电表及变阻器的选择与使用

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电学实验器材的选择原则
作者：刘锋
来源：《中学物理·高中》2014年第11期
实验是研究物理学的基本方法之一.从各地近年来高考试题不难看出对实验器材及实验电
路的选择既是高考的热点，也是难点，考生们的得分率普遍比预计的要低.为此本文就向大家
介绍在选择器材和电路时应遵循的几个基本原则，相信对同学们解决此类问题会有极大的帮助.
1 可靠性原则
可靠性原则又叫做安全性原则，它是指在实验的过程中，不产生由于器材和电路的选择不当而使仪器发生损坏等不良后果，以达到保护器材的目的.这一原则对于电学实验尤为重要，
主要体现在电表（电压表、电流表、欧姆表）的量程选择及通过电表、滑动变阻器、其它电阻器件或电源的最大电流不超过其电流的额定值.
通过上面的几题，不难发现，在选择器材和电路时并不单单考虑某一基本原则，而往往是综合运用.在四个基本原则中，可靠性原则、适用性原则是前提，方便性原则是保证，准确性
原则是关键.在选择器材和电路时，我们通常先考虑可靠性原则，估算出电路中电流或电压的
最值（最大值或最小值），排除不能保证实验安全的器材和电路；考虑适用性原则，摒弃那些虽能保证试验安全但不能利用它们来完成实验的器材和电路.然后根据方便性原则与准确性原
则具体确定.
一般说来，要求滑动变阻器能逐渐地、在相当大的范围内跳跃非常小地改变电阻值.对于
电流表和电压表，则要求在使用时，电表的指针指在刻度盘满刻度的之间.由电表的内阻与待
测电阻的关系确定电流表是内接还是外接.。

一、伏安法测电阻1、伏安法测电阻：测电阻的两种电路：电流表的外接法与内接法2、系统误差分析误差原因：因为电压表、电流表分别有分压分流的作用，它们本身的内阻会给电路造成影响从而带来误差。

电流表接入电路会分压，电压表接入会分流。

①电流表外接法1）R 测= 2）误差原因3）测量值比真实值偏 4）使用外接法的条件：②电流表内接法1）R 测= 2）误差原因3）测量值比真实值偏 4）使用内接法的条件：总结：3、电流表内外接法的判别例1：点触法①如图测电阻R，当电压表的表头P从A点，接到B点时电压表读数变化明显，应用____接法②电流表读数变化明显，应用_____接法例2：如果电流表的内阻为R A=0.03Ω,R V=2.OKΩ,要测量的电阻R大约为1.5KΩ，采用哪种接法误差更小？如果要测量的电阻R大约是2Ω，采用哪种接法更简单？并画出这两种接法.练习1：有一个未知电阻R，用下图中（A）和(B)两种电路分别对它进行测量，用A图测量时两表读数为分别为6V,6mA,用图B测量是，两表读数分别为5.9V，10mA,则用图测量电阻的误差较小，测量值，测量值比真实值偏 ,(电流表内阻很小约0.1Ω，电压表内阻很大约3000Ω)练3：先要测定一个额定电压约4V，额定电流约0.5A的小灯泡正常发光时的电阻，电压表应该选择，电流表应选择电路连接时电流表应采用接法。

A、电压表量程是4.5V，内阻约4000ΩB、电压表量程是10V，内阻约8000ΩC、电流表量程3A，内阻约0.4ΩD、电流表量程0.6A，内阻约2Ω二、滑动变阻器的两种接法比较和选择知识要点一、滑动变阻器的两种连接方式如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R0）对负载R L的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为限流接法，图（b）电路称为分压接法．二、两种电路的比较负载R L上电压调节范围（忽略电源内阻）负载R L上电流调节范围（忽略电源内阻）相同条件下电路消耗的总功率限流接法RRRLL+E≤U L≤ERREL+≤I L≤LREEI L分压接法0≤U L≤E0≤I L≤LREE（I L＋I ap）比较分压电路调节范围较大分压电路调节范围较大限流电路能耗较小三、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑，灵活择取．（1）下列三种情况必须选用分压式接法①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时，必须采用分压接法．②当用电器的电阻R L远大于滑动变阻器的最大值R0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，R甲乙必须采用分压接法．③若采用限流接法，即使滑动变阻器的阻值调到最大是待测电阻上的电流（或电压）仍大于电流表（或电压表）的量程，必须采用分压接法．【例1】如图所示为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：A．待测电阻Rx（约100Ω）B.直流毫安表（量程0-10mA,内阻50Ω）C.直流电压表（量程0-3V,内阻5KΩ）D.直流电源（输出电压4V，内阻不计）F．滑动变阻器（阻值范围0-15Ω，允许最大电流1A）根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线。

∙多用电表的使用多用电表表盘如图所示1．表盘最上面一排是欧姆档表盘，刻度不均匀。

读数方法：刻度值乘以倍率2．最下面一排对应的是交流电压档表盘，不会考察读数。

3．中间一排是直流电压、直流电流及交流电流档的表盘，总共有50格子，读数方法：偏转格数以最小分度值。

对最小分度为“1” 、“2”的采用“十分之一估读法”，估计数字出现在下一位；对最小分度为“5”的采用“五分之一估读法”， 估计数字出现在同一位。

这样读数记录=刻度完整部分+估计等分数×125⎧⎨⎩最小分度“”或“”的十分之一最小分度“”的五分之一，后部分乘积为0时不能丢，像游标卡、千分尺读数一样要补齐。

例1（2008宁夏新课程卷）右图为一正在测量中的多用电表表盘.（1）如果是用×10Ω档测量电阻，则读数为 Ω。

（2）如果是用直流10 mA 档测量电流，则读数为mA 。

（3）如果是用直流5 V 档测量电压，则读数为V 。

【分析】本题考察多用电表的读数，根据相应档位的最小分度值来读数，注意估读问题。

【解析】（1）电阻刻度“5～10”共5格，最小刻度是2，采用“十分之一估读法”，故读作“6±（0～1）×0.2”，再乘以档位的倍率10，即59～61Ω，标答60Ω；（2）用10 mA 档测量电流，每格刻度为0.2mA ，采用“十分之一估读法”，读数为7mA+（8～9）×0.02mA=7.16～7.18mA（3）用直流5 V 档测量电压，每格刻度为0.1V ，采用“十分之一估读法”，读数为3.5 V +（8～9）×0.01V=3.58～3.59 V 。

【答案】(1)60 ；(2)7.18 ；(3)3.59。

一、多用电表的读数【总结】对最小分度为“1” 、“2”的采用“十分之一估读法”，估计数字出现在下一位；对最小分度为“5”的采用“五分之一估读法”， 估计数字出现在同一位。

1．短接调零：红黑表笔短接时调整欧姆挡的调零旋钮使指针指在右端电阻零刻度处。

高考物理电学实验如何选择仪器和电路在电学实验中，例如用伏安法测电阻．测量电源的电动势和内电阻，测某一用电器的伏安特性图线，都存在如何选择电学实验器材，如何选择测量电路、控制电路的问题．合理地选择实验器材和实验电路，可以使实验顺利进行，而且实验操作方便，实验误差较小．正确地选译议器和电路的问题，有一定的灵活性．解决时应掌握和遵循一些基本的原则、即“安全性”、“精确性”、“方便性”和“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面要综合考虑．灵活运用．一、实验仪器的选择根据教学大纲及高考考试的要求，选择电学实验仪器主要是选择电表、滑动变阻器、电源等器件，通常可以从以下三方面人手：1．根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表．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．然后合理选择量程。

务必使指针有较大偏转（一般取满偏刻度的2/3左右），以减少测读的误差．2．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．注意流过滑动变阻器的电流不超过它额定值．对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，使电流电压有很大变化的，不宜采用．3．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．才能作出恰当的选择．【例1】有一电阻R，其阻值大约在40Ω至50Ω之问，需进一步测定其阻值，现有下列器材：电池组，电动势为9V，内阻忽略不计；电压表V，量程为0至10V，内阻20Ω；电流表A1，量程为0至50ｍA，内阻约20Ω；电流表A2，量程为0至300mA，内阻约4Ω；滑动变阻器R1，阻值范围为0至100Ω，额定电流1A；滑动变阻器R2，阻值范围为0至1700Ω，额定电流0.3A，开关Ｓ及导线若干．实验电路图如图１所示，实验中要求多测几组电流、电压．在实验中应选_________电流表和__________滑动变阻器．【分析与解】首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流表A1，则，超过了A1的量程，及假设选电流表A2，则，未超出A2的量程，故应选电流表A2，这一选择遵循了安全性原则．对滑动变阻器的选择。

滑动变阻器连接方式和阻值的选择福建省政和第一中学 （353600）　黄健康滑动变阻器的选择，是高考物理电学实验热点考查的内容。

它涉及连接方式和阻值大小两方面的选择。

研究相关物理问题时，要着眼于以下五个方面内容：1．滑动变阻器的有效利用率滑动变阻器的有效利用率，往往是绝大多数解题者容易忽视的问题。

滑动变阻器的有效利用率高低，表现在滑片移动的有效范围占整个可移动范围的大小。

在具体实验操作中，最好能让滑动变阻器有效利用率超过50%。

2．变阻器阻值与测量部分电路电阻大小对比R x R 由于高中物理实验室中滑动变阻器通常匝数都在几十匝到一百匝左右。

为研究问题方便起见，我们不妨假设一百匝来讨论问题，这可以让滑动变阻器的有效利用率大小明显凸显出来，还能让滑动变阻器阻值的取值与待测电阻对比更加明朗化。

R x R 在不必考虑滑动变阻器最大允许通过电流的情况下，限流式接法的滑动变阻器阻值大小通常取值R 为待测电阻的3～10倍比较适当，而分压式接法的滑动变阻器阻值为待测电阻一半以下比较适x R R x R 当。

这样，通常能保证仪表指针偏转范围达满偏值三分之一（或半偏）以上，也能保证滑动变阻器的有效利用率超过50%。

当然，具体问题还应具体分析，上述取值只是通常情况下的一个值，有时会因特殊要求而有所变化。

譬如，半偏法测定电流表内阻时，为了保证整个电路电流几乎不变，限流式接法的滑动变阻器阻值必须保证远大于待测电流表的内阻。

当给定的滑动变阻器阻值不符合设想要求时，就要进行机动性选择了。

例如，分压式接法的滑动变阻器阻值达不到一半以下要求时，我们就要尽量选择阻值小一些的滑动变阻器，那样调节会更加方R x R 便，其有效利用率也会相对高一些。

3．测量范围或仪表偏转范围大小作为实验题，在电路设计和仪表选择上，通常要让表针偏转量达半偏以上，实在无奈时表针偏转量最好也要能达到相应档位最大测量值的三分之一以上。

分压式接法测量部分电路电压和电流可从零开始起调，指针偏转范围大，相应测量范围大；限流式接法测量部分电路电压和电流不可从零开始起调，指针偏转范围小些，相应测量范围小些。

电压、电流表与滑动变阻器的选择电路器材的选择。

电流表和电压表的选择原则是第一要安全，第二要准确。

准确是指在可用的电流表、电压表测量范围内，尽可能选用量程小一些的电表，因为电流表、电压表在测量时指针偏转角越大，误差越小。

例如电流电压为6V，可供选择的电压表有3V和15V两个电压表。

从安全考虑只能选15V电压表。

如电源电压为4V，可供选择的电压表有6V和9V 两个电压表。

则应选6V电压表。

电源的选择原则是第一能用，第二是经济。

例如为保证6V、6W的用电器能正常工作，可供选择的电源有6V、9V的两个电源。

则应选9V的电源。

若两电源都是内阻极小而可忽略不计的电源。

则应选6V的电源。

滑动变阻器的选择原则第一是能用，第二是方便。

所有滑动变阻器的铭牌上都标明该滑动变阻器的最大阻值和允许通过的最大电流。

因此，滑动变阻器的选择首先看实验时通过滑动变阻器的电流是否在其允许范围之内，然后看滑动变阻器的电阻和电路中其他总电阻是否相当，例如电路总电阻约300Ω为，选择滑动变阻器连接限流电路，可供选择的滑动变阻器的最大电阻有20Ω、200Ω、20KΩ、则应选择太小，可调范围小，20KΩ太大，调节极不方便，滑动触头稍稍一动，电阻变化就是几百上千欧。

连接成分压器电路时原则也是一样。

根据器材规格及实验要求①先确定采用电流表内接电路还是外接电路。

若是要求误差最小便用外接发；电阻跟电压表的电阻相差较小，属于“大电阻”，应采用内接法；电阻跟电流表的电阻相差较小，属于“小电阻”应采用外接法。

②再确定变阻器是采用限流还是分压。

若采用限流式，则滑动变阻器阻值达到最大时，电路中电流达到最小，，已超过电流表量程，故必须采用滑动变阻器分压式电路。

电压从零开始连续增大的采用分压；电器的电阻远大于滑动变阻器的最大阻值，且实验要求电压变化范围较大时用分压；电路中的最小电流大于电器的额定电流时用分压；要求测多组实验数据时用分压。

电流表、电压表、滑动变阻器的选择一、基础知识选择电流表与电压表有两个原则，一是安全原则，二是精确原则。

所谓安全原则，是指在实验中，流过电流表(待测电路)的最大电流不能超过电流表的量程，加在电压表(待测电路) 两端的电压不能超过电压表的量程，保证在实验中不损坏电流表与电压表。

所谓最大电流、最大电压，相当于将待测电路直接接在电池组的正负极间时，通过待测电路的电流、电池组加在待测电路两端的电压。

若实验中所用电池组的电动势为 E，待测电路的电阻为 R，如果忽略电池组的内阻，则待测电路的最大电压是 E，最大电流是，实验中所选的电流表的量程不能小于，电压表的量程不能小于 E。

所谓精确原则，是指在符合安全原则的情况下，尽量选较小量程的电流表、电压表。

因为电流表、电压表读数时，指针的偏转角度越大，测量误差越小。

在安全的前提下，选择较小量程电流表、电压表，可以使读数时指针有较大的偏转角度，以减小测量误差。

一般要求测量时指针的读数要过量程的。

二、练习1、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V,2.5 W”的小灯泡、导线和开关外，还有：A．直流电源(电动势约为 5 V，内阻可不计)B．直流电流表(量程 0~3 A，内阻约为0.1 Ω)C．直流电流表(量程 0~600 mA，内阻约为5 Ω)D．直流电压表(量程 0~15 V，内阻约为15 kΩ)E．直流电压表(量程 0~5 V，内阻约为10 kΩ)F．滑动变阻器(最大阻值10 Ω，允许通过的最大电流为 2 A)G．滑动变阻器(最大阻值 1 kΩ，允许通过的最大电流为 0.5 A)实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．(1) 实验中电流表应选用 ________，电压表应选用 ________，滑动变阻器应选用________(均用序号字母表示)． (2)请按要求将图中所示的器材连成实验电路．(3)某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图所示．现把实验中使用的小 灯泡接到如图所示的电路中，其中电源电动势 E ＝6 V ， 内阻 r ＝1 Ω， 定值电阻 R ＝9 Ω， 此时灯泡的实际功率为________W (结果保留两位有效数字)解析 (1)由灯泡标识(5 V,2.5 W)知， I ＝ U＝0.5 A ，因此电流表选 C ，电压表选 E. 由于电 路接成分压式，滑动变阻器选 F.(2)如图所示(3)把定值电阻作为电源的内阻，则该电源短路时的电流为 I max ＝R ＋r ＝0.6 A ，在题图中的 U －I 图中，作出此电源的 U －I 图线如图中虚线所示E P两图线交点即表示该灯泡的实际工作点．由图知U ＝2.2 V ， I ＝0.38 A ， 所以 P ＝ UI ＝2.2×0.38 W＝0.84 W.答案 (1)C E F (2)见解析图 (3)0.84(0.81~0.87)皆可2、某同学想利用所学知识测量某种圆柱形材料的电阻率，实验要求必须精确测出该段材料的阻值．除了导线和开关外，实验室还备有以下器材可供选用：电流表 A 1 ，量程 1 A ， 内阻 r 1 约 0.5 Ω电流表 A 2 ，量程 30 mA ，内阻 r 2 约 200 Ω电压表 V 1 ，量程 6 V ， 内阻 R V1 等于 20 kΩ电压表 V 2 ，量程 10 V ， 内阻 R V2 约 30 kΩ滑动变阻器 R 1,0~20 Ω，额定电流 2 A滑动变阻器 R 2,0~2 000 Ω，额定电流 1 mA电源 E(电动势为 12 V ， 内阻 r 约 2 Ω)(1)请选择合适的器材，设计出便于精确测量的电路图画在虚线框中，其中滑动变阻器应 选________．(2)若选用其中一组电表的数据，设该段圆柱形材料的长为 L ， 直径为 d ，由以上实验得 出这种材料电阻率的表达式为 ________________ ，式中符号的含义为 __________．πd 2(U 2 －U 1)R V1 答案 (1)电路图见解析图 R 1 (2)ρ＝ 4U 1L U 1表示电压表 V 1 的示数， U 2 表 示电压表 V 的示数解析 (1)由于 V1 的阻值已知，可当电流表使用，故可以采用将待测材料与 V1串联再与V2并联，由于滑动变阻器阻值远小于待测电阻的阻值，故滑动变阻器应采用分压式接法，为调节方便选用小阻值的 R1，电路图如图所示．(2)由电路图知， R x ＝ I V1 ， I V1＝R V1， 又 R x ＝ρS ， 联立得 ρ＝ 4U 1L，式中 U 1 表示电压表 V 1 的示数， U 2 表示电压表 V 2 的示数．3、将一铜片和一锌片分别插入一个苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5 V ． 可是这种电池并不能点亮额定电压为 1.5 V 、额定电流为 0.3 A 的手电筒上的小灯 泡，原因是流过小灯泡的电流太小了，经实验测得还不足 3 mA. 为了较精确地测定该水 果电池的电动势和内阻，提供的实验器材有：A ． 电流表 A 1(量程 0~3 mA ，内阻约为 0.5 Ω)B ． 电流表 A 2(量程 0~0.6 A ，内阻约为 0.1 Ω)C ． 电压表 V(量程 0~1.5 V ，内阻约为 3 k Ω)D ． 滑动变阻器 R 1(阻值 0~10 Ω，额定电流为 1 A)E ． 滑动变阻器 R 2(阻值 0~3 kΩ，额定电流为 1 A)F ．电键，导线若干G ．水果电池(1)实验中电流表应选用______ ，滑动变阻器应选用 ______(均用序号字母表示)．(2)请在虚线框内画出实验电路图．(3)根据实验记录的数据，经描点、连线得到水果电池的路端电压随电流变化的 U －I 图象如图所示，由图可知：水果电池的电动势E ＝ ____V ，内阻 r ＝ ________Ω .答案 (1)A EU 2 －U 1 U 1 L －πd 2(U 2 U 1)R V1(2)如图所示(3)1.35 450解析由图象知电源内阻较大，因此电流表应外接，误差较小；同时滑动变阻器应选 R，2电流表才会有明显的示数变化．。

电学实验中仪表的选择—、电学实验的原则：安全、可行、方便1、安全：实验时，必须保证实验电路各个电学器件的安全（包括电流表、电压表、被测用电器、电源等）２、可行：所选择的仪器能使实验正常进行。

3、准确性原则：选择精度合适的测量工具，但应注意精度够用即可，并非精度越高越好4、方便：所选择的仪器在调节时比较容易控制被测量的物理量的变化，即是要被测量的物理量的变化比较平缓。

器材选择的一般步骤是1.先选出实验提供的唯一性器材；2.根据实验原理和要求画出实验电路图；3.估测待测电路上电压和电流允许的最大值，并考虑能否使电表半偏以上，选择合适量程的电压表和电流表；4.根据待测电路上允许的电压和电流的最大值，选择电压合适的电源和阻值适当的滑动变阻器。

选择顺序可简记为：先选电压表、电流表、滑动变阻器的量程，后选连接方式。

二、选择内容：1、电源对某些提供的电源，在作选择时应与实验中提供的其他器材情况如电压表、电流表的量程、滑动变阻器的阻值、待测元件上的额定电压和电流等联系起来，保证电源能够为实验的测量提供合适的电流或电压。

2、滑动变阻器的选择（一）量程的选择：在满足实验要求的条件下，要选用阻值比较小的变阻器，因为阻值越小，电阻的变化越平缓，不致使测量电路中的电流或电压变化非常突然，调节方便。

（二）在电路中连接方式的选择：滑动变阻器在电路中的连接方式包括分压和限流。

(1) 、限流连接方式1）一般情况或者没有特别说明的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，应优先考虑限流连接方式2）R变＞或 R变≈，要选用限流连接方式3）闭合开关S前P在b端（２）分压连接方式1) R变<2)要求测量电路的电压从零开始或要求测多组数据。

3)实验所提供的电压表、电流表的量程或电阻元件允许最大电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中的实际电流均超过所允许的最大电流，在这种情况下，必须采用限流接法。

4)闭合开关S前P在a端。

滑动变阻器选择1、题中有明确要求，则以“要求”为基础，先确定变阻器的连线方式，再选择变阻器的规格。