高中物理实验：电路设计实验(培优)

电路设计实验（培优）

1. 要测定一节干电池的电动势和内阻，实验室提供了以下器材：

A．待测干电池E （电动势约为1.5V ）

B. 电流表A （量程1 mA ，内阻r1  599Ω ）

C. 电压表V （量程3V ，内阻约3kΩ ）

D. 滑动变阻器R1 0  20Ω,1AE. 滑动变阻器R2 0  200Ω,1AF. 定值电阻R=1Ω

G. 开关和导线若干

（1） 该实验可以将电流表A 和定值电阻 R （填“串联”或“并联”），改装成量程为 的电流表；

（2） 请根据提供器材，在图甲所示的方框内画出实验电路图

，要求实验尽可能减小实验误差．电路中滑动变阻器应选用 （填器材前面的字母）．

（3） 闭合开关后，调节滑动变阻器的滑片，测出多组干路电流I 及电压表示数U ，根据测得的数据作出U  I 图像，如图乙所示，由此得到干电池的电动E  V ，内阻r  Ω ．（结果均保留两位小数）

（4） 该实验 （填“存在”或“不存在”）由于电表内阻引起的系统误差．

【答案】并联 600mA（或 0.6A） D 1.50（1.48—1.52

均对） 0.84（0.75—0.90 均对） 不存在

【解析】

(1)[1][2]电流表改装较大量程的电流表需要并联定值电阻，电流表能够通过的最大电流为 1mA，假设改装后电流表的最大量程为 I，根据 并联分流规律：

1mA  R

I 1mA r1 解得： I  600mA  0.6A

(2)[3][4]电流表的量程为 0.6A，电源电动势为 1.5V，选择最大量程为20Ω 的滑动变阻器即可，采用限流接法，因为改装后的电流表

内阻已知，所以改装后的电流表接在电压表外边，可以进行准确测量：

(3)[5][6]电源和改装后的电流表可以等效为一个新电源，内阻为：

r0 Rr1

R  r1  r电源

根据闭合电路欧姆定律：U  E  Ir0

图像和纵轴的截距为电源电动势，大小为 1.50V，图像的斜率为电源 等效内阻： r0  1.5  0.8 Ω=1.84Ω

0.38

电源的真实内阻： r电源  r0 Rr1

R  r1

 0.84Ω

(4)[7]根据上述计算过程可知，改装后的电流表内阻已知，精确测量电路的干路电流，电压表精确测量等效电源的路端电压，所以不存在 由于电表内阻引起的系统误差

2. 小明同学想测量某电阻元件正常工作下的阻值 RL，已知该元件电阻约为 2Ω，额定电流为 1A。在保证器材安全的情况下，尽量准确的测量RL。可供使用的器材有：

A. 电流表A1：量程 0—0.6A(内阻RA1 为 1Ω)

B. 电流表 A2：量程 0—3A(内阻RA2 约为 0.5Ω)

C. 电压表V1：量程 0—3V(内阻RV1 约为 3KΩ)

D. 电压表V2：量程 0—15V(内阻RV2 约为 15KΩ)

E. 定值电阻 R1=1Ω

F. 定值电阻 R3=1KΩ

G. 滑动变阻器 R：0—5Ω

H. 蓄电池 E：电动势 10V，不计内阻I.导线，电键 S

(1) 电流表应选 ，电压表应选 (填写器材前面的字母序号)

(2) 画出电路图，并标上元件对应的符号；

(3) 正确连接电路后，当电流表示数为 A，元件正常工作。此时电压表示数如右上图，请读出此时电压表的示数 V，

则此元件的电阻为 Ω。(计算结果保留 2 位小数)

【答案】A C 0.50 2.53-2.57 2.03-2.07

【解析】

（1） RL 的额定电流为 1A，从安全性和精确性两方面考虑，两个电流表均不满足要求，故要进行电表的改装，电流表 A1 量程较小，且知道内阻，故把 A1 改装能达到要求，电流表

A1 和 R1改装成量程为 1.2A 的电流表，满

足要求，电流表选 A1 ，故选A；由于RL 的额定电流为 1A， RL 两端的最大电压约为2V，故电压表选择V1 ，故选 C；

（2） V1 的量程是0  3V ，小于电源的电动

势E  10V ,从安全性的角度考虑，应采用分压式解法，考虑到知道电流表 A1 的内阻，采用电流表内接法可以消除系统误差，电路图如下图所示：

（3） 当电流表 A1 的读数为 0.5A 时，电阻RL 两端达到额定电流 1A，

正常工作。 估算电流的最大值I

 10  5A ，，由于只有电流表 A 知道内阻，由图可

2

知电压表的读数为 2.53-2.57V ，由RL 1

 U  IRA1 ，代入数据可得：

2I

RL  2.03  2.073. 某同学要测量某定值电阻的阻值；

（1） 他先用多用电表粗测该电阻的阻值，将选择开关调在“×10”的电阻挡，调节好欧姆表，将被测电阻接在两个表笔间，指针指示如图

所示的位置，则被测电阻的阻值为  .

（2） 为了精确测量被测电阻，实验室提供的实验器材有:电流表

A( 量程 20 mA，内阻约为 0.5  )；电流表 A2(量程 1 mA，内阻 10

 ) ； 滑动变阻器 R1 (阻值范围 0~20  ，额定电流 2 A)；电阻箱

R2(阻值范围 0~9 999  ，1 A)；电源 E(电动势 6 V，内阻不计)；导线若干.

实验中要将电流表A2 改装成量程为3V 的电压表，需要将电阻箱与电流表

A2 (填“串"或“并”)联，且电阻箱接入路的电阻阻值为  ；请

在虚线框中面出实验电路图，并标出各个器材的代号；（ ）

（3） 闭合开关 S，调节滑动变阻器，测得 6 组电压、电流的值该同学在坐标系中描点，作出了 2

条 I-U 图线，你认为正确的是

(填“①”成“②”)，并由图线

求出电阻 Rx=  ( 保

留三位有效数字)

【答案】150 串 2 990 ② 158

【解析】

（1）[1]．若选用倍率为“× 10”的电阻挡测电阻时，所测电阻的阻值为1510  150 .

（2）[2][3][4]．若将电流表 A2 改装成量程为 3

V 的电压表，需要串联的电阻的阻值为

R  3

1103  10  2990 ；

实验电路图如图所示.

（3）[5][6]．因为电压表测量的是被测电阻两端电压，所以当其两端电压为零时，电流也为零，故图线②正确；图象的斜率表示 Rx 与 Rv

I  U 并联的总电阻的倒数，即 R并 U

R0  RV

Rr  RV

R  U 故 I  U  3.0

0.02  3   158RV 3000

4. 现要测量某小量程电流表的内阻，其内阻在 8Ω～10Ω之间，要求 I 测量多组数据，且各电表指针最大偏转均能超过其满偏刻度的2，可 3

选用的器材如下：

A. 待测电流表A（量程 10mA）

B. 电压表 V（量程 3V，内阻约 3kΩ）

C. 电流表A0（量程 5mA，内阻r0 = t0fi）

D. 滑动变阻器 R1（最大电阻 5Ω，滑片可滑动的最大距离 10cm）

E. 滑动变阻器 R2（最大电阻 10Ω，滑片可滑动的最大距离 50cm）

F. 定值电阻 R3（阻值 20Ω）

G. 电源 E（电动势 1.5V）

H. 开关 S 及导线若干

（1） 器材选择时，在电压表 V 和电流表 A0

中，应选 （填“V”或“A0”），为便于调节，滑动变阻器应选

（填“R1”或“R2”）；

（2） 请在方框内画出实验电路图 ；

（3） 实验中，若测得待测电流表 A 的示数为 I，另一电表的示数为k，则待测电流表A 内阻的表达式为 r= .

【答案】A0 R2 kr0 — R3

【解析】第一空第二空.由于电压表内阻不可确定

而电流表内阻已知，故应选用电流表 A0；为了便于调节，滑动变阻器应选用可滑动距离大的，故应选用 R2；第三空.为了调节范围尽可能的大，

滑动变阻器应选用分压式，两个电流表并联，电 I

路如图。第四空.根据实验电路图，以及并联电路电压相等的原理，

可得：I(r ⺁R3) = kr0，整理得 r = kr0 — R3；

5. 从下列实验器材中选出适当的器材，设计实验电路来测量某电压表的内阻，要求方法简捷，操作方便。可进行多次测量并达到较高的 测量精度。

A. 待测电压表V1 ，量程0  3V ， Rv 内电阻约20kΩ 25kΩ

B. 电压表V ，量程0  5V ，内电阻约50kC. 定值电阻R1 ，阻值20kΩ

D. 定值电阻R2 ，阻值100E. 滑动变阻器R3 ，阻值范围0  2000 ，额定电流2.5A

F. 滑动变阻器R4 ，阻值范围0  20 ，额定电流2A

G. 电池组，电动势为6V ，内电阻为0.5H. 单刀开关若干和导线若干

①请设计一个测量电路，并在方框中画出电路图

②实验器材选择除A、B、G、H 外，

定值电阻应选用 ，滑动变阻器应选用 （用器材前的字母表示）。

③写出测量电压表内阻的表达式 。（用己知物理量和测量量

表示）

【答案】 C F

RV U1 R U U1

【解析】 1