电路设计33全解ppt课件.ppt

近几年高考近几年高考“理综考试理综考试”中物理实验的考中物理实验的考情情 1 1从实验在卷面上的分值来看从实验在卷面上的分值来看 物理实验在物理实验在“理综考试理综考试”中相对来说属于比较稳定的、赋分较高中相对来说属于比较稳定的、赋分较高的一块内容，是的一块内容，是“理综理综”考试中一个举足轻重的考试中一个举足轻重的“大户大户”，因而，因而也是我们在备考中不得不倾注全力关注的内容之一。也是我们在备考中不得不倾注全力关注的内容之一。 2 2从实验考查的目标来看从实验考查的目标来看 实验考试的目标已从实验考试的目标已从“实验操作、实验观察实验操作、实验观察”的考查演变到了的考查演变到了“实验设计、科学探究实验设计、科学探究”过程的考查。过程的考查。实验设计、探究能力实验设计、探究能力也是也是当前课堂教学改革的焦点。当前课堂教学改革的焦点。 3 3从从“理综理综”实验考试的区分度和学生得分情况看实验考试的区分度和学生得分情况看 “理综理综”实验考试的区分度很好。有关统计资料表明，高考实验实验考试的区分度很好。有关统计资料表明，高考实验的难度系数仅为的难度系数仅为039，对全体考生都有较好的区分度。，对全体考生都有较好的区分度。 4.4.从从“理综理综”实验考试的内容看实验考试的内容看 两个题：一个是两个题：一个是常规实验常规实验，涉及内容为力学或光学，分值，涉及内容为力学或光学，分值6分分 另一个是另一个是电学（设计性）实验电学（设计性）实验，分值，分值12分，它也是教分，它也是教 与学中的难点。与学中的难点。电压电压量程量程最大电流最大电流指针有较大偏转指针有较大偏转够用够用唯一唯一画画图图1/3内内大大外外接法接法测量结果偏测量结果偏小小即即“内大内大外小外小”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 RA ARRRvR时，电压时，电压表的分流作用可忽略不计，此时测量值很接近真实值，可表的分流作用可忽略不计，此时测量值很接近真实值，可见，测量小电阻时宜见，测量小电阻时宜采用外接法采用外接法。方法一：电阻比较法：方法一：电阻比较法：设电流表、电压表设电流表、电压表内阻分别为内阻分别为RA、RV ，被测电阻为，被测电阻为RX，则，则即即 当被测电阻与电流表的内阻相比满足当被测电阻与电流表的内阻相比满足 RAR， 即即RA/R R/RA即即R 时，电流表的分压作用较电时，电流表的分压作用较电压表的分流作用明显，应采用压表的分流作用明显，应采用外接电路外接电路AVRR当当RV/R 时，电压表的分流作用较电时，电压表的分流作用较电流表的分压作用明显，应采用流表的分压作用明显，应采用内接电路内接电路AVRRabc方法二：方法二：试触法：试触法：在均不知的情况下，可采用试触法。在均不知的情况下，可采用试触法。 如图所示，分别将如图所示，分别将a端与端与b、c接触，如果前后两次接触，如果前后两次电流表电流表示数比电压表示数示数比电压表示数变化明显变化明显，说明电压表分流，说明电压表分流作用大，作用大，应采用内接法应采用内接法；如果前后两次；如果前后两次电压表电压表示数比示数比电流表示数电流表示数变化明显变化明显，说明电流表分压作用大，说明电流表分压作用大，应采应采用外接法用外接法。LapUI=R+RLLLapR UU=R+ RLLLR UR+R大得多大得多不不 分压电路分压电路范围范围L0U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一般选用滑动变阻器的全电阻比用电器的电阻全电阻比用电器的电阻大大,在在25倍为好倍为好,这样既便于调节这样既便于调节,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,则不能有效地则不能有效地控制电流控制电流,过大则控制电流不平稳过大则控制电流不平稳,会造成电流值跳跃太大会造成电流值跳跃太大.a用电器两端用电器两端电压要求变化范围较大电压要求变化范围较大，或，或从零开始从零开始连读连读可调，应选分压电路。可调，应选分压电路。b如果采用限流电路时如果采用限流电路时，电路中，电路中最小电流等于或大于用最小电流等于或大于用电器的额定电流电器的额定电流，应选分压电路。，应选分压电路。c如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值小小得多，为得多，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。控制，可以任选其中一种电路。此时假如从节省电能和电此时假如从节省电能和电路简单考虑路简单考虑，应，应选限流选限流电路。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0.10.5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。 几点几点说明：说明：滑动变阻器滑动变阻器的的粗调粗调和和微调微调作用：作用： 在限流电路中，全电阻较大的变阻器起在限流电路中，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用。粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用。 在分压电路中，全电阻较小的变阻器起在分压电路中，全电阻较小的变阻器起粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。粗调作用，全电阻较大的变阻器起微调作用。最小分度是最小分度是“1”的仪器，的仪器，最小分度是最小分度是2或或5的仪器，的仪器，分别按二分之一或五分之一估读。分别按二分之一或五分之一估读。 如量程为如量程为00.6A的电流表，其最小刻度是的电流表，其最小刻度是0.02A，误差出现在电流表的百分位上（误差出现在电流表的百分位上（0.02A/2=0.01A）。）。最小分度是最小分度是“1”的仪器，按十分之一估读。的仪器，按十分之一估读。最小分度是最小分度是2或或5的仪器，分别按二分之一或五分之一估读。的仪器，分别按二分之一或五分之一估读。0.74 VA A1 1A A2 2R R1 1R R2 2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 A1 1，则，则I Im mXA 1R+ R超过了超过了 A A1 1的量程的量程XA 2R+R电流表电流表A A2 2假没选假没选R R1 1XA 21R+ R+ RXA 21R+ R+ R 故电路中的电流强度范围为故电路中的电流强度范围为0.005A0.005A - - 0.18A0.18A， R R2 2而言而言有效的调节长度太小有效的调节长度太小故应选滑动受阻器故应选滑动受阻器R R1 1A A A2 2、A A3 3量程都太大，故量程都太大，故选选A A1 1. . 由于由于R RV V在在20k20k50k50k之间之间, ,远大于滑动远大于滑动变阻器的阻值变阻器的阻值1k,1k,故应连成故应连成分压分压电路电路. . 1 1、确定电压表、电流表、确定电压表、电流表2 2、确定测量电路、确定测量电路外外3 3、确定控制电路、确定控制电路限流限流六、伏安法测电阻及电路的延伸设计六、伏安法测电阻及电路的延伸设计-1.比较法比较法 某些问题中，因实验器材不具备（缺电流某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制，或因表或电压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用实验精度不允许而不能用“伏安法伏安法”。这。这时我们就得依据问题的具体条件和要求重时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用新选择实验原理，用“伏安法伏安法”的替代形的替代形式式“比较法比较法”来设计实验方案。来设计实验方案。利用利用已知内阻已知内阻的电压表的电压表:利用利用“伏伏伏伏”法测定值电阻的阻值法测定值电阻的阻值 【例题【例题4】用以下器材测量一待测电阻用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（的阻值（9001000）：）： 电源电源E，具有一定内阻，电动势约为，具有一定内阻，电动势约为9.0V； 电压表电压表V1，量程为，量程为1.5V，内阻，内阻r1750； 电压表电压表V2，量程为，量程为5V，内阻，内阻r22500； 滑动变阻器滑动变阻器R，最大阻值约为，最大阻值约为100； 单刀单掷开关单刀单掷开关K，导线若干。，导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3，试画出测量电阻试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。的一种实验电路原理图。13电源电动势约为电源电动势约为9.0V9.0V、而电压表中最大量程只有、而电压表中最大量程只有5V5V，故经滑线变阻器分压后才可使被测电阻两端的电，故经滑线变阻器分压后才可使被测电阻两端的电压不超过压不超过5V. 5V. 题中给出的两个都是已知内电阻的电压表，应题中给出的两个都是已知内电阻的电压表，应将其中的一个已知内电阻的电压表当作电流表来使将其中的一个已知内电阻的电压表当作电流表来使用，以实现电流值的间接测量用，以实现电流值的间接测量. . 若选择若选择外外接法接法: :若选择若选择内内接法接法: :解解: :外接法外接法: :RI211xx21UUU R= (-)Rrr(RI211 1 2x212 11 2UUU rr=-)R=rrU r -U rRI12121xXX111UU-UU-U=R=RR=rrU由由 I1Rx= I2 R得得 Rx= I2R I1利用已知内阻的电流表：利用利用已知内阻的电流表：利用“安安安安”法测定值电法测定值电阻的阻值阻的阻值A1A2R1=100 R2=50 由由 I1 r1 =I2 r2得得 r1= I2 r2 I1 【例题【例题5】用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下：（代号）与规格如下： 电流表电流表A1（量程（量程250mA,内阻内阻r1为为5)； 标准电流表标准电流表A2（量程（量程300mA,内阻内阻r2约为约为5）；）； 待测电阻待测电阻R1（阻值约为（阻值约为100）；）； 滑动变阻器滑动变阻器R2（最大阻值（最大阻值10）；）； 电源电源E（电动势约为（电动势约为10V，内阻，内阻r 约为约为1）；）； 单刀单掷开关单刀单掷开关S，导线若干。，导线若干。 要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号图，并标明每个器材的代号. 需要直接测量的物理量是需要直接测量的物理量是_,用测的量表示待用测的量表示待测电阻测电阻R1的计算公式是的计算公式是R1_。11211rIIIR2欧姆表测量：欧姆表测量： 最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。泡的冷电阻。 根据根据闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律，利用电流随外电，利用电流随外电阻阻Rx的变化而制成的。的变化而制成的。万用表欧姆挡测电阻的优缺点万用表欧姆挡测电阻的优缺点: 优点：优点：测量方便测量方便 缺点缺点：若电池用：若电池用久了，电动势与久了，电动势与内阻会变化，产内阻会变化，产生误差较大，只生误差较大，只能粗略测量电阻能粗略测量电阻RxR_GEr+3、比例法、比例法 受一些特殊的实验条件限制，比如：电流受一些特殊的实验条件限制，比如：电流（或电压表）表面上虽有刻度，但（或电压表）表面上虽有刻度，但无刻度无刻度值（或刻度值模糊），值（或刻度值模糊），这时我们不能直接这时我们不能直接读出电流或电压，但可根据电流或电压表读出电流或电压，但可根据电流或电压表刻度均匀的特点，通过测量其指针偏转格刻度均匀的特点，通过测量其指针偏转格数用比例法完成测量。数用比例法完成测量。 rR 221NNNR4、替换法、替换法替换替换替代法测量电阻替代法测量电阻I2R =I1 Rx Rx = I2R /I1RxRAI1ARRxARRxI2比较法测量电阻比较法测量电阻特点：特点：没有系统误差没有系统误差R2不变不变R1RxR15.电桥法测电阻电桥法测电阻 利用给出的电路图和器材（G为灵敏电流表，R0为阻值均匀的电阻丝，R为已知阻值的定值电阻，Rx为被测电阻）。要求利用这些器材测未知电阻Rx。实验中还需要什么测量仪器？将实物连成电路图。写出测量Rx的实验步骤，并写出利用测量数据表示Rx的表达式。GRxRR0GRxRR0RLLRX216.相消法相消法 按下图所示的电路进行测量，可以消除这种系统误差。按下图所示的电路进行测量，可以消除这种系统误差。 该实验的第一步是：闭合电键该实验的第一步是：闭合电键S1，将电键，将电键S2接接1，调，调节滑动变阻器节滑动变阻器RP和和R，使电压表读数尽量接近满量程，使电压表读数尽量接近满量程，读出这时电压表和电流表的示数读出这时电压表和电流表的示数U1、I1；请你接着写出；请你接着写出第二步，并说明需要记录的数据：第二步，并说明需要记录的数据：_。 由以上记录数据计算被测电阻由以上记录数据计算被测电阻RX的表达式是的表达式是RX=_。RP V AS21RXRS12将电键将电键S2接接2，读出这时电压表和电流表的示数，读出这时电压表和电流表的示数U2、I22211IUIUVARPS2S1RxR（a）7.补偿法补偿法如图所示是用补偿法测未知电阻如图所示是用补偿法测未知电阻Rx的电路原理图的电路原理图基本原理：基本原理：在一定温度下，直流电通过待测电阻在一定温度下，直流电通过待测电阻时，用电压表测出两端的电压时，用电压表测出两端的电压U，用电流表测出通过，用电流表测出通过的电流的电流I，则电阻值可表示为：，则电阻值可表示为： Rx =U/I试验方法：试验方法：连接如下电路图，调节使检流计连接如下电路图，调节使检流计G无无电流电流通过（指针指零），这时电压表指示的电压值通过（指针指零），这时电压表指示的电压值等于两端的电压，即等于两端的电压，即b,d之间的电压之间的电压补偿了补偿了两端的电两端的电压。清除了电压内阻对电压。清除了电压内阻对电路的影响。路的影响。 电路简单，实用性强。电路简单，实用性强。电路中的元件和仪表都电路中的元件和仪表都是常用器件，并且个滑动变阻器和电阻箱的阻值是常用器件，并且个滑动变阻器和电阻箱的阻值是否准确均不会影响被测电阻的测量值，从而对是否准确均不会影响被测电阻的测量值，从而对电阻器件的选择降低了要求。电阻器件的选择降低了要求。 调节方便，调节方便，电路通过粗调和细调的设计，既可电路通过粗调和细调的设计，既可以提高测量的速度，又可以保护检流计，这是电以提高测量的速度，又可以保护检流计，这是电桥测量电阻时很难做到的。桥测量电阻时很难做到的。 修正系统误差修正系统误差。电路中测量仪表自身的电阻与。电路中测量仪表自身的电阻与测量结果无关，从而降低了测量方法引入的误差，测量结果无关，从而降低了测量方法引入的误差，这是单纯伏案法测量电阻时无法做到的。这是单纯伏案法测量电阻时无法做到的。 8.半偏法半偏法七七.电表内阻的测量方法电表内阻的测量方法 电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻：电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻： 两只电压或电流表，若知道一只的内阻，就可以两只电压或电流表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻：测另一只的内阻： 两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻：能测定电表的内阻：VA V AR1A2A1V2 V1RA1A2 V1 V2A A A2 2、A A3 3量程都太大，故量程都太大，故选选A A1 1. . 由于由于R RV V在在20k20k50k50k之间之间, ,远大于滑动远大于滑动变阻器的阻值变阻器的阻值1k,1k,故应连成故应连成分压分压电路电路. . R21S A1 AR21S V1 VS1S（R1R2）VR2R14.比较比较法测电压表电阻法测电压表电阻：(不计电源内阻不计电源内阻)SR V21电流表电流表A A1 111IU 11UI1111. 5r =R + r100+ 40 V A2212 21UII rIba0Uab / V0.88.00.10.20.30.40.50.60.71.02.03.04.05.06.07.0baucduefc fedRL3k图图3ucd /V 12-12B/T00uef /V(甲甲)图图4(乙乙)编号编号1234567Uab/V00.2450.4800.6500.7050.7250.745I/mA00.150.250.601.704.257.50.GRS2S1RE2R3E.GRaRb10mAS3.1mAG.S310mARcRd1mA在通电状态下，更换量程会造成两分流电阻都在通电状态下，更换量程会造成两分流电阻都未并联在表头两端，以致流过表头的电流超过其满偏电流未并联在表头两端，以致流过表头的电流超过其满偏电流而损坏而损坏 AAR1R0S1E1.图2图3图1GRRaRbabEGRRcRdcEdSSSEB A电压表量程过大，误差较大；电压表量程过大，误差较大； AB变阻器额定电流过小且调节不便变阻器额定电流过小且调节不便