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1、電學(xué)實(shí)驗(yàn)完全解析 任建新 湖北省襄樊市第四高級(jí)中學(xué) 441021一、電流表內(nèi)、外接法的選擇:內(nèi)接法中,由于電流表內(nèi)阻的影響,電阻的測(cè)量值大于真實(shí)值;外接法中,由于電壓表內(nèi)阻的影響,電阻的測(cè)量值小于真實(shí)值。為了盡可能地減小誤差,必須判斷被測(cè)電阻是大電阻還是小電阻,從而確定內(nèi)、外接法。判斷方法如下:1、若,Rx為大電阻,內(nèi)接法誤差??;若,Rx為小電阻,外接法誤差??;2、若被測(cè)電阻Rx的大小無(wú)法直接判定時(shí),先求臨界電阻:,若,為大電阻,內(nèi)接法誤差小。,為小電阻,外接法誤差??;,內(nèi)外接法均可。3、若不知道被測(cè)電阻的大約值,無(wú)法比較及大小時(shí),可采用電壓表試觸法看電流表、電壓表變化大小來(lái)確定。具體方法:圖
2、1接電路時(shí)把電壓表的一端接入電路中,另一端連接導(dǎo)線預(yù)留,如圖1所示,閉合電路,移動(dòng)電壓表的這個(gè)預(yù)留端,先后與A、B兩點(diǎn)接觸,使電流表進(jìn)行內(nèi)、外接改變,同時(shí)觀察兩表示數(shù)變化情況,若電流表示數(shù)變化明顯,說(shuō)明外接時(shí)(即接在A點(diǎn))電壓表分流作用大,應(yīng)采用內(nèi)接法測(cè)量;若電壓表示數(shù)變化明顯,說(shuō)明內(nèi)接時(shí)(即接在B點(diǎn))電流表的分壓作用大,應(yīng)采用外接法測(cè)量?!纠?】有一個(gè)未知電阻,為了較準(zhǔn)確地測(cè)出其電阻值,采用上述的方法,當(dāng)電壓表的預(yù)留端接在A點(diǎn)時(shí),兩電表的讀數(shù)分別為4.8V,5.0mA,接在B點(diǎn)時(shí),兩電表的讀數(shù)分別為5.0V,4.0mA,則被測(cè)電阻的測(cè)量值較準(zhǔn)確的數(shù)值等于多少?【解析】由題意可知,電流表示數(shù)變
3、化明顯,說(shuō)明外接時(shí)電壓表分流作用大,即被測(cè)電阻的阻值可以與電壓表相比較,說(shuō)明被測(cè)電阻為大電阻,內(nèi)接法誤差小,則被測(cè)電阻的測(cè)量值較準(zhǔn)確的數(shù)值應(yīng)用第二組數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算,即R測(cè)=1250。圖2甲二、控制電路的選擇:(滑動(dòng)變阻器分壓與限流接法的選擇)1、限流接法:如圖2甲所示, 注意:在接通電源之前應(yīng)把接入中路中的電阻最大,電路中的電流最小,以保證安全。即圖中滑片P移到b端。圖2乙2、分壓接法:如圖2乙所示。注意:在接通電源之前,滑片P應(yīng)移到圖中的a端,使負(fù)載的電壓和電流均為最小,以保證安全。3、選擇方法:在沒(méi)有特殊指明的情況下,從減小電能損耗和接線方便的角度考慮,變阻器通常選用限流接法,但在出現(xiàn)下述情況
4、時(shí),則必須選擇分壓接法。(1)若采用限流電路時(shí),如果電路中的最小電流大于等于被測(cè)電阻Rx的額定電流或所給電表的量程時(shí),必須選用分壓電路;【例2】用伏安法測(cè)量某電阻Rx阻值,現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下:待測(cè)電阻Rx(阻值約為100歐);直流電流表A(010mA,50);電壓表(03V,);滑動(dòng)變阻器(0,1A);直流電源(電動(dòng)勢(shì)為3V,內(nèi)阻不計(jì));電鍵、導(dǎo)線若干。根據(jù)規(guī)格要求,畫出測(cè)量電路圖。圖3【解析】若采用限流接法,當(dāng)變阻器的全值電阻接入電路中時(shí),回路中的最小電流:,即最小電流大于電流表的量程。故只能采用分壓接法。 臨界電阻100,為小電阻,故采用電流表外接法。電路圖如圖3所示,分壓式的外接法。(2)
5、滑動(dòng)變阻器全阻值遠(yuǎn)小于或者遠(yuǎn)大于被測(cè)電阻Rx或電路中串聯(lián)的其他電阻的阻值,而實(shí)驗(yàn)要求電壓變化范圍較大(或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù))時(shí),必須采用分壓電路;【例3】有一個(gè)小燈泡上標(biāo)有“6V,0.6W”的字樣,現(xiàn)在要用伏安法測(cè)量這個(gè)燈泡的IU圖線?,F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下:電壓表(010V,內(nèi)阻20);電流表(00.3A,內(nèi)阻1);滑動(dòng)變阻器();學(xué)生電源(直流9V),還有開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線。為使實(shí)驗(yàn)誤差盡量減小,畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。圖4 【解析】小燈泡的標(biāo)示可知其額定電壓,額定電流,在額定電壓下的電阻。而變阻器的阻值只有5,若采用限流電路,回路中電流變化很小,測(cè)量數(shù)據(jù)相應(yīng)就少,實(shí)驗(yàn)誤差,故必須采用分壓電路。被測(cè)燈泡為小電阻,
6、因此選擇電流表外接法。實(shí)驗(yàn)電路如圖4所示。(3)實(shí)驗(yàn)中要求電壓從零開(kāi)始并連續(xù)變化時(shí)須采用分壓電路;三、實(shí)驗(yàn)儀器的選擇:1、首先考慮安全因素:如各電表的實(shí)際讀數(shù)不能超過(guò)其量程,電阻類元件中的實(shí)際電流不能超過(guò)其最大允許電流或電壓。實(shí)際處理過(guò)程中,需要估算回路中的最小電流(一般應(yīng)用假設(shè)變阻器采用限流接法時(shí)進(jìn)行估算)。如:用伏安法測(cè)量標(biāo)有“6V,0.6W” 字樣的小燈泡的IU圖線,則實(shí)際加在燈泡的電壓的最大值不能超過(guò)6V。2、讀數(shù)誤差因素:一般要求各電表的實(shí)際讀數(shù)不小于其量程的(應(yīng)在量程的最好),以減小讀數(shù)誤差。實(shí)際處理過(guò)程中,需要估算回路中的最大電流或電壓(方法同上)。如上例中,若提供6V和15V兩
7、種電壓表供選擇,顯而易見(jiàn),選擇前者,讀數(shù)誤差更小。3、對(duì)滑動(dòng)變阻器:除了考慮安全因素外,分壓接法中,一般選擇電阻值小而額定電流較大的變阻器;限流接法中,變阻器的阻值應(yīng)與電路中其他電阻的阻值比較接近(兩者的比值一般在2倍或1/2倍左右)。4、儀器選擇的一般步驟:(1)首先選擇唯一性的器材;(2)草畫電路圖,(暫不接電流表和電壓表);(3)估算回路中的電流和電壓的最大值,在電表的指針有較大幅度的偏轉(zhuǎn),但不超過(guò)其量程的情況下,結(jié)合已知器材的規(guī)格,確定實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)器材。四、電路實(shí)物圖的連接的基本方法:1、依據(jù)題意條件,參照實(shí)物位置,畫出電路圖,并在電路圖上標(biāo)明電源的正、負(fù)極,電流表和電壓表的正負(fù)極及
8、量程,電鍵需接在干路上。2、從電源正極出發(fā),選擇一條包含元件最多的通路,依據(jù)“先串后并”的原則依次連接各個(gè)器件,一直到電源的負(fù)極,最后在將其余的元件和電壓表并聯(lián)在電路的某兩點(diǎn)之間。要點(diǎn):為防止電表的正負(fù)接線柱接錯(cuò)或分壓接法中回線錯(cuò)誤,始終根據(jù)“電流的流向即為連線的方向” 。3、對(duì)照電路圖檢查:(1)連接導(dǎo)線是否在接線柱上,且導(dǎo)線不能相互交叉,不能橫跨實(shí)物。(2)電表的量程、正負(fù)極連接是否正確。(3)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭是否在正確的位置?!纠?】在“測(cè)定金屬絲的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中若估測(cè)金屬絲的電阻Rx約為3,為減小誤差,并盡可能測(cè)量多組數(shù)據(jù),要求電阻絲的發(fā)熱功率P0.75W,備有器材如下:A、6V
9、直流電源; B、直流電流表A1(00.6A,內(nèi)阻); C、直流電流表A2(03A,內(nèi)阻);D、直流電壓表V1(03V,); E、直流電壓表V2(015V,); F、滑動(dòng)變阻器R1(0,最大允許電流1A); G、滑動(dòng)變阻器R2(0,最大允許電流1A);H、電鍵、導(dǎo)線若干。問(wèn):(1)上述器材選用 (用字母表示)(2)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。(3)在圖5中連接實(shí)物。圖6圖5【解析】(1)首先選出唯一性的器材,即:A、H; P0.75W, 電流表選用 B(00.6A,內(nèi)阻); , 電流表選用 D(03V,內(nèi)阻)若采用限流接法,提供的兩個(gè)變阻器都不便于調(diào)節(jié),而題目中要求減小實(shí)驗(yàn)誤差,故采用變阻器分壓接法,同時(shí)變阻器選擇G(0,1A)
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