差分析

常用的數(shù)據(jù)處理方法(如：平均法、圖象法、描跡法、比較法等)和誤差分析方法(如絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差等)是應(yīng)該掌握的，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)也應(yīng)予以考慮.

例9：一電阻額定功率為0.01W，阻值不詳.用歐姆表粗測其阻值約為40kΩ.現(xiàn)有下列儀表元件，試設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)碾娐?，選擇合適的元件，較精確地測定其阻值.

1、電流表，量程0～300μA，內(nèi)阻150Ω；

2、電流表，量程0～1000μA，內(nèi)阻45Ω；

3、電壓表，量程0～3V，內(nèi)阻6kΩ；

4、電壓表，量程0～15V，內(nèi)阻30kΩ；

5、電壓表，量程0～50V，內(nèi)阻100kΩ；

6、干電池兩節(jié)，每節(jié)電動(dòng)勢為1.5V；

7、直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓6V，額定電流3A；

8、直流電源，輸出電壓24V，額定電流0.5A；

9、直流電源，輸出電壓100V，額定電流0.1A；

10、滑動(dòng)變阻器，0～50Ω，3W；

11、滑動(dòng)變阻器，0～2kΩ，1W；

12、電鍵一只，連接導(dǎo)線足量.

【審題】考查綜合分析能力、推理能力及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力，審題過程見解析。

【解析】由于現(xiàn)有器材中有電流表和電壓表，故初步確定用伏安法測定此電阻的阻值.又因待測電阻為一大電阻，其估計(jì)阻值比現(xiàn)有電壓表的內(nèi)阻大或相近，故應(yīng)該采用電流表內(nèi)接法.由于現(xiàn)有滑動(dòng)變阻器最大阻值比待測電阻小得多，因此，若用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)待測電阻的電流和電壓，只能采用分壓接法，如圖10-19（否則變阻器不能實(shí)現(xiàn)靈敏調(diào)節(jié)）.

為了確定各儀表、元件的量程和規(guī)格，首先對(duì)待測電阻的額定電壓和電流作出估算：最大電流為Im＝；最大電壓Um＝20V.由于實(shí)驗(yàn)中的電流和電壓可以小于而不能超過待測電阻的額定電流和額定電壓，現(xiàn)有兩個(gè)電流表內(nèi)阻相近，由內(nèi)阻所引起的系統(tǒng)誤差相近，而量程0~1000μA接入電路時(shí)，只能在指針半偏轉(zhuǎn)以下讀數(shù)，引起的偶然誤差較大，故選用量程為0~300μΑ的電流表.這樣選用電流表后，待測電阻上的最大實(shí)際電壓約為，故應(yīng)選用量程為15V的電壓表，由于在如圖所示的電路中，要實(shí)現(xiàn)變阻器在較大范圍內(nèi)靈敏調(diào)節(jié)，電源電壓應(yīng)比待測電阻的最大實(shí)際電壓高，故電源應(yīng)選輸出電壓為24V一種（其額定電流也遠(yuǎn)大于電路中的最大實(shí)際電流，故可用）.

關(guān)于變阻器的選擇，由于采用分壓接法，全部電源電壓加在變阻器上.若是把0~50Ω的變阻器接入電路，通過它的最小電流（對(duì)應(yīng)于待測電路斷開）約為24／50A＝0.5A，最小功率約為0.25×50W＝12.5W，遠(yuǎn)大于其額定功率；而0~2kΩ的變阻器接入電路，其最大電流（對(duì)應(yīng)于滑動(dòng)鍵靠近圖13-4中變阻器A端）約為并聯(lián)電路總電流0.0136A，小于其額定電流0.2024A.故應(yīng)選0~2kΩ的變阻器.

【總結(jié)】本題處理過程相對(duì)復(fù)雜，但只要按照“儀器選擇-測量電路選擇-控制電路選擇”這樣的順序逐個(gè)突破，將復(fù)雜的過程逐一分解，遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就迎刃而解了，因此說，基礎(chǔ)知識(shí)是關(guān)鍵，復(fù)雜題目只是基礎(chǔ)知識(shí)的合成。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路

附：對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)中幾個(gè)點(diǎn)的強(qiáng)調(diào)說明：

一、關(guān)于多用電表

1.使用多用表時(shí)要注意什么?

(1)使用多用表的電壓、電流擋.使用多用表測量電壓、電流的方法，及單獨(dú)使用電壓表、電流表的方法基本上是一樣的，只不過在使用多用表前要根據(jù)待測量的情況(是電流還是電壓?是交流還是直流?)調(diào)整好選擇開關(guān)，并調(diào)整到合適的量程上，其他如正負(fù)接線柱的選用，串聯(lián)還是并聯(lián)到電路中去等，就和單獨(dú)使用電壓表、電流表時(shí)沒什么兩樣了.

(2)使用多用表的歐姆擋.

①機(jī)械調(diào)零:使用前先查看指針是否指在左端電阻為無窮大的位置，如不是，則要用螺釘旋具慢慢地調(diào)節(jié)定位螺釘使指針正確定位.

②量程選擇:扳動(dòng)選擇開關(guān)到合適的量程上，盡可能使正式測量時(shí)指針停留在中間位置附近，也就是要盡可能利用中這一范圍內(nèi)，以減少測量誤差.

③歐姆調(diào)零:短接兩表筆，調(diào)整歐姆檔的調(diào)零旋鈕，使指針指在零歐姆處，注意每改變一次量程，就要重新調(diào)零一次.

④數(shù)據(jù)讀取:數(shù)據(jù)讀取時(shí)，一要注意到歐姆刻度不是均勻的，不然估讀會(huì)不正確；二要注意讀得的數(shù)據(jù)還應(yīng)乘以量程的倍率；三是測量電路中的某一電阻阻值時(shí)，應(yīng)該先把電源切斷，再把待測電阻和其他元件斷開，之后再行測量；四是要注意手不要碰到表筆的金屬桿，以免人體電阻及待測電阻并聯(lián)造成誤差.

⑤結(jié)束工作:測量完畢后，一定要把選擇開關(guān)切換到交流高壓擋或切換到"OFF"擋上，以避免漏電或誤操作.

2.歐姆表上的刻度為什么是不均勻的?刻度時(shí)有什么規(guī)律嗎?

對(duì)于磁電式的電流計(jì)，其指針偏轉(zhuǎn)的角度和電流成正比，改裝成電流表或電壓表時(shí)，表盤刻度是均勻的；但用磁電式電流計(jì)做歐姆表的表頭后，由歐姆表內(nèi)部電路構(gòu)造及全電路歐姆定律可知，當(dāng)兩表短接和接上待測電阻Rx后，分別有

由②式可知，待測電阻Rx及通過表頭的電流Ix不成線性關(guān)系，這就是造成表盤刻度不均勻的原因.

那么，怎樣對(duì)歐姆表的表盤進(jìn)行刻度呢?

設(shè)指針偏轉(zhuǎn)滿刻度的(m≥n)時(shí)，指針?biāo)傅碾娮柚禐镽x，則應(yīng)有

④式便是把表盤改為歐姆刻度的依據(jù)了.

中值電阻恰好等于此時(shí)的歐姆表內(nèi)阻.

3.測量時(shí)怎樣正確選擇歐姆表的倍率?

在實(shí)際測量時(shí)，可以通過改變倍率使指針指在的范圍內(nèi)，例如，開始時(shí)，如發(fā)現(xiàn)指針向右偏得過多，說明原倍率選得太大，可