電學(xué)實驗的器材選擇和電路設(shè)計(整理編輯_精品)

1、電學(xué)實驗的器材選擇和電路設(shè)計1、電路結(jié)構(gòu) 完整的實驗電路包括三個部分: 測量電路, 控制電路(變阻器、開關(guān) , 電源. 2、思路3、方法(1 、實驗儀器的選擇根據(jù)實驗原理和實驗室條件選擇儀器是進行正確測量的前提,一般遵循以下三原則:安全性原則:要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器,使實驗切實可行,能達到預(yù)期目標(biāo)。另外還要 注意測量儀器的量程,電阻類器件的電流不能超過其最大允許電流等。準(zhǔn)確性原則:根據(jù)實驗的需要,選用精度合適的測量工具,但對某個實驗來講,精確程度夠用即可,并不是精 度越高越好。操作性原則:實驗時需考慮調(diào)節(jié)方便,便于操作,如滑動變阻器的選擇,既要考慮它的額定電流,又要考慮它

2、的阻值范圍,在二者都能滿足實驗要求的情況下,還要考慮阻值大小對實驗操作中是否調(diào)節(jié)方便的影響。根據(jù)教學(xué)大綱及高考考核的要求,選擇電學(xué)實驗儀器主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器件,通?？梢詮囊?下三方面人手:a . 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)(一般取滿偏的 1/3-2/3左右 ,以減少測讀的誤差. b .根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑動變阻器. 注意流過滑動變阻器的電流不超過它額定值. 對高 阻值的變阻器,如果滑動頭稍有移動,使電流電壓有很大變化的,不宜采用.

3、調(diào)節(jié),后者可減少誤差。 在滑動變阻器作限流作用時,為使負(fù)載 R 既能得到較寬的電流調(diào)節(jié)范圍,又能使電流變化均勻,選擇變阻器 時,應(yīng)使其總電阻, R 大于 R ,一般在 2 5倍為好。 在滑動變阻器作為分壓作用時,一般取滑動變阻器的總電阻 R 之間為好。一、測量電路 ( 內(nèi)、外接法 記憶決調(diào) “內(nèi)”字里面有一個“大”字 外接測量電路 ( 內(nèi)、外接法 選擇方法有(三 R x 與 R v 、 R A 粗略比較 計算比較法 R x 與 v A R R 比較 當(dāng) R v 、 R A 及 R x 末知時,采用實驗判斷法: 二、供電電路 ( 限流式、調(diào)壓式 以“供電電路”來控制“測量電路” :采用以小控大的

4、原則 電 路由測量電路和供電電路兩部分組成 , 其組合以減小誤差 , 調(diào)整處理數(shù)據(jù)兩方便 一:電阻的測量一:伏安法 R=U/I例 1: 有一電阻 R ,其阻值大約在 40 至 50 之間,需進一步測定其阻值,現(xiàn)有下列 器材:電池組 E ,電動勢為 9V ,內(nèi)阻忽略不計;電壓表V,量程為 0至 10V,內(nèi)阻 20; 電流表 A 1,量程為 0至 50mA,內(nèi)阻約 20;電流表 A 2,量程為 0至 300m A,內(nèi)阻約4;滑動變阻器 R 1,阻值范圍為 0至 100,額定電流 1A ;滑動變阻器 R 2,阻值范圍為 0至 1700,額定電流 0. 3A,開關(guān)S及導(dǎo)線若干.實驗電路圖如圖所示,實驗

5、中要求多 測幾組電流、電壓值.在實驗中應(yīng)選 電流表和 滑動變阻器.【分析與解】首先估算電路中可能達到的最大電流值,假設(shè)選電流表 A 1,則, I m E /(Rx +RA10.14A 超 過 了 A 1的量程,假設(shè)選電流表 A 2,則 I m E/(Rx +RA20.18A ,未超出 A 2的量程,故應(yīng)選電流表 A 2,這一選擇遵循了安全性 原則.對滑動變阻器的選擇。假沒選 R 1,電路中的最小電流約為I min E/(Rx +RA2+R10.06A ,故電路中的電流強度范圍為 0.06A 0.18A .又假設(shè)選 R 2,電路中的最小電流約為I min E/(Rx +RA2+R20.005A故

6、電路中的電流強度范圍為 0.005A - 0.18A ,因為電流表 A 2。的量程為 0.3A,電流強度為 0.06A時,僅為電流表 A 2。量程的 1/5,如果移動滑動變阻器阻值再增大,其電流表的示數(shù)將更小,讀數(shù)誤差會更大,因此對于 R 2而言,有效的調(diào)節(jié)長度太小,將導(dǎo)致電流強度值隨滑動片位置的變化太敏感.調(diào)節(jié)不方便,故應(yīng)選滑動變阻器 R 1,這一選擇就 遵循了方便性原則.例 2:欲用伏安法測定一個阻值約 12的電阻,要求測量結(jié)果盡量準(zhǔn)確,下列器材中應(yīng)選用的是 _,畫出應(yīng)采 用的電路圖。A 、電池組(6V ,內(nèi)阻很小B 、電流表(0 3A ,內(nèi)阻 0.0125C 、電流表(0 0.6A ,內(nèi)

7、阻 0.125D 、電壓表(0 3V ,內(nèi)阻 3kE 、電壓表(0 6V ,內(nèi)阻 6kF 、滑動變阻器(020, 1A G 、滑動變阻器(0200, 0.3A H 、電鍵、導(dǎo)線【分析與解答】 找出唯一性器材:被測電阻、電池組 A 、電鍵和導(dǎo)線 H ; 草畫電路圖; 估算最大值:當(dāng)滑動 變阻器的使用阻值為零時,電路中電流最大 Im=/RX6/12=0.5A; 因此選用 C 和 E 都可同時使電流表和電壓表指針 半偏以上。變阻器選 F (若選 G 則因額定電流小而容易燒毀,且不方便調(diào)節(jié)把電表接入時,用電流表外接法。練習(xí) 1、用伏安法測量一個定值電阻的阻值,備用器材如下 :待測電阻 R x (阻值約

8、為 25k ; 電流表 A 1:(量程 100A , 內(nèi)阻 2k ; 電流表 A 2:(量程 500A , 內(nèi)阻 300 ; 電壓表 V 1:(量程 10V ,內(nèi)阻 100k ;電流表 V 2:(量程 50V ,內(nèi)阻 500k ;電源 E :(電動勢 15V ,允許最大電流 1A ;滑動變阻器 R :(最大阻值 1k ;電鍵 S ,導(dǎo)線若干。為了盡量減小實驗誤差,要求測多組數(shù)據(jù).(1 電流表應(yīng)選 _, 電壓表應(yīng)選 _.(2畫出實驗電路圖.練習(xí) 2、用以下器材測量一待測電阻 R x 的阻值(9001000 :電源 E ,具有一定內(nèi)阻,電動勢約為 9.0V ;電壓表 V 1,量程為 1.5V ,內(nèi)

9、阻 r 1=750;電壓表 V 2,量程為 5V ,內(nèi)阻 r 2=2500;滑線變阻器 R ,最大阻值約為 100;單刀單擲開關(guān) S ,導(dǎo)線若干.(1測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的 1/3,試畫出測量電阻 R x 的一種實驗電路原理圖 (原理圖中的元件要用題圖中的相應(yīng)的英文字母標(biāo)注 .(2若電壓表 V 1的讀數(shù)用 U 1表示,電壓表 v 2的讀數(shù)用 U 2表示,則由已知量和測得量表示 R x 的公式為 R x =_.練習(xí) 3、 在 “描述小燈泡的伏安特性曲線” 實驗中, 需要用伏安法測定小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流, 除開關(guān)、 導(dǎo)線外,還有如下器材:A .小燈泡“ 6V 3W ”B

10、 .直流電源 6 8VC .電流表(量程 3A ,內(nèi)阻 0. 2 D .電流表(量程 0. 6A ,內(nèi)阻 1 E .電壓表(量程 6 V ,內(nèi)阻 20 kF .電壓表(量程 20V , 內(nèi)阻 60 kG .滑動變阻器(0 20 、 2 AH .滑動變阻器(1 k、 0. 5 A(1 把實驗所用到的器材按字母的先后順序填入空中:(2 在下面的虛線框內(nèi)畫出最合理的實驗原理圖.【答案】 ABDEG ; 電流表外接,分壓電路 (圖略 ;【解析】小燈泡“ 6V 3W ”的額定電壓為 6 V,額定電流為 0. 6A ,故電流表選擇量程 0. 6A 的 D ,電壓表選擇量程 為 6 V的 E .而滑動變阻器

11、則選擇總電阻比較小,額定電流較大的 G .為了描述小燈泡的伏安特性曲線,要求電壓從 0開始變化,故一定選擇分壓電路 . 對于選定的電路板和電壓表,有臨界電阻 =>=124. 1412PUR R R R L V A , 故電流表需要外接.(08年高考全國 II 理綜 右圖為一電學(xué)實驗的實物連線圖。該實驗可用來測量特測電阻 R x 的阻值(約 500 。圖中兩 個電壓表量程相同,內(nèi)阻都很大。實驗步驟如下:調(diào)節(jié)電阻箱,使它的阻值 R 0與待測電阻的阻值接近;將滑動變阻器的滑動頭調(diào)到最右端。 合上開關(guān) S 。 將滑動變阻器的滑動頭向左端滑動, 使兩個電壓表指針都具有明顯偏轉(zhuǎn)。 記下兩個電壓表和的

12、讀數(shù) U 1和 U 2。多次改變滑動變阻器滑動頭的位置,記下 和的多組讀數(shù) U 1和 U 2。求 R x 的平均值。 回答下列問題: ( 根據(jù)實物連線圖在虛線框內(nèi)畫出實驗的電路原理圖, 其中電阻箱的符號為 滑 動 變 阻 器 的 符 號 為,其余器材用通用的符號表示。 (不計電壓表內(nèi)阻的影響,用 U 1、 U 2和 R 0表示 R x 的公式為 (考慮電壓表內(nèi)阻的影響,且 U 1、 U 2、 R 0、的內(nèi)阻 r 1、 的內(nèi)阻 r 2表示 R x 的公式 答案:(1 4.593(4.592或 4.594也同樣給分 (2 (電路原理圖如圖所示( 201x U R R U =( 2012120120

13、1(4 ( x U R r r R U r R r U R r =+-分二、測量電表的內(nèi)阻縱向:伏安法及變式 1°電流表、電壓表各一只,可以測量它們的內(nèi)阻 2°兩只同種電表,若知道一只的內(nèi)阻,就可以測另一只的內(nèi)阻 3°兩只同種電表內(nèi)阻都未知,則需要一只電阻箱才能測定電表的內(nèi)阻 橫向:除伏安法外,還常用替代法、半偏法和閉合電路歐姆定律(計算法 1°替代法 2°半偏法 3°閉合電路歐姆定律(計算法例題 1、 實驗室中現(xiàn)有的器材如下:電池 E (電動勢約 10V 、內(nèi)阻 r 約 1 ;標(biāo)準(zhǔn)電流表 A 1(量程 300mA ,內(nèi)阻 r 1約為

14、 5 ;電阻箱 R 1(最大阻值 999.9,阻值最小改變量為 0.1 ;滑動變阻器 R 2(最大阻值 10 ;開關(guān) S要求設(shè)計 個測定電流表 A 2(量程 250mA ,內(nèi)阻 r 2約為 5內(nèi)阻的實驗方案. (1在方框中畫出測量電路,并在每個儀器旁標(biāo)上英文代號.(2要直接測出的物理量是 _,用這些物理量表示待測電流表 A 2內(nèi)阻的計算公式是 _.(1如上圖(右所示(2 A 1、 A 2兩電流表的讀數(shù) I 1、 I 2和電阻箱 R 1的阻值 121212, I I R r R I -=.量程為 3V 的電壓表 V 內(nèi)阻約為 3k,要求測出該電壓表內(nèi)阻的精確值.實驗中可供選用的器材有: 電阻箱

15、R a (最大值 9999.9,阻值最小改變量 0.1滑線變阻器 Rb（最大阻值 1000，允許最大電流 0.2A） 電源 E（開路電壓約為 5V，內(nèi)阻可忽略不計） 開關(guān) S 及導(dǎo)線若干 （1）設(shè)計一個易于操作的測量電路，要求畫出實驗電路圖并標(biāo)出所用器材符號 （2）列出測量步驟，并寫出計算電壓表內(nèi)阻的最后公式 （1）如圖所示 （2）合上開關(guān) S，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表指針在中央刻度處，記下電阻箱的 阻值 R1；再調(diào)節(jié)電阻箱電阻，便電壓表指針指在滿偏刻度處，記下電阻箱的阻值 R2 RV = R2 - 2 R1 （或 RV = U 2 R2 - U1 R1 U1 - U 2 ） 練習(xí) 1、201

16、0·天津·9（3）要測量電壓表 V1 的內(nèi)阻 RV，其量程為 2V，內(nèi)阻約 2K 。實驗室提供的器材有： 電流表 A，量程 0.6A，內(nèi)阻約 0.1 ； 電壓表 V2，量程 5V，內(nèi)阻為 5K ； 定值電阻 R1，阻值 30 ； 定值電阻 R2，阻值為 3K ； 滑動變阻器 R3，最大阻值 100 ，額定電流 1.5A； 電源 E，電動勢 6V，內(nèi)阻約 0.5 ； 開關(guān) S 一個，導(dǎo)線若干。 1 有人擬將待測電壓表 V1 和電流表 A 串聯(lián)接入電壓合適的測量電路中，測出 V1 的電壓和電流，再計算出 RV。該方案 實際上不可行，其最主要的原因是 2 請從上述器材中選擇必要的

17、器材，設(shè)計一個測量電壓表 V1 內(nèi)阻 RV 的實驗電路。要求測 量盡量準(zhǔn)確，實驗必須在同一電路中，且在不增減元件的條件下完成。試畫出符合要求的 實驗電路圖（圖中電源與開關(guān)已連接好） ，并標(biāo)出所選元件的相應(yīng)字母代號： 3 由上問寫出 V1 內(nèi)阻 RV 的表達方式，說明式中各測量量的物理意義。 答案：電流表 A 不能準(zhǔn)確測量出流過電壓表 V1 的電流 測量電壓表 V1 內(nèi)阻 RV 的實驗電路如圖所示 RV = U1R2 U 2 - U1 U1 表示的 V1 電壓 U 2 表示 V1 和 R2 串聯(lián)的總電壓 S1 R E 圖1 S2 V 22010·海南物理·13 圖 1 為測量

18、電壓表 V 內(nèi)阻 r 的電路原理圖圖中兩個固定電阻的 阻值均為 R， (1） 、開關(guān) S1 、 S2 是開關(guān)， E 是電源(內(nèi)阻可忽略） 。 R S1 保持?jǐn)嚅_，合上開關(guān) S2 ，此時電壓表的讀數(shù)為 U1 ；再合上開關(guān) S1 ，電壓表 U U U 的讀數(shù)變?yōu)?2 ，電壓表內(nèi)阻 r =_（用 1 、 2 和 R 表示） 。 U1 R U - 2U1 【答案】 2 U1 E R + RRrr = Rr + r= R S1 保持?jǐn)嚅_時， U1 S1 ，則 E = U 2 ，解得 U 2 - 2U1 。 R+r 【解析】開關(guān) ，合上開關(guān) 三、測電源電動勢和內(nèi)阻 方法歸納： 例題： 1、在測定一節(jié)干電池

19、的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，備有下列器材： A 干電池 E（電動勢約為 1.5V，內(nèi)阻小于 1.0） ；B電流表 A1（滿偏電流 3mA，內(nèi)阻 r1=10） ；C電流表 A2 （00.6A，內(nèi)阻 0.1） ；D滑線變阻器 R1（020，10A） ；E滑線變阻器 R2（0100，10A） ；F定值電阻 R3 （990） ；G開關(guān)和導(dǎo)線若干 （1）為方便且能較準(zhǔn)確地進行測量，其中應(yīng)選用的滑線變阻器是_（填字母代號） （2）請在虛線框內(nèi)畫出利用本題提供的器材所設(shè)計的測量電池電動勢和內(nèi)阻的實驗電路圖 （3）如圖為某一同學(xué)根據(jù)他所設(shè)計的實驗給出的 I1、I2 圖線（I1 為 A1 的示數(shù)，I2 為 A2 的示數(shù)） ，由圖線可求得 被測電池的電動勢 E_V， 內(nèi)阻 r =_ 【答案】 （1）R1 （2） 電路如圖（右）所示 （3）1.4 8，0.8 2、2010·上海物理·29 某同學(xué)利用 DIS，定值電阻 R0 、電阻箱 R1 等實驗器材測量電池 a 的電動勢和內(nèi)阻，實驗裝置 如圖 1 所示，實驗時多次改變