高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材選擇

1、電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇一、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)室條件選擇儀器是進(jìn)行正確測(cè)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(shí)驗(yàn)要求和客觀條件選用合適的儀器，使實(shí)驗(yàn)切實(shí)可行，能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。另外還要注意測(cè)量?jī)x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(shí)驗(yàn)的需要，選用精度合適的測(cè)量工具，但對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)需考慮調(diào)節(jié)方便，便于操作，如滑動(dòng)變阻器的選擇，既要考慮它的額定電流，又要考慮它的阻值范圍，在二者都能滿足實(shí)驗(yàn)要求的情況下，還要考慮阻值大小對(duì)實(shí)驗(yàn)操作中是否調(diào)節(jié)方便的影響。2、 選擇電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器主要是選擇電源、電表、滑動(dòng)變

2、阻器等器件，通常可以從以下四方面人手：根據(jù)用電器的需要來確定選擇電源.（1） 選擇直流電源，一般考慮用電器所需的電壓、電路中的電流、電源電動(dòng)勢(shì)和允許電流等。（2） 在不超過待測(cè)器材所允許的最大電壓值的情況下，選擇電動(dòng)勢(shì)較大的電源（以獲得更多的測(cè)量數(shù)據(jù)）。在相同電動(dòng)勢(shì)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(cè)電源內(nèi)阻除外根據(jù)不使電表受損和盡量減少誤差的原則選擇電表(1) 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 必須先根據(jù)已知條件估算電路中的最大電壓或電流值（對(duì)定值電阻額定電壓電流），以此確定選用略大于且量程最小的電表(2) 然后合理選擇量程。務(wù)必使指針有

3、較大偏轉(zhuǎn)（一般取滿偏的1/3-2/3左右），以減少測(cè)讀的誤差根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑動(dòng)受阻器（1）用最小電流推出最大總電阻，減去其他的電阻，使得滑動(dòng)變阻器電阻大于該電阻（2）已知限流或分壓。若控制電路確定為限流接法，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用與實(shí)驗(yàn)電路中其它電阻的總阻值相差不大的，或是較大的；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。（3）不宜采用高阻值的變阻器，如果滑動(dòng)頭稍有移動(dòng)，使電流電壓有很大變化的（4）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。（5）注意流過滑動(dòng)變阻器的最小電流不超過它額定值【1.利用最大電流電壓（有時(shí)

4、是待測(cè)電阻的額定電流電壓）推出電流表和電壓表；2.利用最小電流推出滑動(dòng)變阻器的最大電阻，使得滑動(dòng)變阻器的電阻大于這個(gè)值；3.滑動(dòng)變阻器的阻值與電阻的差距不大時(shí)，假設(shè)在限流中，求出最小電流，看是否大于額定電流，是，則用分壓，另外，還可以在限流中求出滑動(dòng)變阻器的最小滑到的電阻，以及其電壓變化范圍】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)原理才能做出恰當(dāng)?shù)倪x擇總結(jié)：對(duì)器材的選擇的一般步驟是：找出唯一性的器材；草畫電路圖（暫不把電表接入）；估算最大值，【在限流電路中把滑動(dòng)變阻器觸頭推向最小值，（因?yàn)殡妷弘娏鞅碓诜謮鹤桀^上，如果使滑動(dòng)變阻器最小則會(huì)引發(fā)短路，）】，使電阻最??；考慮能否都使電

5、表達(dá)到滿偏的1/3以上。（按電源電壓表電流表變阻器順序依次選擇）A.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(cè)試的準(zhǔn)確度。電路的選擇滑動(dòng)變阻器的限流和分壓在“伏安法測(cè)電阻”和“伏安法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻”的實(shí)驗(yàn)中，一般選用總阻值較小的滑動(dòng)變阻器，前者可方便調(diào)節(jié)，后者可減少誤差。在滑動(dòng)變阻器作限流作用時(shí)，為使負(fù)載RX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(shí)，應(yīng)使其總電阻，R0大于RX，一般在25倍為好。在滑動(dòng)變阻器作為分壓作用時(shí)，一般取滑動(dòng)變阻器的總電阻，R0

6、小于RX ，一般R0在0.1RX0.5RX之間為好?；瑒?dòng)變阻器分壓與限流接法的選擇： 滑動(dòng)變阻器常被用來改變電路的電壓和電流，根據(jù)連接方法的不同，可分為分壓接法和限流接法.分壓法是把整個(gè)變阻器的所有阻值接入電路，再?gòu)幕谧冏杵鞯囊粋€(gè)端點(diǎn)上引出部分電壓向外供電.限流法是變阻器的部分阻值串入電路，通過改變有效阻值來改變整個(gè)電路的電流.通常變阻器應(yīng)選用限流接法，但在下列三種情況下，必須選擇分壓連接方式.（1）若采用限流電路，電路中的最小電流仍超過用電器的額定電流時(shí)，必須選用分壓電路.（2）當(dāng)滑動(dòng)變阻器全值電阻遠(yuǎn)小于用電器電阻，且實(shí)驗(yàn)要求的電壓變化范圍較 大或要求測(cè)量多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，必須選用分壓電路

7、.（3）要求回路中某部分電路的電壓從零開始可連續(xù)變化時(shí)須選用分壓電路.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)與通過負(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(cè)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(cè)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(cè)電阻阻值與電壓表、電流表的阻值相差不多時(shí)，如何確定被測(cè)電阻R是較大還是較小呢對(duì)誤差，可用相比較 3.測(cè)試判斷法（試觸法）若Rx、RA、RV的大小關(guān)

8、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))。例題選擇恰當(dāng)?shù)碾娐愤B接:例1：圖7為用伏安法測(cè)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

9、規(guī)格如下：（1）待測(cè)電阻Rx（約100）（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010mA，內(nèi)阻50）（4）直流電壓表（量程03V，內(nèi)阻5K）（5）滑動(dòng)變阻器（阻值范圍015，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(cè)電阻與電壓表阻值相差較多，滑動(dòng)變阻器阻值相對(duì)較小?！窘馕觥恳蚧瑒?dòng)變阻器阻值小于待測(cè)電阻Rx的阻值，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用分壓接法；待測(cè)電阻與電

10、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(cè)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(wú)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。電流表電壓表的選擇（用最大電流電壓來選擇），以及電路的連接例2：某電壓表的內(nèi)阻在2050K之間，

11、現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用的器材：待測(cè)電壓表V(量程3V)，電流表A1(量程200A)，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1k)，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(cè)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)?！緦忣}】測(cè)量電壓表的內(nèi)阻，從已知條件看，需測(cè)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?！窘馕觥侩妷罕?/p>

12、的示數(shù)等于通過電壓表的電流與本身內(nèi)阻的乘積，估算電路中的最大電流為 【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。即是最小電流必須小于額定電流，可以用限流。固定電阻與滑動(dòng)變阻器的選擇(推出最小最大電流，根據(jù)總電阻的最大最小值，利用最大電阻求滑動(dòng)變阻器的電阻):例3：有一改裝的電流表A1需要與一標(biāo)準(zhǔn)電流表A2進(jìn)行校對(duì)，采用如圖所示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

13、動(dòng)勢(shì)6v，內(nèi)阻約為0.3），改裝電流表A1（量程00.6A，內(nèi)阻約為0.1）標(biāo)準(zhǔn)電流表A2(量程00.6A3A，內(nèi)阻不超過0.04）實(shí)驗(yàn)中備有的電阻器規(guī)格如下：A固定電阻（阻值8，額定電流2A）B固定電阻（阻值15，額定電流2A）C滑動(dòng)變阻器（阻值范圍020，額定電流2A）D.滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0200，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0.10.6A之間，即電路中僅有限流電阻時(shí)的電流要略大

14、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?！窘馕觥恳阎难b表量程為00.6A，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(shì)為6v，根據(jù)歐姆定律，電路中最小總電阻不能大于10，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0.44，所以固定電阻R0應(yīng)選用A（8）；又因最大總電阻不能小于60，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用D（200）。（用最大電流推出限流電阻，用最小電流推出滑動(dòng)變阻器的最大電阻。）【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

15、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太大以至于會(huì)使電流表達(dá)不到滿偏時(shí)的阻值。（2）注意區(qū)分限流電阻與滑動(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)到足夠小（不大于0.1A）。電流表和電壓表的選擇，電路的連接選擇（用計(jì)算的方法來選擇限流，還是分壓）：例4：用伏安法測(cè)量某一電阻RX的阻值，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下：A、待測(cè)電阻RX（阻值大約為5，額定功率為1W）B、電流表A1（00.6A，內(nèi)阻0.2）C、電流表A2（03A，內(nèi)阻0.05）D、電壓表V1（03V，內(nèi)阻3K）E、電壓表V2（015V，內(nèi)阻15K）F、滑動(dòng)變阻

16、器R0（050）G、蓄電池（電動(dòng)勢(shì)為6V）H、電鍵、導(dǎo)線為了較準(zhǔn)確測(cè)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(cè)電阻Rx的額定電壓、額定電流分別為 【總結(jié)】本題需要選擇電流表、電壓表量程以及測(cè)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。確定了是限流，可是推出最小電阻。注意，IminI額，所以使用限

17、流最小電流不超過它額定值。先選擇儀器，再選擇電路連接。幾種測(cè)電阻的方法例5： 測(cè)量某電阻Rx的阻值.已知Rx約為5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(cè)電阻的原理和方法，列出所有的測(cè)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。圖10-16【解析】方案一：應(yīng)用伏-安法測(cè)電阻，見圖10-16.檢流計(jì)，其實(shí)就是要求改裝成電表。選R2，還是選R1，就是出于對(duì)實(shí)驗(yàn)安全方面的考慮.R2與G表，可改裝成3V左右的電壓

18、表；R1與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(cè)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(cè)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(chéng)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.圖10-17R3作為控制線路的主元件，其控制電壓方便與否，與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(jiǎn)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(cè)電阻.見圖10-17.原理：令Rx短路，調(diào)R1，測(cè)得

19、I1后，由全電路歐姆定律得E=I1（r+R1+0+RA）,是為了測(cè)出R1。接著去掉短路線，可得I2，同理得E=I2（r+R1+Rx+RA）可求Rx.圖10-18 討論：用R1為何不用R2？顯然是考慮了測(cè)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0.1變化，對(duì)電流調(diào)整是有利的.圖2設(shè)計(jì)較圖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. 可變電阻的選擇：其中一點(diǎn)就是小阻值的變化量小，精確。方案三：歐姆表原理測(cè)電阻，見圖10-18.原理：先讓ab短路，調(diào)R1使A1滿偏，求出R內(nèi)。此時(shí)內(nèi)阻為5（由3v0.1A求出）.去掉短路線，接通S，測(cè)得I，則依據(jù)歐姆表原理，RX值為（E/I -

20、5）討論：用A1不用A2或G，主要是考慮了測(cè)量結(jié)果的精確問題.若用A2改裝為歐姆表，其中值電阻為1；若用G改裝為歐姆表，其中值電阻為10k，與待測(cè)電阻比較，測(cè)量誤差太大.歐姆表特點(diǎn)是當(dāng)測(cè)量值在其中值電阻附近時(shí)，其讀數(shù)（或測(cè)量結(jié)果）比較準(zhǔn)確.這是精確原則的應(yīng)用.所以選擇什么作為歐姆表的表頭，看其中值電阻是否與待測(cè)電阻接近，且整個(gè)方案三操作上是很方便的.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。另外，歐姆表中的電源E、表頭I額、內(nèi)電阻R中-知二求一【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，題目也就迎刃而解沒有電阻箱是怎么求電流表內(nèi)阻，通過并聯(lián)的特點(diǎn)求電阻：例6從下表中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一電路來測(cè)量電流表A1的內(nèi)阻r1。要求方法簡(jiǎn)捷，有盡可能高的測(cè)量精度，并能測(cè)得多組數(shù)據(jù)。器材代號(hào)規(guī)格電流表（A1）量程100mA，內(nèi)阻r1待測(cè)（約40）電流表（A2）量程500uA，內(nèi)阻r2750電壓表（V）量程10V，內(nèi)阻r3=10k電阻（R1）阻值約100，作保護(hù)電阻用滑動(dòng)變阻器（R2）總阻值約50電池（E）電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻很小開關(guān)（K）導(dǎo)線若干（1）畫出電路圖，標(biāo)明利用器材