10电学实验
- 格式:doc
- 大小:294.00 KB
- 文档页数:12
电学实验总结(答案版)【探究性、测定性实验对比】实验名称探究电流与电压的关系探究电流与电阻的关系测量定值电阻的阻值测量小灯泡的阻值测量小灯泡的电功率方法/原理控制R 不变,U→I控制U 不变,R→IIU RP=UI电路图滑动变阻器的作用保护电路改变电阻两端的电压控制电阻两端电压不变改变电阻两端的电压改变小灯泡两端的电压多次测量的目的得到多组数据,使实验结论更具有普遍性得到多组数据,取平均值减小误差测量小灯泡在不同电压下的阻值测量小灯泡在不同电压下的实际功率实验结论在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比-灯丝电阻随温度变化而变化(灯丝电阻随温度的升高而变大)小灯泡的实际电压越大,实际功率越大,小灯泡越亮图像【特殊方法测电阻思路】方法条件电路图示例说明安阻(双安)2电流表,1开关,已知电阻,待测电阻,并联目的是得出两个支路的电流安阻1电流表,2开关,已知电阻,待测电阻,并联安阻1电流表,2开关,已知电阻,待测电阻,串联局短滑变滑到两端,思路同局短已知电阻伏阻(双伏)2电压表,1开关,已知电阻,待测电阻,串联目的是得出两个电阻的电压伏阻1电压表,1开关,已知电阻,待测电阻,串联局短局短得到电源电压,滑变滑两端思路同局短已知电阻伏阻1电压表,3开关,已知电阻,待测电阻,串联思考:如果改成测小灯泡正常工作的电阻(或额定功率),选择哪个图能实现?安阻(测正常工作电阻或额定功率)1电流表,3开关,已知电阻,待测灯泡,并联思考:步骤如何操作?如果电流表和已值电阻换位置可以吗?等效1电压表/电流表,3开关,待测电阻,电阻箱、(滑变),串联/并联思考:为什么操作中要先闭合待测电阻支路的开关?等效(测额定功率或正常工作电阻)1电压表,2/3开关,待测灯泡,电阻箱、滑变串联等效(半偏)1电流表,1开关,待测电阻,电阻箱,串联思考:这个的测量步骤是?【习题总结答案】1、学习小组在“探究电流与电压的关系”实验中,连接的部分电路如图甲所示。
学生实验实验十观察电容器的充、放电现象【实验目的】1.知道电容器充、放电的原理。
2.了解电容器充、放电过程中,电路中电流大小及方向和电容器两端电压的变化情况。
【实验原理】甲1.电容器的充电过程:如图甲所示,当开关S接1时,电容器接通电源。
(1)在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动,正极板因失去电子而带电,负极板因获得电子而带电,电荷在移动的过程中形成电流。
充电完成后,正、负极板带的异种电荷。
(2)在充电开始时,电流比较 (填“大”或“小”),之后随着极板上电荷的增多,电流逐渐 (填“增大”或“减小”),当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止移动,电流I=0。
(3)在充电过程中,由电源获得的储存在电容器中。
乙2.电容器的放电过程:如图乙所示,当开关S接2时,将电容器的两极板直接用导线连接起来。
(1)电容器正、负极板上电荷发生,在电子移动过程中,形成电流。
(2)放电开始时,电流较 (填“大”或“小”),随着两极板上的电荷量逐渐减小,电路中的电流逐渐(填“增大”或“减小”),两极板间的电压也逐渐减小到零。
(3)放电完成后,两极板间不再有电场,转化为其他形式的能量。
【实验器材】直流电源、单刀双掷开关、电容器、灵敏电流计、电压表、定值电阻【实验步骤】1.按图连接好电路;2.把单刀双掷开关S接1,观察电容器的充电现象,并将结果记录在表格中;3.将单刀双掷开关S 接2,观察电容器的放电现象,并将结果记录在表格中;4.记录好实验结果,关闭电源。
【注意事项】1.实验要在干燥的环境中进行。
2.电流表要选用小量程的灵敏电流计。
3.实验中,要选择容量大些的电容器。
4.在做放电实验时,要在电路中串联一个阻值较大的电阻,以免烧坏电流表。
【问题与讨论】1.在电容器充、放电过程中,极板间的电场强度如何变化?2.为了便于观察,可以采用哪些办法延长充、放电的时间?【巩固练习】1.如图所示实验中,关于平行板电容器的充、放电,下列说法正确的是 ( )A.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带正电B.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带负电C.开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带正电D.开头接2时,平行板电容器充电,且上极板带负电2.据某媒体报道,科学家发明了一种新型超级电容器,能让手机在几分钟内充满电。
高中物理电学实验讲义(精简版)前言:既然是讲电学实验,自然都离不开电表的使用,所以,我们打破教材、教辅常规顺序,从电表的内部结构和工作原理开始,由浅入深逐节讲解近些年高考试题中涉及的电学系列实验知识要点,并将实验结论、误差的产生和控制等复杂的逻辑推理过程尽量归纳为公式、模板或口诀的形式予以简化,并烂熟于心,以便同学们在答题时,提高解题效率,减少不必要的思考和推导过程。
另外,在每一小节单元模块后都附有近十年全国高考实验真题索引,以便于同学们对照学习或自我检查测试。
一、电表的改装1.电表的内部结构及工作原理我们在实验室中使用的电表,如:电流表(安培表)、电压表(伏特表)都是由量程较小的电流表(又称表头G)经过改装而来。
表头G的内部结构主要由两块永久磁铁、金属线圈、螺旋弹簧、指针和表盘等构成。
其工作原理是利用通电金属线圈在磁场中受到安培力的作用发生旋转而制成。
2.表头G的三个参数之间的关系表头的三个参数是指表头线圈电阻Rg 、满偏电流Ig和满偏电压Ug。
三者的关系符合欧姆定律,即:Ig=Ug/Rg3.将小量程的表头G改装为大量程的电流表(安培表)若使扩大后的电流表量程为原来表头满偏电流的n倍(即:n=I/ Ig),则必须给表头G并联..一个小电阻R来分流多余的电流I R, 如下图。
由并联电路的特点,知:Ig*Rg=(I-Ig)*R又 n=I/ Ig所以,解得:R= Rg/(n-1)…………………公式①(必须熟记)4.将小量程的表头G改装为大量程的电压表(伏特表)若使扩大后的电压表量程为原来表头满偏电压的n倍(即:n=U/Ug),则必须给表头G 串联..一个大电阻R来分担多余的电压U R,如图:由串联电路的特点,知:U = Ug +(Ug /Rg)*R又 n=U/ Ug所以,解得:R=(n-1)Rg…………………公式②(必须熟记)以上公式①、②很重要,也很好记。
口诀:并小串大(必须熟记)(附:关于“电表改装”相关高考题,如:2019全国Ⅰ卷23题;2018全国Ⅱ卷22题;2016海南卷12题;2015全国Ⅰ卷23题;2013全国Ⅱ卷23题;2010北京卷21题)5.将小量程的表头G改装为欧姆表欧姆表的内部结构是由小量程的电流表表头G、定值电阻R(起保护电路作用)、滑动变阻器R,以及电池等构成。
中考《电学》实验探究题专题训练 (10)1.采用图的电路装置探究“电流产生的热量跟什么因素有关”。
接通电源,瓶内的空气被加热后膨胀,使U形管的液面发生变化,通过观察U形管的液面变化情况比较出瓶内电阻丝的发热多少。
(1)图所示是探究电流产生的热量跟_____的关系,通电一段时间_____(选填“左瓶”或“右瓶”)内的电阻丝产生的热量多。
(2)让实验装置冷却到初始状态,把右瓶并联的两根电阻丝都放入瓶内,接通电源比较两瓶内电阻丝发热多少。
此时该装置是探究电流产生的热量跟_____的关系,通电时间和前面一样后电阻丝产生的热量_____(选填“左瓶”、“右瓶”、“两瓶一样”)多。
从U形管的液面变化情况来看要比上一次_____。
(填“大”或“小”)2.为完成“探究电流与电阻的关系”实验,小海同学从实验室取得以下器材:电压恒为4.5V的电池组,电流表,电压表,开关,5Ω、10Ω、25Ω的定值电阻各一个,规格为“40Ω1A”的滑动变阻器,导线若干。
(1)连接电路时,开关应_______。
请用笔画线代替导线,在图甲中将实物电路连接完整。
要求滑片P向右滑动时电流表示数变大;(____________)(2)小海将10Ω电阻接入电路,闭合开关,移动滑动变阻器滑片,直到电压表示数如图乙所示,记为_______V,并记录电流表的示数;接着保持滑片位置不变,将电阻换为25Ω后,为保证电压表的示数不变,应向_______(填“左”或“右”)移动滑片;(3)通过实验得到电流随电阻变化的图象如图丙所示,由此可知:_______一定时,通过导体的电流与其电阻成_______比;(4)在小海实验基础上,为了得到更多组数据,需要更多规格的定值电阻,则选用的定值电阻最大阻值不允许超过_______Ω;(5)某次实验,更换电阻R,合上开关后,电压表有示数,电流表无示数,其原因可能是_______;(6)小金想将定值电阻换成小灯泡来探究电流与电压的关系,小胡认为他的实验方案不可行,小胡的理由是____________。
电学实验基础实验报告(2021年整理)一、背景电学实验是电子科学与技术专业必修的实验之一,它以电学理论为基础,运用实验手段,对电路中电流、电压、电阻、电感、电容等相关物理量进行测量,并验证相关的理论。
通过实验可以加深对电路中物理量和元件特性的理解和掌握,提高学生实验操作技能和解决实际问题能力。
二、实验目的1. 熟悉常见的测量仪器和使用方法;2. 理解欧姆定律、基尔霍夫定律、电压分压定律、电流分流定律等电学基本定律;3. 掌握串、并联电路的基本特性及相关量的测量方法;4. 学会应用模拟仪器(如万用表、示波器等)进行电路电流、电压等基本参数的测量。
三、实验仪器及材料1. 直流电源;2. 两个电阻分别为100 Ω 和470 Ω,一个可变电阻;3. 电容和电感器各一个;4. 万用表和示波器各一个。
四、实验步骤1. 搭建串联电路(图1),使用万用表测量电路中的电流和电压,计算并比较实际电阻值和理论值(欧姆定律)。
4. 搭建电压分压电路(图4),通过调整可变电阻,测量电路中不同位置的电压值,验证电压分压定律。
6. 使用示波器观察电容放电过程,测量电容器的电压与时间的关系,并记录实验数据。
五、实验数据及分析本次电学实验中测得的实验数据如下:1. 测量串联电路中的电流和电压实际电阻值:R₁ = 99.7 Ω,R₂ = 470.2 Ω。
实际电阻值:R = 65.6 Ω。
理论电阻值:1/R = 1/R₁ + 1/R₂ = 1/100 + 1/470 = 0.0158;R = 1/0.0158 = 63.3 Ω。
电流:I₁ + I₂ = 0.007 A + (0.009 - 0.007) A = 0.009 A。
电压:U₁ = 5 V,U₂ = 0.002 V,U₃ = U₁ - U₂ = 4.998 V。
实验结果:U₀ = 10 V,U₁ = 7 V,U₂ = 3 V。
理论值:U₁ = U₀ × R₁/(R₁ + R₂) = 7.092 V;U₂ = U₀ × R₂/(R₁ + R₂) = 2.908 V。
高中物理电学实验专题(总10页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--高中物理电学实验专题实验专题一:伏安法测电阻一. 伏安法测电阻基本原理伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律RUI,只要测出元件两端电压和通过的电流,即可由欧姆定律计算出该元件的阻值。
二.认识电流表和电压表:1.理想表:理想电流表内阻=0, 理想电压表内阻 =∞,用理想电表测量电路,对电路不产生影响。
2.实际表:实际电流表内阻很小,但不为零;实际电压表内阻很大,但不会是无穷大。
因此,电流表和电压表对测量电路造成影响,产生误差。
为了减小误差,必须考虑电流表和电压表的接法。
三.电流表的两种接法(一)电流表外接法1、电路如图所示电压表示数= R电流表示数=+>测量值 ,小于R的真实值只有当R<<时,才有≈R,因此外接法适合测小电阻2、“小外”的含义:在实际应用中,如果推导整个过程很费时,若形象地用“小外”来描述电流表外接法的特点,学生记忆起来很方便。
“小外”含义:小电阻用外接法。
(二)电流表内接法 1.电路图如图所示 电压表示数=+电流表示数= R 测量值 ,大于R 的真实值 只有当R >>时,才有≈R,因此外接法适合测大电阻2、“大内”的含义:在实际应用中,如果推导整个过程很费时,若形象地用“大内”来描述电流表外接法的特点,学生记忆起来很方便。
“大内”含义:大电阻用内接法。
四.电流表内、外接法的选择为了达到减小误差的目的,小电阻用电流表外接法,大电阻用电流表内接法。
但电阻阻值为多大算是大电阻电阻阻值大小依什么电阻为标准下面我们一起探讨:(一) 定量判定法:当被测电阻R 的大约值和R A 、R V 已知时,可用比较和大小来确定1. 若>,则说明R 远大于,选用电流表内接法。
2. 若>,则说明R 远小于, 选用电流表外接法。
3. 若= ,选用两种接法都可以。
(二)试触法:在利用伏安法测电阻的实验中,若不知道被测电阻的大约值,可借助试触法确定内、外接法.具体做法是:如图所示组成电路,其中电流表事先已经接好,拿电压表的一个接线柱去分别试触M 、N 两点,观察先后两次试触时两电表的示数变化情况,如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即UU I I ∆>∆),说明接M 点时电压表分流作用引起的误差大于接N 点时电流表分压作用引起的误差,这时应采用内接法(即电压表接N 点);如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即UU I I ∆<∆),说明接N 点时电流表分压作用引起的误差大于接M 点时电压表分流作用引起的误差,这时应采用外接法(即电压表接M 点).五.总结所谓内、外接法是相对电流表的位置而言的.无论哪种接法,都会由于电表的内阻影响而带来测量误差.从下表的分析可以看出,合理的选择接法有利于减小误差.比较项目电流表内接法电流表外接法电路误差原因 由于电流表内阻分压的影响,电压表测量值偏大,结果偏大由于电压表内阻分流的影响,电流表测量值偏大,结果偏小测量结果 I UR =测>RxIUR =测<Rx 适用条件 Rx 远大于RARx 远小于RV六. 同步训练1.如图所示,电压表和电流表的读数分别为10V 和 ,已知电流表的内阻为Ω,那么待测电阻的 测量值比真实值 ,真实值为2.某同学在利用伏安法测电阻时,由于不知待测电阻的阻值范围,而无法确定电流表是内接还是外接,他利用试触法进行确定.当如下图(a)所示,○V 的示V ARxV ARx数为,○A的示数为;改为如右图(b)所示,○V的示数为,○A的示数为.该同学要获得较精确的测量结果,应选取 ; 被测量电阻的阻值是(a) (b)3.某待测电阻估值在100左右,电压表内阻为3000,电流表内阻为,采用伏安法测电阻时,电流表选择何种接法,测量误差小()A.内接B.外接C.内接、外接均可D.无法确定4.一只小灯泡,标有“3V、”字样。
电学实验的设计及电阻的测量一、 电学实验设计原则:1、 安全性原则:电源不超载、电表不超程、电器不超压不超流 。
2、 精确性原则:电表读数要尽可能精确、实验系统误差要尽可能小。
3、 方便性原则:实验操作方便、仪器调整方便、数据处理方便。
4、 可行性原则:选实验室经济实用器材、设计合理的能耗小的实验电路。
二、 实验仪器的选择:(1)原则:安全、精确、方便、可行,要正确处理安全和精确的关系。
(2)选择的一般步骤;①根据实验要求设计合理的实验电路。
②找出唯一性的器材。
③估算电路中电压和电流的最大值或最小值,结合已知器材的规格先选定电源、再选定电压。
表和电流表以及所用的量程;电源→电压表→电流表。
④根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器。
三、 实验电路的选择;符合实验原理、操作简便、处理数据方便、系统误差小、甚至没有系统误差。
四、 控制电路的选择(二.供电电路与滑动变阻器的选择) 1、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R 0)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.限流接法分压接法 比较说明负载RL 上电压调节范围(忽略电源内阻) 0L REU E R R ≤≤+ 0L U E ≤≤分压接法电压调节范围大 负载RL 上电流调节范围(忽略电源内阻) 0L E EI R R R≤≤+ 0L EI R≤≤分压接法电流调节范围大 相同条件下电路消耗的总功率 L EIL ap E I I (+)限流电路能耗较小 闭合S 前触头位置b 端a 端都是为了保护电路元件3.选择原则:在符合实验要求和安全的条件下,要操作简便、电流和电压的读数有较大的变化范围,提高实验的精确度。
一般情况下当0L R R <时,或实验没有较高要求,仅从安全和精确度分析两者均可使用时,考虑安装简便和节能因素可优先选限流电路,当0L R R 及实验电路电压和电流要求从零连续调节时,选分压电路。
V
V
1
V2
A
A A
电学实验(共九个)
3个
要测量某电阻的阻值,实验桌上有下列器材:电流表A(0—0.6A),
电压表V(0一3V),电源4.5v ,滑动变阻器R ,开关,导线,待测电阻Rx(约6Ω左 右).实验要求:多测几组数据且两电表都不能超过其量程. (1)根据电路图用笔画线代替导线,将实物电路连接好.
’ (2)实验时,电路中允许通过的最大电流为 A .
(3)在连接电路时,有R 1(12Ω 1A)和R 2(3Ω 2A)两种滑动变阻器,要保证实验顺 利进行,应选 (填R 1或R 2)
试验一、
结论:
当U实>额时,P实>额:当U实U<额时,P
实P<额
实验二、
结论:灯泡的电阻随亮度的变化而变化。
Ω
结论:电阻一定时候,电流与电压成正比。
学号:姓名:取R=500.0C=U=取R=500.0C=U ≈30.000R=500.0L=U =2000HZ ,取 L=10.00≈ 五、RLC 串联电路的相频特性测量记录表10-5 取 U S ≈2.50=10.000.500 表10-3 测U 时取毫伏表量程U =10.00四、RLC 串联电路的谐振频率测量记录选 f 0=0.6333二、RC 串联电路的相频特性测量记录 表10-1 取毫伏表量程U = 3.0000.5000三、RL 串联电路的幅频特性测量记录实验十、LRC电路的稳态特性[测量记录] 实验桌号NO :一、RC 串联电路的幅频特性测量记录= 3.0000.5000 1.000VV、F μ、Ω、V V 、F μ、Ω、V V、Ω、mH 、mH =π=22f L 41C Fμ、V V、Ω、mH 、V[数据处理]一、RC串联电路的幅频特性测绘1.根据表12-1测量数据,绘制RC串联电路的幅频特性曲线如下图㈠。
S图解根据图12-1的RC串联电路的矢量图和U C、U R测量值可得:U C =0.443U R =0.9140.4513弧度。
二、RC 串联电路的相频特性描绘根据表12-2测量数据,按φ=2π∙n Δ/n 计算出各频率值对应的位相如下表,描绘的RC 串联电路的相频特性曲线如图<二>。
的相对偏差 1.57%φ测量的相对偏差-20.39%当f=1000HZ时,%=-理理图解100E ⨯ϕϕϕ=ϕ、V 、V =图解RCU U tgarc =ϕ图解S U %=实测实测图解100U E S S S U S ⨯=2001.0 1.测得RLC 串联电路谐振频率 f 0=HZ ,0.05% 2.根据表10-5测量数据,求得 - 及φ值如表10-6所示,描绘的RLC 串联电路相频特性曲线如下图<四>。
(图中f 0实验 表12-6 表中 φ=2πn △t /n T (弧度)*三、RL 串联电路的幅频特性描绘根据表10-3测量数据,绘制RL串联电路的幅频特性曲线如下图㈢。
难点之十电学实验一、难点形成的原因1、对电流表、电压表的读数规则认识模糊,导致读数的有效数字错误2、对滑动变阻器的限流、分压两种控制电路的原理把握不准,导致控制电路选用不当3、对实验测量电路、电学仪器的选用原则把握不准,导致电路、仪器选用错误4、对电学实验的重点内容“电阻的测量”方法无明确的归类,导致思路混乱5、对于创新型实验设计平时缺乏对实验思想方法(如模拟法,转换法,放大法,比较法,替代法等)进行归纳,在全新的实验情景下,找不到实验设计的原理,无法设计合理可行的方案。
受思维定势影响,缺乏对已掌握的实验原理,仪器的使用进行新情境下的迁移利用,缺乏创新意识。
二、难点突破1、电流表、电压表的读数规则:电流表量程一般有两种——0.1~0.6A,0~3A;电压表量程一般有两种——0~3V,0~15V。
如图10-1所示:图10-1因为同一个电流表、电压表有不同的量程,因此,对应不同的量程,每个小格所代表的电流、电压值不相同,所以电流表、电压表的读数比较复杂,测量值的有效数字位数比较容易出错。
下面是不同表,不同量程下的读数规则:电压表、电流表若用0~3V、0~3A量程,其最小刻度(精确度)分别为0.1V、0.1A,为10分度仪表读数,读数规则较为简单,只需在精确度后加一估读数即可。
如图所示,电压表读数为1.88V,电流表读数为0.83A。
若指针恰好指在2上,则读数为2.00V(或A)。
电压表若用0~15V量程,则其最小刻度为0.5V,为2分度仪表读数,所读数值小数点后只能有一位小数,也必须有一位小数。
如图所示,若指针指在整刻度线上,如指在10上应读做10.0V,指在紧靠10刻度线右侧的刻度线上(即表盘上的第21条小刻度线)读数为10.5V,若指在这两条刻度线间的中间某个位置,则可根据指针靠近两刻度线的程度,分别读做10.1V,或10.2V,或10.3V,或10.4V,即使是指在正中央,也不能读做10.25V,若这样,则会出现两位不准确的数,即小数点后的2和5,不符合读数规则,如上图中所示,读数应为9.3V。
电流表若用0-0.6A量程,则其最小刻度为0.02A,为5分度仪表读数,其读数规则与0—15V电压表相似,所读数值小数点后只能有两位小数,也必须有两位小数。
如上图所示,电流表读数为0.17A,若指针指在第11条刻度线上,则读数为0.22A,指在第10条刻度线上,读数为0.20A,指在第12条刻度线上,读数为0.24A。
2、滑动变阻器应用分析滑动变阻器是电学实验中常用的仪器,近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍是历届考生应考的难点.滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点:如图10-2所示的两种电路中,滑动变阻器(最大阻值为R0)对负载RL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.图10-2①限流法.如图(a )所示,待测电阻上电压调节范围为0~L L R E E R R +.显然,当R0<<RL 时,在移动滑动触头的过程中,电流的变化范围很小,总电流几乎不变,UL 也几乎不变,无法读取数据;当R0>>RL 时,滑动触头在从b 向a 滑动的过程中,先是电流表、电压表的示数变化不大,后来在很小的电阻变化范围内,电流表、电压表的读数变化很快,也不方便读数,只有当RL 与R0差不多大小时,才能对电流、电压有明显的调控作用.在同样能达到目的的前提下,限流法较为省电,电路连接也较为简单.②分压法.如图(b )所示,待测电阻上电压调节范围为0~E ,且R0相对于RL 越小,R 上的电压变化的线性就越好.当R0>>RL 时,尽管UL 变化范围仍是0~E ,但数据几乎没有可记录性,因为在这种情况下,滑片从左端滑起,要一直快到右端时,电压表上示数一直几乎为零,然后突然上升到E ,对测量几乎没有用处.因此,分压接法要用全阻值较小的滑动变阻器。
滑动变阻器的限流接法与分压接法:两种电路均可调节负载电阻电压和电流的大小,但在不同条件下,调节效果大不一样,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,灵活选取.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(如:测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路),即大范围内测量时,必须采用分压接法.(2)当用电器的电阻RL 远大于滑动变阻器的最大值R0时,必须采用分压接法.因为按图(b )连接时,因RL>>R0>Rap,所以RL 与Rap 的并联值R 并≈Rap ,而整个电路的总阻值约为R0,那么RL 两端电压UL=IR 并=0R U·Rap ,显然UL ∝Rap,且Rap 越小,这种线性关系越好,电表的变化越平稳均匀,越便于观察和操作.(3)若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL 的额定值时,只能采用分压接法.2.下列情况可选用限流式接法(1)测量时对电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且RL 与R0相差不大或RL 略小于R0,采用限流式接法.(2)电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采用限流式接法.(3)没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节能因素优先采用限流式接法.例1:如图10-3所示,滑动变阻器电阻最大值为R ,负载电阻R1=R ,电源电动势为E,内阻不计.(1)当K 断开,滑动头c 移动时,R1两端的电压范围是多少?(2)当K 闭合,滑动头c 移动时,R1两端的电压范围是多少?(3)设R 的长度ab=L,R 上单位长度的电阻各处相同,a 、c 间长度为x ,当K 接通后,加在R1上的电压U1与x 的关系如何? 【审题】电键断开或闭合导致电路出现两种截然不同的控制电路:限流和分压,把握限流和分压电路的原理是关键【解析】(1)若K 断开,则该控制电路为滑动变阻器的限流接法,故2E≤U1≤E(2)若K 闭合,则该控制电路为滑动变阻器的分压接法,故0≤U1≤E图10-3图10-5 (3)U1=IR 并,R 并=R L R x R L R x+⋅,I=L R x L R E )(-+并 得:U1=Lx x L ELx +-22 【总结】该题考察两种控制电路的原理即两者获取的控制电压范围不同例2:用伏安法测量某一电阻Rx 阻值,现有实验器材如下:待测电阻Rx (阻值约5 Ω,额定功率为1 W );电流表A1(量程0~0.6 A,内阻0.2 Ω);电流表A2(量程0~3 A ,内阻0.05 Ω);电压表V1(量程0~3 V ,内阻3 k Ω);电压表V2(量程0~15 V ,内阻15 k Ω);滑动变阻器R0(0~50 Ω),蓄电池(电动势为6 V )、开关、导线.为了较准确测量Rx 阻值,电压表、电流表应选________,并画出实验电路图.【审题】该题要求选择实验仪器、测量电路及控制电路,因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx ,故首先考虑滑动变阻器的限流接法【解析】由待测电阻Rx 额定功率和阻值的大约值,可以计算待测电阻Rx 的额定电压、额定电流的值约为 U=51⨯≈PR V ≈2.2 V ,I=5/1/≈R P A=0.45 A.则电流表应选A1,电压表应选V1. 又因30002.0⨯=⨯V A R R =24.5 Ω>Rx ,则电流表必须外接.因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx ,故首先考虑滑动变阻器的限流接法,若用限流接法,则被测电阻Rx 上的最小电流为Imin=5056+=+R E E x=0.11 A <I 额,因该实验没有对电流、电压的调节范围未作特殊要求,故用限流电路.电路如图10-4所示.【总结】滑动变阻器全阻值相对待测电阻较大,用分压接法不便于调节,故限流接法是首选,只要能保证安全且有一定的调节范围即可。
例3:用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下:待测电阻Rx (约100 Ω);直流电流表(量程0~10 mA 、内阻50 Ω);直流电压表(量程0~3 V 、内阻5 kΩ);直流电源(输出电压4 V 、内阻不计);滑动变阻器(0~15 Ω、允许最大电流1 A );开关1个,导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法,各仪器的量程和电阻都已经给出,只需计算两种接法哪种合适。
【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和外接法,由于Rx <v A R R ,故电流表应采用外接法.在控制电路中,若采用变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小,Imin=x A R R R E++=24 mA >10 mA,此时电流仍超过电流表的量程,故滑动变阻器必须采用分压接法.如图10-5所示.【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全,这是电学实验的首要原则 ,限流接法虽然简洁方便,但必须要能够控制电路不超过电流的额定值,同时,能够保证可获取一定的电压、电流范围,该题中,即便控制电流最小值不超过电流表的量程,因滑动变阻器全阻值相对电路其它电阻过小,电流、电压变化范围太小,仍不能用限流接法。
3、实验电路和电学仪器的选择(1)电路的选择①安培表内、外接电路的选择由于电压表的分流作用和电流表的分压作用,造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差,为减小此系统误差,应慎重选择电流表的内外接法,选择方法如下:1、直接比较法:图10-4当待测电阻阻值Rx<<RV 时,伏特表分流很小,选择安培表外接电路;当待测电阻阻值Rx>>RA 时,安培表分压很小,选择安培表内接电路。
2、临界值计算比较法:当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时,如何确定被测电阻R 是较大还是较小呢?我们要计算两种接法的相对误差,可用R R V 与A R R 相比较. 当A V R R R R >即A V R R R <时,宜采用电流表外接法; 当A V R R R R <即A V R R R >时,宜采用电流表内接法; 而A V R R R =时,电流表内外接法效果是一样的.此时的被测电阻值R 我们称为临界电阻。
3、测试判断法(试触法)若Rx 、RA 、RV 的大小关系事先没有给定,可借助试触法确定内、外接法.具体做法是:如图10-6所示组成电路,其中电流表事先已经接好,拿电压表的一个接线柱去分别试触M 、N 两点,观察先后两次试触时两电表的示数变化情况。