高中~电学-实验器材选择.doc

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1、电学实验仪器的选择电学实验仪器的选择一、根据实验原理和实验室条件选择仪器是进行正确测量的前提，一般遵循以下三原则：安全性原则：安全性原则：要能够根据实验要求和客观条件选用合适的仪器，使实验切实可行，能达到预期目标。另外还要注意测量仪器的量程，电阻类器件的电流不能超过其最大允许电流等。准确性原则：准确性原则：根据实验的需要，选用精度合适的测量工具，但对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。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，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影

2、响。2、选择电学实验仪器主要是选择电源、电表、滑动变阻器等器件，通常可以从以下四方面人手：根据用电器的需要来确定根据用电器的需要来确定选择电源选择电源. .（1）选择直流电源，一般考虑用电器所需的电压、电路中的电流、电源电动势和允许电流等。（2 2）在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下，选择电动势较大的电源（以获得更多的测量数据）。在相同电动势情况下，通常选择内电阻较小的电源（以获得较稳定的路端电压），测电源内阻除外 根据不使电表受损和尽量减少误差的原则根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表选择电表(1)首先保证流过电流表的电流和加在电压表上的电压均不超过使用量程必须先根据已知条件

3、估算电路中的最大电压或电流值（对定值电阻额定电压电流），以此确定选用略大于且量程最小的电表(2)然后合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏的 1/3-2/3 左右），以减少测读的误差 根据电路中可能出现的电流或电压范围需根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑动受阻器选择滑动受阻器 （1）用最小电流推出最大总电阻，减去其他的电阻，使得滑动变阻器电阻大于该电阻（2）已知限流或分压。若控制电路确定为限流接法，则滑动变阻器应选用与实验电路中其它电阻的总阻值相差不大的，或是较大的；若控制电路确定为分压接法，则应选用在额定电流允许的条件下阻值较小的滑动变阻器。（3）不宜采用高阻值的变阻器，如果

4、滑动头稍有移动，使电流电压有很大变化的（4）也要避免出现滑片从一头滑到另一头，电流或电压几乎没有变化的情况。（5）注意流过滑动变阻器的最小电流不超过它额定值【1.利用最大电流电压（有时是待测电阻的额定电流电压）推出电流表和电压表；2.利用最小电流推出滑动变阻器的最大电阻，使得滑动变阻器的电阻大于这个值；3.滑动变阻器的阻值与电阻的差距不大时，假设在限流中，求出最小电流，看是否大于额定电流，是，则用分压，另外，还可以在限流中求出滑动变阻器的最小滑到的电阻，以及其电压变化范围】应根据实验的基本要求来选择仪器对于这种情况只有熟悉实验原理才应根据实验的基本要求来选择仪器对于这种情况只有熟悉实验原理才能

5、做出恰当的选择能做出恰当的选择总结：对器材的选择的一般步骤是：找出唯一性的器材；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值，（因为电压电流表在分压阻头上，如果使滑动变阻器最小则会引发短路，）】，使电阻最小；考虑能否都使电表达到满偏的 1/3 以上。（按电源电压表电流表变阻器顺序依次选择）A.误差尽可能小。B.实现较大范围的灵敏调节。C.在大功率装置（电路）中尽可能节省能量；在小功率电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的准确度。电路的选择电路的选择滑动变阻器的限流和分压滑动变阻器的限流和分压在“伏安法测电阻”和“伏安法测电

6、池电动势和内电阻”的实验中，一般选用总阻值较一般选用总阻值较小的滑动变阻器小的滑动变阻器，前者可方便调节，后者可减少误差。在滑动变阻器作限流作用时在滑动变阻器作限流作用时，为使负载 RX既能得到较宽的电流调节范围，又能使电流变化均匀，选择变阻器时，应使其总电阻，总电阻，R R0 0大于大于 R RX X，一般在 25 倍为好。在滑动变阻器作为分压作用时在滑动变阻器作为分压作用时，一般取滑动变阻器的总电阻，总电阻，R R0 0小于小于 R RX X ，一般 R0在0.1RX0.5RX之间为好。滑动变阻器分压与限流接法的选择： 滑动变阻器常被用来改变电路的电压和电流，根据连接方法的不同，可分为分压

7、接法和限流接法.分压法是把整个变阻器的所有阻值接入电路，再从滑片在变阻器的一个端点上引出部分电压向外供电.限流法是变阻器的部分阻值串入电路，通过改变有效阻值来改变整个电路的电流.通常变阻器应选用限流接法，但在下列三种情况下，必须选择分压连接方式.（1）若采用限流电路，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时，必须选用分压电路.（2）当滑动变阻器全值电阻远小于用电器电阻，且实验要求的电压变化范围较 大或要求测量多组实验数据时，必须选用分压电路.（3）要求回路中某部分电路的电压从零开始可连续变化时须选用分压电路.安培表内、外接电路的选择安培表内、外接电路的选择由于电压表的分流作用和电流表的分压作用

8、，造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差，为减小此系统误差，应慎重选择电流表的内外接法，选择方法如下：1.1.直接比较法直接比较法当待测电阻阻值 RXRA时，安培表分压很小，选择安培表内接电路。2.2.临界值计算比较法临界值计算比较法当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，如何确定被测电阻 R 是较大还是较小呢对误差，可用相比较3.3.测试判断法（试触法）测试判断法（试触法）若 Rx、RA、RV 的大小关系事先没有给定，可借助试触法确定内、外接法。具体做法是：如图 6 所示组成电路，其中电流表事先已经接好，拿电压表的一个接线柱去分别试触 M、N两点，观察先后两次试触时两电

9、表的示数变化情况。如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即)，说明接 M 点时电压表分流作用引起的误差大于接 N 点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法(即电压表接 N 点)。如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即)，说明接 N 点时电流表分压作用引起的误差大于接 M 点时电压表分流作用引起的误差，这时应采用外接法(即电压表接M 点)。例题例题选择恰当的电路连接选择恰当的电路连接: :例例 1 1：图 7 为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需器材实物图，器材规格如下：（1）待测电阻 Rx（约 100） （2）直流电源（输出电压 4V，内阻可不计） （3）直流毫安表（量程

10、010mA，内阻 50） （4）直流电压表（量程 03V，内阻 5K） （5）滑动变阻器（阻值范围 015，允许最大电流 1A） （6）电键一个，导线若干条根据器材的规格和实验要求，在实物图上连线。并用“”标出在闭合电键前，变阻器的 滑动触点应处的正确位置。 【审题】本题不要求选择仪器，只是对已有的仪器进行电路的选择合成，从一定程度上降 低了难度，由已知条件，待测电阻与电压表阻值相差较多，滑动变阻器阻值相对较小。 【解析】因滑动变阻器阻值小于待测电阻 Rx 的阻值，所以滑动变阻器应选用分压接法；待 测电阻与电表相比，Rx 的阻值和电压表的阻值相差较多，所以应选用安培表外接电路，实 物连接如图

11、8 所示。滑动变阻器分压接法时，在闭合电键前，变阻器的滑动触点应置于使 负载电压为零处，如图箭头所示。【总结】（1 1）设计测量电阻的电路必须考虑两个方面，）设计测量电阻的电路必须考虑两个方面，首先要确定滑动变阻器是分压电路首先要确定滑动变阻器是分压电路还是限流电路，再考虑是安培表外接电路还是安培表内接电路还是限流电路，再考虑是安培表外接电路还是安培表内接电路。（2 2）连接实物图时，）连接实物图时，应该先干路，再支路。应该先干路，再支路。滑动变阻器分压接法是要注意电键能控制全电滑动变阻器分压接法是要注意电键能控制全电路电流，即断开电键后，电路中无电学仪器仍处于通电状态，电键对支路不起作用是滑

12、动路电流，即断开电键后，电路中无电学仪器仍处于通电状态，电键对支路不起作用是滑动变阻器分压接法时经常出现的错误。变阻器分压接法时经常出现的错误。电流表电压表的选择（用最大电流电压来选择），以及电路的连接电流表电压表的选择（用最大电流电压来选择），以及电路的连接例例 2 2：某电压表的内阻在 2050K 之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表 V(量程 3V)，电流表 A1(量程 200A)，电流表 A2(量程 5mA)，电流表 A3(量程0.6A)，滑动变阻器 R(最大阻值 1k)，电源 E(电源电压为 4V)，开关 S。(1)所提供的电流表中应选用 (填字母代号)。(2

13、)为了尽量减小误差，要求多测几组数据，试在图 10-9 方框中画出符合要求的实验电路(其中电源和开关及连线已画出)。【审题】测量电压表的内阻，从已知条件看，需测量通过电压表的电流，因此，需估算通 过电压表的最大电流来判断所用电流表的量程。同时，滑动变阻器的全阻值远小于电压表 内阻，控制电路应采用分压接法。 【解析】电压表的示数等于通过电压表的电流与本身内阻的乘积，估算电路中的最大电流 为【总结】对于电表的选择，必须先根据已知条件估算电路中的最大电压或电流值，以此确对于电表的选择，必须先根据已知条件估算电路中的最大电压或电流值，以此确定选用略大于且量程最小的电表。即是最小电流必须小于额定电流，可

14、以用限流。定选用略大于且量程最小的电表。即是最小电流必须小于额定电流，可以用限流。固定电阻与滑动变阻器的选择固定电阻与滑动变阻器的选择( (推出最小最大电流，根据总电阻的最大最小值，利用最大电推出最小最大电流，根据总电阻的最大最小值，利用最大电 阻求滑动变阻器的电阻阻求滑动变阻器的电阻):): 例例 3 3：有一改装的电流表 A1需要与一标准电流表 A2进行校对，采用如图所示 11 的电路， 其中 E 为电源，R0为一限流电阻限流电阻，R 为一可变电阻，S 为电键，限流电阻能够限制电路中的 最大电流，使之不超出电流表的量程过多，从而对电流表起保护作用。实验中已有的器材 及其规格如下： 蓄电池

15、E（电动势 6v，内阻约为 0.3）， 改装电流表 A1（量程 00.6A，内阻约为 0.1） 标准电流表 A2(量程 00.6A3A，内阻不超过 0.04） 实验中备有的电阻器规格如下： A固定电阻（阻值 8，额定电流 2A） B固定电阻（阻值 15，额定电流 2A） C滑动变阻器（阻值范围 020，额定电流 2A） D.滑动变阻器（阻值范围 0200，额定电流 2A） 已知两个表的刻度盘上都将量程均匀分为 6 大格，要求 从 0.1A 起对每条刻线一一进行核对，为此，从备用的 电阻器中，R0应选用，R 应选用。（用字母代号填写） 【审题】本题中给出了固定限流电阻的选择，首先要明确其作用，实

16、验要求电流范围在 0.10.6A 之间，即电路中仅有限流电阻时的电流要略大于 0.6A，同时要配合滑动变阻器， 保证电路中的最小电流不超过 0.1A。 【解析】已知改装表量程为 00.6A，要求从 0.1A 起对每条刻线进行核对，所以，电路中 最大电流不能小于 0.6A，最小电流不能大于 0.1A。电源电动势为 6v，根据欧姆定律，电 路中最小总电阻不能大于 10，电路中除固定电阻和滑动变阻器外，其它电阻总阻值等于 0.44，所以固定电阻 R0应选用 A（8）；又因最大总电阻不能小于 60，滑动变阻器应选用 D（200）。（用最大电流推出限流电阻，用最小电流推出滑动变阻器的最大电阻。 ） 【总

17、结】（1）要正确理解限流电阻的限流作用-使电路中的电流不超过电流表的量程过 多，应理解为：在保证电流表能达到满量程的条件下，通过电流表的电流不过大。所以限 流电阻的阻值不能太大以至于会使电流表达不到满偏时的阻值。 （2）注意区分限流电阻与滑动变阻器的作用，限流电阻的作用是使电路中的电流不要过小限流电阻的作用是使电路中的电流不要过小 （不小于（不小于 0.6A0.6A），而滑动变阻器的作用是使电路中的电流要达到足够小（不大于），而滑动变阻器的作用是使电路中的电流要达到足够小（不大于 0.1A0.1A）。）。电流表和电压表的选择，电路的连接选择（用计算的方法来选择限流，还是分压）：电流表和电压表的

18、选择，电路的连接选择（用计算的方法来选择限流，还是分压）： 例例 4 4：用伏安法测量某一电阻 RX的阻值，现有实验器材如下： A、待测电阻 RX（阻值大约为 5，额定功率为 1W） B、电流表 A1（00.6A，内阻 0.2） C、电流表 A2（03A，内阻 0.05） D、电压表 V1（03V，内阻 3K） E、电压表 V2（015V，内阻 15K） F、滑动变阻器 R0（050） G、蓄电池（电动势为 6V） H、电键、导线 为了较准确测量 RX的阻值，保证器材的安全，以便操作方便，电压表、电流表应选择 _，并画出实验电路图。 【审题】本题中待侧电阻的额定功率、电阻估计值已知，可估算通过

19、电阻的电流及其两端 电压，是选择电流表、电压表量程的关键，另外，电流表的内外接法及滑动变阻器的接法 也需要计算确定。 【解析】1.确定电流表、电压表的量程。被测电阻 Rx 的额定电压、额定电流分别为【总结】本题需要选择电流表、电压表量程以及测量电路和控制电路，解题时为避免混乱， 可分步选择，将题目分解，既明确，又不易遗漏。确定了是限流，可是推出最小电阻。注意，IminI 额，所以使用限流最小电流不超过它额定值。先选择仪器，再选择电路连 接。几种测电阻的方法几种测电阻的方法例例 5： 测量某电阻 Rx的阻值.已知 Rx约为 5 左右.下表给出可供选择器材.请画出你所设计的实验原理图（至少 3 种

20、），并标明所选器材的规格或代号.【审题审题】该题要求至少应用 3 种设计方案，需要熟练掌握测电阻的原理和方法，列出所有的测电阻的基本方法，看题目中给出的仪器是否适合，灵活利用、变通，充分发挥题目中所给仪器的作用。【解析解析】方案一：应用伏应用伏- -安法测电阻安法测电阻，见图 10-16.检流计，其实就是要求改装成电表。检流计，其实就是要求改装成电表。选 R2，还是选 R1，就是出于对实验安全方面的考虑.R2与G 表，可改装成 3V 左右的电压表；R1与 G 表，只能改装成0.3V 左右电压表，这样小的电压表既不能安全实验，也不能进行精确测量.电流表外接而不内接，是出于对实验结果精确程度的考虑

21、.因为改装后的电压表内阻远大于 Rx，这样测量系统误差较小.选 A1表，而不选 A2表是出于精确读数的考虑.A1、A2诚然都能满足安全的要求，但小量程表读数相对误差要小得多，显然这是精确原则的应用.R3作为控制线路的主元件，其控制电压方便与否，与 R3、Rx 值相对大小有关.当两电阻相近时，为了线路简单、经济，控制电路适宜用限流接法，这主要是出于实验操作是否方便的考虑.方案二：应用全电路欧姆定律测电阻应用全电路欧姆定律测电阻.见图 10-17.原理：令 Rx短路，调 R1，测得 I1后，由全电路欧姆定律得E=I1（r+R1+0+RA）,是为了测出 R1。接着去掉短路线，可得 I2，同理得 E=

22、I2（r+R1+Rx+RA）可求 Rx.备注：另有导线若干，各器材数目均只一个图 10-16图 10-17讨论：用 R1为何不用 R2？显然是考虑了测量方便问题，是方便原则的应用.因为 R1调节时能用到 0.1 变化，对电流调整是有利的.图 2 设计较图 1，主要是考虑了节省器材原则，这也可以说是经济原则的应用.可变电阻的选择：其中一点就是小阻值的变化量小，精确。可变电阻的选择：其中一点就是小阻值的变化量小，精确。方案三：欧姆表原理测电阻欧姆表原理测电阻，见图 10-18.原理：先让 ab 短路，调 R1使 A1满偏，求出 R内。此时内阻为 5（由 3v0.1A 求出）.去掉短路线，接通 S，

23、测得 I，则依据欧姆表原理欧姆表原理，RX值为（E/I -5）讨论：用 A1不用 A2或 G，主要是考虑了测量结果的精确问题.若用 A2改装为欧姆表，其中值电阻为 1；若用 G 改装为欧姆表，其中值电阻为 10k，与待测电阻比较，测量误差太大.欧姆表特点是当测量值在其欧姆表特点是当测量值在其中值中值电阻附近时，其读数（或测量结果）比较准确电阻附近时，其读数（或测量结果）比较准确. .这这是精确原则的应用是精确原则的应用. .所以选择什么作为欧姆表的表头，看其中值电阻是否与待测电阻接近，所以选择什么作为欧姆表的表头，看其中值电阻是否与待测电阻接近，且整个方案三操作上是很方便的.解了，因此说，基础

24、知识是关键，复杂题目只是基础知识的合成。 另外，欧姆表中的电源另外，欧姆表中的电源 E E、表头、表头 I I额额、内电阻、内电阻 R R中中-知二求一知二求一 【总结总结】本题处理过程相对复杂，但只要遵循前面所提出的各种选择方法，题目也就迎刃 而 解没有电阻箱是怎么求电流表内阻，通过并联的特点求电阻：没有电阻箱是怎么求电流表内阻，通过并联的特点求电阻： 例例 6从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表 A1的内阻 r1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。器材代号规格电流表（A1）量程 100mA，内阻 r1待测（约 40）电流表（A2）量程 500uA，内阻 r

25、2750电压表（V）量程 10V，内阻 r3=10k电阻（R1）阻值约 100，作保护电阻用滑动变阻器（R2）总阻值约 50电池（E）电动势 1.5V，内阻很小开关（K）导线若干（1）画出电路图，标明利用器材的代号。（2）若选测量数据中的一组来计算 r1，则所用的表达式 r1_，式中各符号的意义是_。【解析解析】分析题意知道需测量电流表 A1的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但经分析即使该电流表满偏时两端电压仅为 0.4V，远小于 10V 量程。这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”根据所列仪器的特点，电流表 A2 内阻已知，由此可采用两电流表并联，因为两电流表

26、两端电压相等即可省去电压的测量，从而减小实验误差，由 I2r2I1r1得 r1=122 IrI图 10-18图 10-16此题也可理解为“将已知内阻的电流表 A2当成电压表使用” 。这实际也是伏安法的一种推广形式。【总结总结】因为电源很小，所以不能用电压表；因为电源很小，所以不能用电压表；因为电流表可以显示流过自己的电流，且两个电流表并联，所以可以通过因为电流表可以显示流过自己的电流，且两个电流表并联，所以可以通过 U 相等来列出等相等来列出等式。式。接入电路的电阻接入电路的电阻：例例 7：如图 10-3 所示，滑动变阻器电阻最大值为R，负载电阻R1=R，电源电动势为E,内阻不计. （1）当K

27、断开，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？（2）当K闭合，滑动头c移动时，R1两端的电压范围是多少？（3）设R的长度ab=L,R上单位长度的电阻各处相同，a、c 间 长度为x，当K接通后，加在R1上的电压U1与x的关系如何？ 【审题审题】电键断开或闭合导致电路出现两种截然不同的控制电路：限流和分压，把握限流 和分压电路的原理是关键【解析解析】 （1）若 K 断开，则该控制电路为滑动变阻器的限流接法，故U1E 2E（2）若 K 闭合，则该控制电路为滑动变阻器的分压接法，故 0U1E（3）U1=IR并，R并=,I= 得：U1= RLRxRLRxLRxLRE)(并LxxLELx 22【总结总结】该题考察两种控制电路的原理即两者获取的控制电压范围不同图 10-3