人教版高中物理的電學

難點電學實驗

—＞難點形成的原因

1、對電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)則認識模糊，導致讀數(shù)的有效數(shù)字錯誤

2、對滑動變阻器的限流、分壓兩種控制電路的原理把握不準，導致控制電路選用不當

3、對實驗測量電路、電學儀器的選用原則把握不準，導致電路、儀器選用錯誤

4、對電學實驗的重點內容“電阻的測量”方法無明確的歸類，導致思路混亂

5、對于創(chuàng)新型實驗設計平時缺乏對實驗思想方法（如模擬法，轉換法，放大法，比較法,

替代法等）進行歸納，在全新的實驗情景下，找不到實驗設計的原理，無法設計合理可行的

方案。受思維定勢影響，缺乏對已掌握的實驗原理，儀器的使用進行新情境下的遷移利用，

缺乏創(chuàng)新意識.

二、難點突破

1、電流表、電壓表的讀數(shù)規(guī)則：

電流表量程一般有兩種---0.l~0.6A,0~3A；電壓表量程一般有兩種---0~3V,0?15V。

如圖10-1所示：

因為同?個電流表、電壓表有不同的量程，因此，對應不同的量程，每個小格所代表的

電流、電壓值不相同，所以電流表、電壓表的讀數(shù)比較復雜，測量值的有效數(shù)字位數(shù)比較容

易出錯。下面是不同表，不同量程下的讀數(shù)規(guī)則：

電壓表、電流表若用0~3V、0-3A量程，其最小刻度（精確度）分別為0.1V、O.1A,

為10分度儀表讀數(shù)，讀數(shù)規(guī)則較為簡單，只需在精確度后加一估讀數(shù)即可。

如圖所示，電壓表讀數(shù)為1.88V,電流表讀數(shù)為0.83A。若指針恰好指在2上，則讀數(shù)

為2.00V（或A）。

電壓表若用0?15V量程，則其最小刻度為0.5V,為2分度儀表讀數(shù)，所讀數(shù)值小數(shù)點

后只能有一位小數(shù)，也必須有一位小數(shù)。

如圖所示，若指針指在整刻度線上，如指在10上應讀做10.0V,指在緊靠10刻度線右

側的刻度線上（即表盤上的第21條小刻度線）讀數(shù)為10.5V,若指在這兩條刻度線間的中

間某個位置,則可根據(jù)指針靠近兩刻度線的程度，分別讀做10.1V,或10.2V,或10.3V,

或10.4V,即使是指在正中央，也不能讀做10.25V,若這樣，則會出現(xiàn)兩位不準確的數(shù)，即

小數(shù)點后的2和5,不符合讀數(shù)規(guī)則，如上圖中所示，讀數(shù)應為9.3V。

電流表若用0-0.6A量程，則其最小刻度為0.02A,為5分度儀表讀數(shù)，其讀數(shù)規(guī)則與0

—15V電壓表相似，所讀數(shù)值小數(shù)點后只能有兩位小數(shù)，也必須有兩位小數(shù)。

如上圖所示，電流表讀數(shù)為0.17A,若指針指在第11條刻度線上，則讀數(shù)為0.22A,指

在第10條刻度線上，讀數(shù)為0.20A,指在第12條刻度線上，讀數(shù)為0.24A。

2、滑動變阻器應用分析

滑動變阻器是電學實驗中常用的儀器，近兒年高考電學設計性實驗命題對其應用多次直

接或滲透考查.如何選擇滑動變阻器的接法設計控制電路仍是歷屆考生應考的難點.

滑動變阻器的限流接法與分壓接法的特點：如圖10-2所示的兩種電路中，滑動變阻器

（最大阻值為吊）對負載用的電壓、電流強度都起控制調節(jié)作用，通常把圖（a）電路稱為

限流接法，圖（b）電路稱為分壓接法.

負載此上電壓調節(jié)范圍（忽略負載是上電流調節(jié)范相同條件下電路消耗

電源內阻）圍（忽略電源內阻）的總功率

限流接法

RE)~E

——2—EWUWEWILWEL

RL+&十凡&

分壓接法E

QWUWE0W72W—

RL

比較分壓電路調節(jié)范圍較大分壓電路調節(jié)范圍較限流電路能耗較小

大

/?E

①限流法.如圖（a）所示，待測電阻上電壓調節(jié)范圍為一工--------E.顯然，當R°〈<RL

&+4

時.，在移動滑動觸頭的過程中，電流的變化范圍很小，總電流幾乎不變，UL也幾乎不變，

無法讀取數(shù)據(jù)；當R°>>RL時，滑動觸頭在從b向a滑動的過程中，先是電流表、電壓表的

示數(shù)變化不大，后來在很小的電阻變化范圍內，電流表、電壓表的讀數(shù)變化很快，也不方便

讀數(shù)，只有當RL與網(wǎng)差不多大小時，才能對電流、電壓有明顯的調控作用.在同樣能達到

目的的前提下，限流法較為省電，電路連接也較為簡單.

②分壓法.如圖（b）所示，待測電阻上電壓調節(jié)范圍為。?E,且Ro相對于RL越小，R

上的電壓變化的線性就越好.當RO>>RL時，盡管UL變化范圍仍是0?E,但數(shù)據(jù)幾乎沒有可

記錄性，因為在這種情況下，滑片從左端滑起，要直快到右端時，電壓表上示數(shù)一直幾乎

為零，然后突然上升到E,對測量幾乎沒有用處.因此，分壓接法要用全阻值較小的滑動變

阻器。

滑動變阻器的限流接法與分壓接法：兩種電路均可調節(jié)負載電阻電壓和電流的大小，但

在不同條件卜，調節(jié)效果大不一樣，滑動變阻器以何種接法接入電路，應遵循安全性、精確

性、節(jié)能性、方便性原則綜合考慮，靈活選取.

1.下列三種情況必須選用分壓式接法

（1）要求回路中某部分電路電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調節(jié)時（如：測定導體的

伏安特性、校對改裝后的電表等電路），即大范圍內測量時，必須采用分壓接法.

（2）當用電器的電阻見遠大于滑動變阻器的最大值限時，必須采用分壓接法.因為按

圖（b）連接時，因此》吊>履，所以總與扁的并聯(lián)值R尸R.而整個電路的總阻值約為

以那么吊兩端電壓Uz=/彳行”.Rap,顯然〃8幾?，且偏，越小，這種線性關系越好，電

R。

表的變化越平穩(wěn)均勻，越便于觀察和操作.

（3）若采用限流接法，電路中實際電壓（或電流）的最小值仍超過用的額定值時，只

能采用分壓接法.

2.下列情況可選用限流式接法

（1）測量時對電路中的電流或電壓沒有要求從零開始連續(xù)調節(jié)，只是小范圍內測量，

且必與面相差不大或必略小于R,采用限流式接法.

（2）電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿足分壓式接法的要求時，

采用限流式接法.

（3）沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡

便和節(jié)能因素優(yōu)先采用限流式接法.

例1：如圖10-3所示，滑動變阻器電阻最大值為R,負載電阻RFR,

電源電動勢為上內阻不計.

（1）當《斷開，滑動頭c移動時，在兩端的電壓范圍是多少？

（2）當人閉合，滑動頭c移動時，而兩端的電壓范圍是多少？

（3）設"的長度a公￡,A上單位長度的電阻各處相同，a、。間

長度為x,當人接通后，加在而上的電壓〃與x的關系如何？

【審題】電鍵斷開或閉合導致電路出現(xiàn)兩種截然不同的控制電路：

限流和分壓，把握限流和分壓電路的原理是關鍵

E

【解析】（1）若K斷開，則該控制電路為滑動變阻器的限流接法，取一WU&E

2

（2）若K閉合，則該控制電路為滑動變阻器的分壓接法，故

x&Rp

jEELx

(3)彳并，——,1=--------------得:U\=

I3-x2+Lx

x—+/?/?并+(￡-%)一

【總結】該題考察兩種控制電路的原理即兩者獲取的控制電壓范圍不同

例2：用伏安法測量某一電阻R阻值，現(xiàn)有實驗器材如下：待測電阻尼（阻值約5Q,額定

功率為1W）；電流表4（量程0~0.6A,內阻0.2Q）;電流表及（量程0?3A,內阻0.05Q）;

電壓表匕（量程0~3V,內阻3kQ）;電壓表K（量程075V,內阻15kQ）;滑動變阻

器癥（0~50Q）,蓄電池（電動勢為6V）、開關、導線.

為了較準確測量兄阻值，電壓表、電流表應選________,并畫出實驗電路圖.

【審題】該題要求選擇實驗儀器、測量電路及控制電路，因為滑動變阻器的全阻值大于被測

電阻尼，故首先考慮滑動變阻器的限流接法

【解析】由待測電阻兄額定功率和阻值的大約值，可以計算待測電阻尼的額定電壓、額定

電流的值約為

?Vb<5v?2.2V,斤Jp/R?V175A=0.45A.

則電流表應選4,電壓表應選/.

又因x=70.2x3000=24.5Q>兄，則電流表必須外接.

因為滑動變阻器的全阻值大于被測電阻尼，故首先考慮滑動變阻器的限流接法，若用限

E6

流接法，則被測電阻尼上的最小電流為Z,i?=-----------=----------=0.11

Ex+R5+50

A<7因該實驗沒有對電流、電壓的調節(jié)范圍未作特殊要求，故

用限流電路.電路如圖10-4所示.

【總結】滑動變阻器全阻值相對待測電阻較大，用分壓接法不便于

調節(jié)，故限流接法是首選，只要能保證安全且有一定的調節(jié)范圍即

可。

例3：用伏安法測量一個定值電阻的器材規(guī)格如下：待測電阻&（約100。）;直流電流表（量

程070mA、內阻50C）;直流電壓表（量程0?3V、內阻5kQ）;直流電源（輸出電壓4V、

內阻不計）；滑動變阻器（0?15C、允許最大電流1A）；開關1個，導線若干.根據(jù)器材的規(guī)

格和實驗要求畫出實驗電路圖.

【審題】本題只需要判斷測量電路、控制電路的接法，各儀器的量程和電阻都已經(jīng)給出，只

需計算兩種接法哪種合適。

【解析】用伏安法測量電阻有兩種連接方式，即電流表的內接法和外接法，由于兄<

JR通,,故電流表應采用外接法.在控制電路中，若采用變阻器的限流接法，當滑動變阻

E

器阻值調至最大，通過負載的電流最小，入產-----------=24mA>10mA,此時電流仍超過

R+RA+Rx

電流表的量程，故滑動變阻器必須采用分壓接法.如圖10-5所示.

【總結】任一種控制電路必須能保證電路的安全，這是電學實驗的首要原則，限流接法雖

然簡潔方便，但必須要能夠控制電路不超過電流的額定值，同時，能夠保證可獲取定的電

壓、電流范圍，該題中，即便控制電流最小值不超過電流表的量程，因滑動變阻器全阻值相

對電路其它電阻過小，電流、電壓變化范圍太小，仍不能用限流接法。

3、實驗電路和電學儀器的選擇

（1）電路的選擇

①安培表內、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)與通過負載的電壓或電流真

實值之間產生誤差，為減小此系統(tǒng)誤差，應慎重選擇電流表的內外接法，選擇方法如下：

1、直接比較法：

當待測電阻阻值此"吊時，伏特表分流很小，選擇安培表外接電路；

當待測電阻阻值《>〉此時:安培表分壓很小，選擇安培表內接電路。

2、臨界值計算比較法：

當待測電阻阻值與電壓表、電流表的阻值相差不多時，如何確定被測電阻R是較大還

RR

是較小呢？我們要計算兩種接法的相對誤差，可用1與2L相比較.

R%

當"〉上.即R（展示:時，宜采用電流表外接法;

RRA

當"<_L即R>時，宜采用電流表內接法;

RRA

而A=時，電流表內外接法效果是一樣的.此時的被測電阻值R我們稱為臨界

電阻。

3、測試判斷法（試觸法）

若Rx、R,\、Rv的大小關系事先沒有給定，可借助試觸法確定內、外接法.具體做法是:

如圖10-6所示組成電路，其中電流表事先已經(jīng)接好，拿電壓表的一個接線柱去分別試

觸M、N兩點，觀察先后兩次試觸時兩電表的示數(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（即紋>絲），說明接M點時電壓表

IU

分流作用引起的誤差大于接N點時電流表分壓作用引起的誤差，這時應采用內接法（即電壓

表接N點）。

如果電壓表的示數(shù)變化比電流表示數(shù)變化明顯（即生〈絲），說明接N點時電流表分

IU

壓作用引起的誤差大于接M點時電壓表分流作用引起的誤差，這時應采用外接法（即電壓表

接點）.

M&M—N

―(y)~~~I------------1

圖10-6

（口決：“內字中間有個大，大內偏大，小外偏小”，即內接法適合測大電阻且系統(tǒng)誤

差偏大，即測量值大于真實值，外接法適合測小電阻且系統(tǒng)誤差偏小，即測量值小于真實

值,）

②控制電路（即滑動變阻器的接法）的選擇，見難點2

（2）電路實驗器材和量程的選擇，應考慮以下兒點：

①電路工作的安全性，即不會出現(xiàn)電表和其它實驗器材因過載毀壞現(xiàn)象。

②能否滿足實驗要求（常常要考慮便于多次測量求平均值）。

③選擇器材的一般思路是：首先確定實驗條件，然后按電源一電壓表一電流表一變阻器順

序依次選擇。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，務必使指針有較大偏轉（一

2

般取滿偏度的一左右），以減少測讀誤差.根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需選擇滑

3

動變阻器，注意流過滑動變阻器的電流不超過它的額定值，對大阻值的變阻器，如果是滑動

頭稍有移動，使電流、電壓有很大變化的，不宜采用.應根據(jù)實驗的基本要求來選擇儀器，

對于這種情況，只有熟悉實驗原理，才能作出恰當?shù)倪x擇.總之，最優(yōu)選擇的原則是：

a、方法誤差盡可能小.

b、實現(xiàn)較大范圍的靈敏調節(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，適當提高電流、電壓值，以提高測試的準確度.

根據(jù)以上原則，電學儀器的選擇有如下建議：

1、電源的選擇：選擇直流電源，應根據(jù)用電器的需要來確定，?般考慮用電器所需的

電壓、電路中的電流、電源電動勢和允許電流等.在不超過待測器材所允許的最大電壓值的

情況下，選擇電動勢較大的電源（以獲得更多的測量數(shù)據(jù)）。在相同電動勢情況下，通常選

擇內電阻較小的電源（以獲得較穩(wěn)定的路端電壓），測電源內阻除外。

2、電表的選擇：在不超過電表量程的條件下，選擇量程較小的電表（以便測量時示數(shù)

能在滿刻度的2/3左右）。

3、滑動變阻器的選擇:要由電路中所要求或可能出現(xiàn)的電流、電壓的范圍來選定變阻器,

實際流過變阻器的電流不得超過其額定值；如要通過變阻器的電阻改變來讀取不同的電流、

電壓值時，要注意避免變阻器滑片稍有移動電流或電壓就會有很大變化的出現(xiàn)，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.

若控制電路確定為限流接法，則滑動變阻器應選用與實驗電路中其它電阻的總阻值相差

不大的;若控制電路確定為分壓接法，則應選用在額定電流允許的條件下阻值較小的滑動變

阻器。

例4：圖10-7為用伏安法測量一個定值電阻阻值的實驗所需器材實物圖，器材規(guī)格如下：

（1）待測電阻尼（約100Q）日

（2）直流電源（輸出電壓4V,內阻可不計）

（3）直流毫安表（量程070mA，內阻50Q）十多哈

⑷直流電壓表（量程0-3V，內阻5KC）.

（5）滑動變阻器（阻值范圍0~15Q,允許最大電流口，c.

（6）電鍵一個，導線若干條

根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求，在實物圖上連線。并用“I”標出在閉合電鍵前，變阻

器的滑動觸點應處的正確位置。

【審題】本題不要求選擇儀器，只是對已有的儀器進行電路的選擇合成，從?定程度上降低

了難度，由已知條件，待測電阻與電壓表阻值相差較多，滑動變阻器阻值相對較小。

【解析】因滑動變阻器阻值小于待測電阻凡的阻值，所

以滑動變阻器應選用分壓接法；待測電阻與電表相比，亡.鼠向

凡的阻值和電壓表的阻值相差較多，所以應選用安培表國I

外接電路，實物連接如圖10-8所示?；瑒幼冏杵鞣謮航樱?\

法時，在閉合電鍵前，變阻器的滑動觸點應置于使負載

電壓為零處，如圖箭頭所示。

【總結】（D設計測量電阻的電路必須考慮兩個方面，圖10-8

首先要確定滑動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接電路。

（2）連接實物圖時，應該先干路，再支路。滑動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，電路中無電學儀器仍處于通電狀態(tài)，電健對支路不起作用是滑動

變阻器分壓接法時經(jīng)常出現(xiàn)的錯誤。

例5：某電壓表的內阻在20?50KQ之間，現(xiàn)要測量其內阻，實驗室提供下列可選用的器材:

待測電壓表V（量程3V）,電流表A\（量程200gA）,電流表A2（量程5mA）,電流表A3（fi

程0.6A）,滑動變阻器R（最大阻值IkC）,電源E（電源電壓為4V）,開關S.

（1）所提供的電流表中應選用（填字母代號）.

（2）為了盡量減小誤差，要求多測幾組數(shù)據(jù)，試在圖10-9方框中畫出符合要求的實驗電

路（其中電源和開關及連線已畫出）.

【審題】測量電壓表的內阻，從已知條件看，需測量通過電壓表的|

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，滑動變阻器的全阻值遠小于電壓表內阻，控制電路應采一

用分壓接法。IE$]

圖10-9

【解析】電壓表的示數(shù)等于通過電壓表的電流與本身內阻的乘積，

估算電路中的最大電流為

U_3

3A=150M

Rv-20xl0

所以應選電流表A1，與電壓表串聯(lián)在電路中.

滑動變阻器的電阻遠小于電壓表內阻.如果用滑動變阻器連成限流電路，?則它對電路

的調控作用很不明顯，.則是待測電壓表分得的最小電壓約為

5&J20x0

x4V=3.8V

33

R+Rv10+20xl0

大于電壓表的量程，變阻器明顯不能組成限流電路，這樣變阻

器應作為分壓器接在電路中，就不會HI現(xiàn)上述問題，電路如圖10-10

所示.E圖10-10

【總結】對于電表的選擇，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。

例6：有一改裝的電流表4需要與一標準電流表4進行校對，采用如圖所示10-11的電路,

其中《為電源，而為一限流電阻，咒為一可變電阻，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，從而對電流表起保護作用。實驗中已有的器材及其規(guī)

格如下：

蓄電池后（電動勢6v,內阻約為0.3Q）,

改裝電流表4（量程0-0.6A,內阻約為0.1Q）

圖10-11

標準電流表A2（量程0~0.6A-3A,內阻不超過0.04Q）

實驗中備有的電阻器規(guī)格如下：

A.固定電阻（阻值8Q,額定電流2A）

B.固定電阻（阻值15C,額定電流2A）

C.滑動變阻器（阻值范圍0?20Q,額定電流2A）

D,滑動變阻器（阻值范圍0~200Q,額定電流2A）

已知兩個表的刻度盤上都將量程均勻分為6大格，要求從0.1A起對每條刻線一一進行

核對，為此，從備用的電阻器中，必應選用,應選用。（用字母

代號填寫）

【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，實驗要求電流范圍在

0.1?0.6A之間，即電路中僅有限流電阻時的電流要略大于0.6A,同時要配合滑動變阻器，

保證電路中的最小電流不超過0.1A。

【解析】已知改裝表量程為0?0.6A,要求從0.1A起對每條刻線進行核對，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。電源電動勢為6v,根據(jù)歐姆定律R總=，，

電路中最小總電阻不能大于10Q,電路中除固定電阻和滑動變阻器外，其它電阻總阻值等

于0.44Q,所以固定電阻自應選用力（8Q）；又因最大總電阻不能小于60Q,滑動變阻器

應選用。（200Q）。

【總結】（1）要正確理解限流電阻的限流作用一-使電路中的電流不舉電電流表的量程.多,

應理解為：在保證電流表能達到滿量程的條件下，通過電流表的電流不過大。所以限流電阻

的阻值不能大于使電流表達到滿偏時的阻值。

（2）注意區(qū)分限流電阻與滑動變阻器的作用，限流電阻的作用是使電路中的電流不要

過小（不小于0.6A）,而滑動變阻器的作用是使電路中的電流要達到足夠?。ú淮笥?.1A）?

例7:用伏安法測量某一電阻R*的阻值，現(xiàn)有實驗器材如下：

A、待測電阻R*（阻值大約為5Q,額定功率為1W）

B、電流表8（0~0.6A,內阻0.2Q）

C、電流表船（0?3A,內阻0.05Q）

D、電壓表％（0-3V,內阻3KC）

E、電壓表丫2（0?15V,內阻15KQ）

F、滑動變阻器R。（0?50Q）

G、蓄電池（電動勢為6V）

H、電鍵、導線

為了較準確測量R*的阻值，保證器材的安全，以便操作方便，電壓表、電流表應選擇

,并畫出實驗電路圖。

【審題】本題中待側電阻的額定功率、電阻估計值已知，可估算通過電阻的電流及其兩端電

壓，是選擇電流表、電壓表量程的關鍵，另外，電流表的內外接法及滑動變阻器的接法也需

要計算確定。

【解析】1、確定電流表、電壓表的量程。被測電阻區(qū)的額定電壓、額定電流分別為

。?范?也15A

則電流表選用Al,電壓表選用片

圖10-12

2、確定電流表的內、外接法

計算臨界電阻&,?&■#2X3TOO?343O,&<匕則安培表必須外接。

3、確定控制電路

因滑動變阻器的全阻值R。大于被測電阻氐，故首先考慮變阻器的限流接法。

限流接法：R上限流取值范圍為：

—'^4"0llyS

最小:5+50

最大：I額=0.45A

%----------&=8.3/?

那么，滑動變阻器的阻值（滑動頭移動時）不得小于12oRx的電

壓變化范圍為0.55V?2.25V,安全可行。

若采用變阻器的分壓接法，因R0>Rx,會操作不方便，因此應選擇變阻器的限流接法。

電路如圖10-12所示。

【總結】本題需要選擇電流表、電壓表量程以及測量電路和控制電路，解題時為避免混亂，

可分步選擇，將題目分解，既明確，乂不易遺漏。

4、電阻測量的方法歸類

在高中電學實驗中，涉及最多的問題就是電阻的測量，電阻的測量方法也比較多，最常

用的有：

（1）歐姆表測量：最直接測電阻的儀表。但是般用歐姆表測量只能進行粗測，為下

步的測量提供一個參考依據(jù)。用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。

（2）替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效、也可以是利用電

壓等效。替代法測量電阻精度高，不需要計算，方法筒單，但必須有可調的標準電阻（一般

給定的儀器中要有電阻箱）。

替代法是用與被測量的某一物理性質等效，從而加以替代的方法。

如圖1073所示。先把雙刀雙擲開關￡扳到1,閉合S,調整滑動變阻器，使電流表指

針指到某一位置，記下此時的示數(shù)/（最好為一整數(shù)）。再把開關￡扳到2,調整電阻箱扁

使得電流表指針仍指到示數(shù)晨讀出此時電阻箱的阻值八

則未知電阻星的阻值等于八

說明：①在此實驗中的等效性表現(xiàn)在開關換位后電流表

的示數(shù)相同，即當電阻箱的阻值為r時，對電路的阻礙作用

與未知電阻等效，所以未知電阻尼的阻值等于八

②替代法是種簡捷而準確度很高的測量電阻的方法，

此方法沒有系統(tǒng)誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，

測量誤差就可以忽略。

（3）伏安法:伏安法的測量依據(jù)是歐姆定律（包括部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律）,

需要的基本測量儀器是電壓表和電流表，當只有一個電表時，可以用標準電阻（電阻箱或給

一個定值電阻）代替；當電表的內阻已知時，根據(jù)歐姆定律I=U/R”電壓表同時可以當電流

表使用，同樣根據(jù)U=IR,電流表也可以當電壓表用。

（4）比例法：如果有可以作為標準的已知電阻的電表，可以采用比例法測電表的電阻。

用比例法測電表內阻時，兩個電流表一般是并聯(lián)（據(jù)并聯(lián)分流原理），兩個電壓表一般是串

聯(lián)（據(jù)串聯(lián)分壓原理）。

所謂“比例法”是：要測量某一物體的某?物理量，可以把它與已知準確數(shù)值的標準物

體進行比較。例如，使用天平稱量物體的質量，就是把被測物體與硅碼進行比較，祛碼就是

質量數(shù)準確的標準物體。天平的結構是等臂杠桿，因此當天平平衡時，被測物體的質量與標

準物體的質量是相等的，這就省去了進一步的計算。

有很多情況卜，被測物體與標準物體的同一物理量間的關系并不是相等，而是在滿足一

定條件下成某種比例的關系，這種方法又稱為“比例法”。

例如，測電流表和電壓表的內阻，如果有可以作為標準的已知電阻的電表，都可以使用

比例法。采用比例法測電阻的依據(jù)是：串聯(lián)電路電壓與電阻成正比，并聯(lián)電路電流與電阻成

反比。電壓表可顯示電阻兩端的電壓值，電流表可顯示電阻中通過的電流，所以測電流表內

阻應把兩電流表并聯(lián)，測電壓表內阻應把兩電壓

表串聯(lián)，電路圖分別如圖10-14（甲）、（乙）所示。

測電流表內阻時，應調節(jié)滑動變阻器心，使

兩電流表的指針都有較大偏轉，記錄下兩電表的示

數(shù)/和乙根據(jù)并聯(lián)電路分流原理，若已知電流

表川的內阻為八,則電流表Az的內阻四=打〃。

圖10-14

測電壓表內阻時，應調節(jié)滑動變阻器吊2,使兩電壓表的指針都有較大偏轉，記錄下兩

電表的示數(shù)〃和〃，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理，若已知電壓表％的內阻口，則電流表V2的內

1

阻,22=—bo

1

以上例子中，甲圖采用限流電路而乙圖采用分壓電路，這是由于電流表內阻都較小，

若采用分壓電路，則滑動變阻器的阻值必須更小，這時電路近似于短路，是不允許的；而電

壓表內阻都很大，若采用限流電路，則滑動變阻器的電阻必須更大，這在實際上行不通。

（5）半值法（半偏法）。

半值法是上面比例法的?個特例，測電流表內阻和測電壓表內阻都可以用半值法，電路

圖如圖10-15所不。

甲圖實驗時先斷開開關S',閉合

S,調整滑動變阻器扁（限流法連接）,

使電流表A滿度（即指針指滿刻度處）;

再閉合S',調整電阻箱A,使電流表

A的指針恰好指到半滿度處，讀出此時

電阻箱的阻值R,則電流表A的電阻

n=R0（測量結果偏小）

乙圖實驗時先閉合開關S'及S,調整滑動變阻器/（分壓法連接），使電壓表V滿度;

再斷開S調整電阻箱后，使電壓表V的指針恰好指到半滿度處，讀出此時電阻箱的阻值R,

則電壓表V的電阻r后R。（測量結果偏大）

例8：測量某電阻K的限值.已知R、約為5Q左右.下表給出可供選擇器材.請畫出你所設計

的實驗原理圖(至少3種)，并標明所選器材的規(guī)格或代號.

備注：另有導線若干，各器材數(shù)目均只一個

代號器材名稱規(guī)格

a檢流計G300口，1000

b電流表A】0.6A,0.1Q

電流表

cA23A,0.02Q

d電阻箱網(wǎng)0~999.9C

電阻箱

eR20~9999C

￡滑動變阻器R3全電阻5Q,2A

g電源3V,0.010

h開關S單刀單擲

【審題】該題要求至少應用3種設計方案，需要熟練掌握測電阻的原理和方法，列出所有的

測電阻的基本方法，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。

【解析】

方案一：應用伏-安法測電阻，見圖10-16.

選還是選L,就是出于對實驗安全方面的考慮.必與G

表，可改裝成3V左右的電壓表：R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驗，也不能進行精

圖10-16

確測量.

電流表外接而不內接，是出于對實驗結果精確程度的考慮.因為改裝后的電壓表內阻遠

大于R“這樣測量系統(tǒng)誤差較小.選川表，而不選A2表是出于精確讀數(shù)的考慮.Ai、A2誠然都

能滿足安全的要求，但小量程表讀數(shù)相對誤差要小得多，顯然這是精確原則的應用.

也作為控制線路的主元件，其控制電壓方便與否，與也、Rx值相對大小有關.當兩電阻

相近時，為了線路簡單、經(jīng)濟，控制電路適宜用限流接法，這主要是出于實驗操作是否方便

的考慮.0.6A及

方案二：應用全電路歐姆定律測電阻.見圖io-”.r?―尹―W

原理：令L短路，調R”測得L后，由全電路歐姆定律得Es

E=L(r+Ri+0+R、)接著去掉短路線，可得L,同理得

圖10-17

E=h(r+Ri+Rx+RA)可求Rx.

討論：用R為何不用Rz?顯然是考慮了測量方便問題，是方便原則的應用.因為R調

節(jié)時能用到0.1。變化,對電流調整是有利的.圖2設計較圖1,主要是考慮了節(jié)省器材原則,

這也可以說是經(jīng)濟原則的應用.

b

圖10-18

方案三：歐姆表原理測電阻，見圖10-18.

原理：先讓ab短路，調R使人滿偏，此時內阻為5Q.去掉短路線，接通S,測得1,

則依據(jù)歐姆表原理，氐值為(E/I-5)Q

討論：用兒不用Az或G,主要是考慮了測量結果的精確問題.若用A?改裝為歐姆表，其

中值電阻為1Q；若用G改裝為歐姆表，其中值電阻為10kQ,與待測電阻比較，測量誤差

太大.歐姆表特點是當測量值在其中值電阻附近時、其讀數(shù)(或測量結果)比較準確.這是精

確原則的應用.且整個方案三操作上是很方便的.

【總結】本題處理過程相對復雜，但只要遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就迎刃而

解了，因此說，基礎知識是關鍵，復雜題目只是基礎知識的合成。

5、高考實驗設計型命題的求解策略

所謂設計性實驗，是指根據(jù)現(xiàn)行物理大綱要求，在學生掌握的基本實驗原理基礎上，應

用基本測量儀器自行設計實驗方案的實驗，設計性實驗命題的考查內容，涉及到對實驗原理

的再認識和加工，實驗方案的確定(包括實驗器材的選擇和遷移運用，實驗步驟的安排，

實驗數(shù)據(jù)的處理方法，誤差的分析及對實驗的總結和評價等).

考生在應試過程的缺陷通常表現(xiàn)在以下幾個方面：

一方面：平時缺乏對實驗思想方法(如模擬法，轉換法，放大法，比較法，替代法等)

進行歸納，在全新的實驗情景下，找不到實驗設計的原理，無法設計合理可行的方案.

另一方面：受思維定勢影響，缺乏對已掌握的實驗原理，儀器的使用進行新情境下的遷

移利用，缺乏創(chuàng)新意識.

實驗設計的基本方法

1.明確目的，廣泛聯(lián)系

題目要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規(guī)律，這是實驗的目的，是實驗設計

的出發(fā)點.實驗目的明確后，應用所學知識，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內

容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關，與哪些物理量有直接的聯(lián)系.對于測量型實驗，被測量

通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實驗，在相應的物理現(xiàn)象中，怎樣

的定量關系成立，才能達到驗證規(guī)律的目的：對于探索型實驗，在相應的物理現(xiàn)象中，涉

及哪些物理量……這些都是應首先分析的，以此來確定實驗的原理.

2.選擇方案，簡便精確

對于同?個實驗目的，都可能存在多種實驗原理,進而形成多種(可供選擇的)設計方案.

一般說來，依據(jù)不同的實驗原理選擇不同的實驗方案主要遵循四條原則：

(1)科學性：設計的方案有科學的依據(jù)和正確的方式，符合物理學的基本原理.

(2)可行性：按設計方案實施時，應安全可靠不會對人身、器材造成危害；所需裝置和

器材要易于置備，且成功率高.

(3)精確性：在選擇方案時，應對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用

精確度高的方案.

(4)簡便、直觀性：設計方案應便于實驗操作，讀數(shù)，便于進行數(shù)據(jù)處理，便于實驗

者直觀、明顯地觀察.

3.依據(jù)方案，選定器材

實驗方案選定后，考慮該方案需要哪些裝置，被測定量與哪些物理量有直接的定量關系，

分別需用什么儀器來測定，以此來確定實驗所用器材.

4.擬定步驟，合理有序

實驗之前，要做到心中有數(shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應以正確操作

和提高效率的角度擬定?個合理而有序的實驗步驟.

5.數(shù)據(jù)處理，誤差分析

常用的數(shù)據(jù)處理方法（如：平均法、圖象法、描跡法、比較法等）和誤差分析方法（如絕

對誤差、相對誤差等）是應該掌握的，在設計實驗時也應予以考慮.

例9：一電阻額定功率為0.01肌阻值不詳.用歐姆表粗測其阻值約為40kC.現(xiàn)有下列儀

表元件，試設計適當?shù)碾娐?，選擇合適的元件，較精確地測定其阻值.

①電流表，量程0~300HA,內阻150Q；

②電流表，量程0-10004A,內阻45Q；

③電壓表，量程0~3V,內阻6kQ；

④電壓表，量程0?15V,內阻30kQ；

⑤電壓表，量程0?50V,內阻100kQ；

⑥干電池兩節(jié)，每節(jié)電動勢為1.5V；

⑦直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓6V,額定電流3A；

⑧直流電源，輸出電壓24V,額定電流0.5A；

⑨直流電源，輸出電壓100V,額定電流0.1A；

⑩滑動變阻器，0-50Q,3W；

O滑動變阻器，0?2kQ,1肌

（2電鍵一只，連接導線足量.

【審題】考查綜合分析能力、推理能力及實驗設計的創(chuàng)新能力，審題過程見解析。

【解析】由于現(xiàn)有器材中有電流表和電壓表，故初步確定用伏安法

測定此電阻的阻值,又因待測電阻為一大電阻，其估計阻值比現(xiàn)有電

壓表的內阻大或相近，故應該采用電流表內接法.由于現(xiàn)有滑動變阻

器最大阻值比待測電阻小得多，因此，若用滑動變阻器調節(jié)待測電

阻的電流和電壓，只能采用分壓接法，如圖10-19（否則變阻器不

能實現(xiàn)靈敏調節(jié)）.為了確定各儀表、元件的量程和規(guī)格，首先對待

測電阻的額定電壓和電流作出估算：最大電流為/.=

圖10-19

A"

A=500〃A；最大電壓K=20V.由于

實驗中的電流和電壓可以小于而不能超過待測電阻的額定電流和額定電壓，現(xiàn)有兩個電流表

內阻相近，由內阻所引起的系統(tǒng)誤差相近，而量程0~1000"A接入電路時，只能在指針半

偏轉以下讀數(shù)，引起的偶然誤差較大，故選用量程為1300〃A的電流表.這樣選用電流表

后，待測電阻上的最大實際電壓約為3X10TX40X10'V=12V,故應選用量程為15V的電

壓表，由于在如圖所示的電路中，要實現(xiàn)變阻器在較大范圍內靈敏調節(jié)，電源電壓應比待測

電阻的最大實際電壓高，故電源應選輸出電壓為24V--種（其額定電流也遠大于電路中的

最大實際電流，故可用）.

關于變阻器的選擇，由于采用分壓接法，全部電源電壓加在變阻器上.若是把0~50。

的變阻器接入電路，通過它的最小電流（對應于待測電路斷開）約為24/50A=0.5A,最

小功率約為0.25X50W=12.5W,遠大于其額定功率；而0~2kQ的變阻器接入電路，其最

大電流（對應于滑動鍵靠近圖13-4中變阻器A端）約為并聯(lián)電路總電流0.0136A,小于其

額定電流0.2024A.故應選0~2kQ的變阻器.

【總結】木題處理過程相對復雜，但只要按照“儀器選擇-測量電路選擇-控制電路選擇”這

樣的順序逐個突破，將復雜的過程逐一分解，遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就迎

刃而解了，因此說，基礎知識是關鍵，復雜題目只是基礎知識的合成。

實驗設計的基本思路

明確目的一選擇方案一選定器材一擬定步驟一

數(shù)據(jù)處理-誤差分析

附：對電學實驗中幾個點的強調說明：

一、關于多用電表

1.使用多用表時要注意什么？

(1)使用多用表的電壓、電流擋.使用多用表測量電壓、電流的方法，與單獨使用電壓表、

電流表的方法基本上是一樣的，只不過在使用多用表前要根據(jù)待測量的情況(是電流還是電

壓?是交流還是直流?)調整好選擇開關，并調整到合適的量程上，其他如正負接線柱的選用，

串聯(lián)還是并聯(lián)到電路中去等，就和單獨使用電壓表、電流表時沒什么兩樣了.

(2)使用多用表的歐姆擋.

①機械調零:使用前先查看指針是否指在左端電阻為無窮大的位置，如不是，則要用螺

釘旋具慢慢地調節(jié)定位螺釘使指針正確定位.

②量程選擇:扳動選擇開關到合適的量程上，盡可能使正式測量時指針停留在中間位置

附近，也就是要盡可能利用」?4R小中這一范圍內，以減少測量誤差.

4

③歐姆調零:短接兩表筆，調整歐姆檔的調零旋鈕，使指針指在零歐姆處，注意每改變

一次量程，就要重新調零一次.

④數(shù)據(jù)讀取:數(shù)據(jù)讀取時，?要注意到歐姆刻度不是均勻的，不然估讀會不正確；二要

注意讀得的數(shù)據(jù)還應乘以量程的倍率；三是測量電路中的某一電阻阻值時，應該先把電源切

斷，再把待測電阻和其他元件斷開，之后再行測量；四是要注意手不要碰到表筆的金屬桿，

以免人體電阻與待測電阻并聯(lián)造成誤差.

⑤結束工作:測量完畢后，?定要把選擇開關切換到交流高壓擋或切換到“OFF"擋上，

以避免漏電或誤操作.

2.歐姆表上的刻度為什么是不均勻的?刻度忖有什么規(guī)律嗎？

對于磁電式的電流計，其指針偏轉的角度和電流成正比，改裝成電流表或電壓表時，表

盤刻度是均勻的；但用磁電式電流計做歐姆表的表頭后，由歐姆表內部電路構造及全電路歐

姆定律可知，當兩表短接和接上待測電阻Rx后，分別有

,EE

1?=---------------=①

+r+R()R內

內+&

R?+r+Ro+RXR

由②式可知，待測電阻Rx與通過表頭的電流k不成線性關系，這就是造成表盤刻度不

均勻的原因.

那么，怎樣對歐姆表的表盤進行刻度呢？

設指針偏轉滿刻度的己n（m，n）時，指針所指的電阻值為Rx，則應有

m

n

③

m

把①②式代人③式，整理，得尺=絲二3R內，④

n

④式便是把表盤改為歐姆刻度的依據(jù)了.

〃1

這里順便指出，當Rx=R內時，一=一，此時指針指中，稱此值為中值電阻，顯然，中

m2

值電阻恰好等于此時的歐姆表內阻.

3.測量時怎樣正確選擇歐姆表的倍率？

在實際測量時，可以通過改變倍率使指針指在一史?4R小的范圍內，例如，開始時,

4中

如發(fā)現(xiàn)指針向右偏得過多，說明原倍率選得太大，可改選倍率小一些的再試試，直到指針落

R

在」~4/?小的范圍內為止.

4

也可先估測出應該選用的倍率用來選擋，換擋時，可利用公式R、=nR指進行，關系式

中Rx為待測電阻的阻值，n為所選的倍率擋（如選X100,則n=100）,R折則表示從表盤上

直接讀得的數(shù)字.

例如歐姆表中值電阻值為15Q,待測電阻約為1800Q,要較準確地測定該電阻應選用哪

一個倍率，可題設條件知R*=1800Q,而R，i，=15C,為使測量較準確，R得宜取18,1800

=nX18,n=100,所以應選X100擋.

再如用歐姆表的義100擋測一?電阻，發(fā)現(xiàn)指針偏角太小，偏角太小，即R訴太大，為使

指針指示在R，i，附近，應增大偏角，即使R指變小，由Rx=nR折可知，n必增大，故應選Xlk

擋.

4.用歐姆表測量電阻前和換擋后，為什么一定要先進行歐姆調零？

歐姆表的表盤刻度是按照標準電動勢和內阻進行設計和刻度的，實際應用時，內裝電池

與標準總有差異，同時，電池用久了，E和r都可能變化，這就會影響指針的偏轉轉角，可

能指不到指定刻度處而造成誤差，所以使用前必須進行歐姆調零.

在倍率改變后，歐姆表