高考热点专题——电学实验器材的选择及电路设计电路实验，不仅涉及测量电路的合理设计或选取、涉及控制电路的合理选取、涉及实际电路的连接以及电路初态的设置问题，而且涉及各测量电表及可变电阻器等器材的合理选配问题。
这些问题的正确处理，可反应学生实验方面分析、设计、操作等综合能力。
一、实验器材的选择1．对实验器材和装置的选择，应遵循以下几条主要原则。
①安全性原则：即实验过程中，不产生由于器材或装置选择不当而使仪器发生损坏等不良后果。
在电学实验中，主要表现为电流表，电压表使用中，正、负接线柱不能接反；各电表的读数不能超过其量程，电阻类元件的电流不能超过其最大允许电流等；电源的最大输出电流不超过其额定电流等。
②准确性原则：要求实验误差尽量小，精度尽量高。
即要求实验能尽量减小系统误差和偶然误差。
在电学实验中，应选择适当的实验电路，选择电流表、电压表、欧姆表的适当量程进行测量。
电压表、电流表的指针应指到满偏刻度的三分之一以上。
欧姆表读数时应使指针指到中值电阻（满偏二分之一处）附近（可更换不同的倍率档调整），注意每次改变倍率档时要欧姆调零。
③方便性原则：在保证实验能够顺利进行的条件下，使实验操作方便易行。
在电学实验中，主要表现在滑动变阻器规格的选择、分压式电路与限流式电路的选择等。
在分压接法中，一般选择电阻较小而额定电流较大的；在限流接法中，变阻器的阻值应与电路中其他电阻的阻值比较接近。
④经济性原则：损耗最小为原则。
2、对器材选择的一般步骤是：①选出唯一性器材。
②草画电路图（暂不接入电流表、电压表）。
③估算电流和电压的最大值，在考虑电表指针有较大偏转但不超量程的情况下，结合已知实验器材的规格，确定实验电路和其他实验器材。
二、电路设计电学设计型实验大体可分为两部分：被测量部分的电路和电表选择与设计，提供电压部分的电路和变阻器的选择与设计。
前一部分涉及到电阻的基本测量方法和电表的内外接法，后一部分主要涉及到滑动变阻器的分压接法和限流接法。
电学实验仪器接法基础回顾 （一）、电流表的外接法和内接法：1.电流表的外接法和内接法的对比讨论如下表所示外接法内接法电路图误差原因电压表分流作用V R I I I +=测 电流表分压作用A R U U U +=测电阻测量值x VR RR I I U I U R <+==测测测测量值小于真实值x RAR R I U U I U R >+==测测测 测量值大于真实值适用条件x V R R >> 测量小电阻 x A R R << 测量大电阻2.电流表外接法和内接法的选择方法 （1）定量判定法：若已知待测电阻的阻值为x R ，电流表的内阻为A R ，电压表的内阻为V R ，则当x V R R >>或者Ax x V R RR R >时，选用“外接法”； 当x A R R <<或者Ax x V R RR R <时，选用“内接法”.两种接法可以简单概括为“小外偏小，大内偏大”. （2）临界值法：令A V R R R =0，当0R R x >时用内接法；当0R R x <时用外接法（3）试触法：如果无法估计被测电阻的阻值大小，可以利用试触法：如图8-3-1将电压表的左端接a 点，而将右端第一次接b 点，第二次接c 点，观察电流表和电压表示数的变化.若电流表示数变化明显，说明电压表的分流作用大，被测电阻是大电阻，应该用内接法测量；若电压表读数变化明显，说明电流表的分压作用大，被测电阻是小电阻，应该用外接法测量.（这里所说的变化是指相对变化，即ΔI/I 和ΔU/U ）. （二）、滑动变阻器的限流接法和分压接法 1.限流接法分压接法对比说明两种接法电路图串并联关系不同负载L R 上电压调节范围（忽略E U R R ER L L ≤≤+0E U ≤≤0分压电路调节范围大图8-3-1电源内阻）负载L R 上电流调节范围（忽略电源内阻） LL R EI R R E ≤≤+0LR EI ≤≤0 分压电路调节范围大闭合开关S 前滑动触头的位置b 端a 端都是为了保护负载L R2. 1）负载的电压或电流要求从零开始连续可调；2）当负载的电阻R L 远大于滑动变阻器的最大值R 0，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组数据）时，必须采用分压接法.这种接法线性关系越好，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，负载的实际电压（或电流）的最小值仍超过负载的额定值时，只能采用分压接法.在安全（滑额I 够大，仪表不超量程，用电器上的电流、电压不超额定值，电源不过载）、有效（调节范围够用）的前提下，若0R R x <，原则上两种电路均可采用，但考虑省电、电路结构简单，可优先采用限流接法；而若0R R x >>，则只能采用分压接法. 例题1 如图8-3-2,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 ，内阻约50Ω);C. 直流电压表( 量程0～3V ，内阻约为5K Ω);D. 直流电源( 输出电压4 V ，内阻可不计);E. 滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω，允许最大电流1A) ;F. 开关一个，导线若干条.根据器材的规格和实验要求，在方框中画出实验的电路图，并在本题的实物图上连线. 题型一：电阻测量电路的选取 1.伏安法测电阻的电路选择①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，若R x 较小，宜采用电流表外接法；若R x 较大，宜采用电流表内接法． ②临界值计算法：R x ＜R V R A 时，用电流表外接法． R x ＞R V R A 时，用电流表内接法． ③实验试探法：按右图接 好电路，让电压表接线柱P 先后与a 、b 处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法． 2．本章两个测电阻实验的测量电路的选取本章实验《测定金属丝的电阻率》和《描绘小灯泡的伏安特性曲线》中由于所测金属丝和小灯泡的电阻都较小，故都采用了电流表的外接法． 题型二：控制电路的选取滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法 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R L 远大于滑动变阻器的最大值R 0，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须采用分压接法．因为按图(b)连接时，因R L≫R0＞R ap，所以R L与R ap的并联值R并≈R ap，而整个电路的总阻约为R0，那么R L两端电压U L＝IR并＝UR0·R ap，显然U L∝R ap，且R ap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测量时电路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接近或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采用限流式接法．3．本章两个有关伏安法测电阻的实验中控制电路的选取(1)实验《测定金属丝的电阻率》中采用滑动变阻器的限流式接法；(2)实验《描绘小灯泡的伏安特性曲线》中由于电压要从零开始调节测多组数据，故采用滑动变阻器的分压式接法．例2 某同学若采用伏安法测量某待测电阻(约10 Ω)，其能够使用的器材如下：电源(电动势约6V)、电压表(量程3 V，内阻约5 kΩ)、电流表(量程0.6 A，内阻约0.5 Ω)、滑动变阻器(0～10 Ω)、开关一个、导线若干．他采用了如图所示的实验电路图，他的实验是否可行？若不可行，请你设计一个更好的实验电路图．。
高中物理电学部分的实验器材和电路选择探索电学部分是高中物理的重要内容，通过实验可以帮助学生更好地理解电学原理和掌握实验操作技能。
下面将介绍一些常用的实验器材和电路选择，供高中物理教师和学生参考。
1. 电池和导线：这是进行电路实验的基本器材，通常选择1.5V的干电池作为电源，导线用于连接各个电器元件。
2. 电阻：电阻是电路中起调节电流的作用，可以通过调整电阻的值来改变电流的大小。
常用的电阻器有固定电阻器和可变电阻器，可以通过串联或并联的方式来调节电阻的大小。
3. 开关：开关常用于控制电路的通断状态。
可以选择单刀双掷开关，通过切换开关的位置来改变电路的走向或连接状态。
4. 安全电源：在进行电路实验时，应优先考虑学生的安全。
选择具有过载保护和短路保护功能的安全电源，保证实验过程中没有电流过大或短路的风险。
5. 电流表和电压表：电流表和电压表用于测量电路中的电流和电压。
可以选择多功能数字电表，通过选择不同的测量档位来进行准确的测量。
6. 电灯泡和电子元件：电灯泡是常用的负载元件，通过观察电灯泡的亮度来判断电流的大小。
还可以选择其他电子元件如二极管、电容器和电感等，进行电路实验和探究。
针对以上实验器材的选择，可以使用以下几个电路来进行探索：1. 并联电路和串联电路：通过选择不同的电阻器并使用导线连接，可以组建并联电路和串联电路，并测量电流和电压的变化。
通过比较两者的差异，学生可以深入理解并联电路和串联电路的特性。
2. 布线电路：根据给定的要求和条件，设计并搭建一个布线电路。
通过探究不同布线方式对电路亮度的影响，学生可以了解并体验并联和串联的应用。
3. 变阻器电路：使用可变电阻器和其他电阻器搭建一个调光电路，通过旋转变阻器来改变电流的大小，进而控制灯光的亮度。
4. 半导体二极管的特性实验：通过搭建半导体二极管的特性实验电路，学生可以观察到二极管的整流现象和火花现象，并了解二极管的正向和反向特性。
通过选择合适的实验器材和搭建不同的电路，可以帮助高中生更好地掌握电学知识，培养实验操作能力和科学探究精神。
