物理課件：如何選擇電學儀器和實驗電路.ppt

恒定電流實驗基礎,實驗能力：能獨立完成“知識內容表”中所列的實驗，能明確實驗目的，能理解實驗原理和方法，能控制實驗條件，會使用儀器，會觀察、分析實驗現(xiàn)象，會記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，并得出結論。能靈活地運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題。,考綱要求,1.描繪小燈泡的伏安特性. 2.測定金屬絲的電阻率（同時練習使用螺旋測器） 3.測定電池的電動勢和內電阻. 4.電流表改裝 (半偏法測定電表的內電阻 ) 等等,恒定電流分組實驗,恒定電流部分要求會正確使用的儀器主要有： 螺旋測微器、電流表、電壓表、滑動變阻器、電阻箱、多用電表、示波器等,安全性,如何選擇電學儀器和實驗電路？,基本原則:,精確性,方便性,誤差小,儀器少,耗電少,綜合考慮,安全性原則:要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器，使實驗切實可行，能達到預期目標。另外還要注意測量儀器的量程，電阻類器件的電流不能超過其最大允許電流等。,一、實驗儀器選擇的基本原則:,精確性原則:根據(jù)實驗的需要，選用精度合適的測量工具，但對某個實驗來講，精確程度夠用即可，并不是精度越高越好。,方便性原則:實驗時需考慮調節(jié)方便，便于操作，如滑動變阻器的選擇，既要考慮它的額定電流，又要考慮它的阻值范圍，在二者都能滿足實驗要求的情況下，還要考慮阻值大小對實驗操作中是否調節(jié)方便的影響。,可行性原則：選用的儀器要符合實驗要求和客觀條件，使實驗切實可行。,1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（一般取滿偏的1/3-2/3左右），以減少測讀的誤差,根據(jù)教學大綱及高考考核的要求，選擇電學實驗儀器主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器件，通?？梢詮囊韵氯矫嫒胧郑?2根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍需要選擇滑動受阻器，注意流過滑動變阻器的電流不超過它額定值對高阻值的變阻器，如果滑動頭稍有移動，使電流電壓有很大變化的，不宜采用,3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做出恰當?shù)倪x擇,電壓表和電流表的選擇,使用電壓表和電流表時，指針偏轉到滿刻度的一半以上，其讀數(shù)較準確，因此，在選擇電流表量程時，應先估算電路中電流 的最大值是否能達到電流表的半滿偏刻度以上，同時也要考慮電壓表是否也能達到半偏以上，如不能達到半偏以上，則以偏轉角大些好。,電源的選擇,對某些提供的電源，在作選擇時應與實驗中提供的其他器材情況如電壓表、電流表的量程、滑動變阻器的阻值、待測元件上的額定電壓和電流等聯(lián)系起來，保證電源能夠為實驗的測量提供合適的電流或電壓。,三、控制電路（滑動變阻器的接法）的選擇：,EIR 電源負擔輕,E（IR+Iap） 電源負擔重,簡便,復雜,三、控制電路（滑動變阻器的接法）的選擇：,（1）若需要被測電阻R兩端電壓變化范圍較大，或需要從零開始連讀可調電壓，應選分壓電路；,（4）當R0R時（或兩者相差不多），雖然兩種電路都可以對負載電流有明顯的調節(jié)和控制或兩種電路都滿足實驗要求時但限流電路具有節(jié)省電能、電源負擔輕、電路連接簡便等優(yōu)點，應選限流電路較好,（3）當R0R時為使被測電阻中電流有明顯變化，也應選分壓電路；,（2）若采用限流電路時，如果電路中最小電流大于或等于被測電阻的額定電流，必須采用分壓電路；,滑動變阻器的選擇原則,1、題中有明確要求，則以“要求”為基礎，先確定變阻器的連線方式，再選擇變阻器的規(guī)格。,2、由題目提供的電流表和電壓表的量程確定滑動變阻器,3、由待測電阻的阻值和額定電壓確定滑動變阻器先由額定電壓確定電壓的變化范圍，再根據(jù)待測電阻的阻值及兩種接法的特點和適用條件確定要選取用的滑動變阻器。,4、題中無明確要求，也沒有間接限制，則用Rx與R比較來確定若供選擇的滑動變阻器的阻值均大于待測電阻的值，則應采用限流式，且要選阻值小的變阻器，這樣方便調節(jié)。,若供選擇的滑動變阻器的阻值均小于待測電阻的阻值，應采用分壓式，且要選阻值最小的變阻器，因為采用分壓式時，Rx比R越大，不僅電壓變化范圍大，而且其變化越接近線性變化。,若供選擇的滑動變阻器的阻值既有大于Rx的也有小于Rx的，則要比較Rx與R的值來確定。即既可以采用限流式，也可采用分壓式時，應采用限流式接法，因為限流式接法容易，且總功耗較小。,例1 為了測定一個“6V、3W”的小電珠在不同電壓下的功率，現(xiàn)有滑動變阻器R1=10，R2=20。測量時要求電珠兩端電壓從0開始連續(xù)可調，則應選用的滑動變阻器為：,小電珠的電阻 從RL與R1、R2比較來看，選R1 采用分壓式，選R2采用限流式都不算錯，但題目有明確要求：“電壓從0開始連續(xù)可調”，則必須采用分壓式，此時應滿足RRx所以只能選R1,分析與解答,例1 ：有一電阻R ，其阻值大約在40 至50 之間，需進一步測定其阻值，現(xiàn)有下列器材： 電池組，電動勢為9V，內阻忽略不計； 電壓表，量程為0至10，內阻20； 電流表A1，量程為0至50，內阻約20； 電流表A2，量程為0至300m，內阻約4； 滑動變阻器R1，阻值范圍為0至100，額定電流1A； 滑動變阻器R2，阻值范圍為0至1700，額定電流0.， 開關及導線若干,實驗電路圖如圖所示，實驗中要求多測幾組電流、電壓值在實驗中應選 電流表和 滑動變阻器,A2,R1,例2 在“測定金屬的電阻率”的實驗中，已知電阻絲的阻值約為40應選用的器材是： A、量程是30mA的電流表 B、量程是3V的電壓表 C、阻值為100的滑動變阻器 D、阻值為10的滑動變阻器 E、電源電壓6V，內阻不計 F、電鍵、導線若干,分析與解答,由題給器材可知，主要是選擇滑動變阻器。由于電流表量程較小，待測電阻上最大電壓Um=Im Rx=1.2V，若選100的變阻器，則應用限流 式，其電壓調節(jié)范圍為 無法調到所需電壓，因此只能采用分壓式，根據(jù)適用條件，只能選用10的滑動變阻器。,例3 用伏安法測某電阻的準確值，已知此電阻值為10，額定功率為0.1W，電源電壓為3V，內阻不計，可供選擇的滑動變阻器有R1=15，R2=5，則應選用的變阻器是：,分析與解答,待測電阻的額定電壓 ， 在測量過程中，其電壓只能在01V 范圍內變化，若采用限流式應選 R1 ， 電壓可調范圍為1.2V3V，如選R2其 電壓可調范圍為 2 V3 V，都無法調 節(jié)到所需電壓，因此，只能采用分壓 式，由分壓式的適用條件知應選R2。,電路實物圖的連接,1、選擇電流表、電壓表的量程，搞清電流表應“內接”還是外接，滑動變阻器應采用“分壓”還是“限流”。 2、依據(jù)實驗原理、參照實物的位置，畫出實驗電路，并在電路上標出電源的正、負極，電壓表、電流表的正、負和量程。,電路實物圖的連接,3、按原理圖將實物連接，連線時一般從電源正極出發(fā)，先把串聯(lián)的各元件依次連接起來，直到電源負極。然后把并聯(lián)在電路上的其它元件或電壓表接在電路的相應位置。,電路實物圖的連接,4、連好電路后再檢查一遍。特別注意檢查導線的連接點是否接在接線柱上，電表量程、正負極性是否恰當，電流表內、外接是否正確，滑動變阻器的連接方式有無錯誤等。,例題 用伏安法測定一個電阻，阻值約為 10，額定功率為2W，可供選擇的儀器設備有： 電源兩種： E1：干電池一節(jié)，電動勢1.5V E2：蓄電池組，電動勢6V； 直流電壓表兩只：V1：量程05V，內阻10K； V2：量程015V，內阻30K； 直流電流表兩只：A1：量程00.6A, 內阻0.5; A2：量程03A，內阻0.1; 滑動變阻器兩只: R1：50，2A; R2：500，0.5A 電鍵、導線等。,（1）為使實驗有較高的精確 度，電源應選_，電壓表應選 _，電流表應選_，滑動變 阻器應選_。 （2）畫出實驗電路圖。 （3）將實物連成測量電路。,分析與解答,估算待測電阻上電流和電壓的最大值: 因待測電阻約10，額定功率2W，允許通過的最大電流約0.40.5A，兩端最大電壓約45V。,若用干電池，其電動勢太低，在電路中 產生的電流最大值為 E/Rx=0.15A，待 測電阻兩端電壓在1.5V以下，即便選取 量程最小的電壓表和電流表，其偏角仍 較小，故不宜選用。蓄電池組電動勢為 6V，通過變阻器調節(jié)，可使待測電阻兩 端的電壓約為45V，電流約為0.40.5 A，故選蓄電池組作電源。,選取電源,選取電流表和電壓表,根據(jù)上面估算，通過待測電阻 的最大電流約0.40.5A，兩端電壓 最大約 45V，故選用量程00.6A 的電流表和量程05V的電壓表。,選取滑動變阻器,用阻值為50的變阻器R1，可控制電路中電流最小為I=E/（R+Rx）=0.1A，足以滿足實驗要求，故可選變阻器R1。若選R2，實驗中能利用的電阻僅在50下，此時R2僅在變阻器一端1/10的范圍內調節(jié)，很不方便，故不選R2。,電流表接法的選擇,因待測電阻較小，滿足RvRx，而不滿足RxRA，故電流表應外接。 因滑動變阻器用“限流式”電路結構簡單，且能滿足實驗的各項要求，故采用“限流式”電路即可。,例題示范 有一待測電阻Rx，阻值約為5，允許的最大功率為1.25W，現(xiàn)欲比較精確的測定其電阻值，除待測電阻外，備用器材及規(guī)格下：,電壓表（03V15V），3V量程內 阻為 3K， 15V量程內阻為15K； 電流表（00.6A3A），0.6A量程內阻為1，3A量程內阻為0.25； 滑動變阻器（20、1A）； 蓄電池組（6V，內阻不計） 電鍵、導線。,通過計算可知，Rx上允許的最大電壓約 2.5V，最大電流約0.5A，故電壓表應選03V量程，電流表應選00.6量程。,因為題目要求Rx上電流從零開始連續(xù)可調，故滑動變阻器應接成“分壓式”。在連線時為使滑動變阻器的滑動觸點處于電鍵閉合前的正確位置（即電鍵剛閉合時分出電壓為最小），應從A、B（或C、D）兩接線柱上取得分壓。,又因電壓表選3V量程時， 滿足條件RvRx，故電流表采用“外接法”測量誤差較小。 根據(jù)上述分 析，本題實驗電 路如圖所示。,例2 ：用伏安法測量阻值約為 歐的線圈的電阻，己知所用電流表的量程為（00.6），內阻0.125，電壓表的量程為（015），內阻為15k，蓄電池組電壓為12，問應采用哪一種連接電路？,若題目給出的被測電阻阻值約為幾十歐，可能大于43，也可能小于43，內接法、外接法兩種電路均可采用。,幾千,幾十,幾,分析與解因為R= =43,若題目給出的被測電阻阻值約為幾千歐，大于43，采用內接法,若題目給出的被測電阻阻值約為幾歐，小于43， 采用外接法,三、控制電路（滑動變阻器的接法）的選擇：,（1）若需要被測電阻R兩端電壓變化范圍較大，或需要從零開始連讀可調電壓，應選分壓電路；,（4）當R0R時（或兩者相差不多），雖然兩種電路都可以對負載電流有明顯的調節(jié)和控制或兩種電路都滿足實驗要求時但限流電路具有節(jié)省電能、電源負擔輕、電路連接簡便等優(yōu)點，應選限流電路較好,（3）當R0R時為使被測電阻中電流有明顯變化，也應選分壓電路；,（2）若采用限流電路時，如果電路中最小電流大于或等于被測電阻的額定電流，必須采用分壓電路；,例3 ：有一小燈泡上標有“6V0.6”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法測量這個燈泡的IU圖線，已知所用器材有：電流表（00.3，內阻1）；電壓表（015，內阻20k）；滑動變阻器（030，2）；學生電源（直流9）；開關一只、導線若干為使實驗誤差盡量減小，畫出合理的實驗電路圖,例4：欲用伏安法測定一個阻值約12歐的電阻，要求測量結果盡量準確，下列器材中應選用的是_，畫出應采用的電路圖。 A、電池組（6伏，內阻很?。?B、電流表（03安，內阻0.0125歐） C、電流表（00.6安，內阻0.125歐） D、電壓表（03伏，內阻3千歐） E、電壓表（06伏，內阻6千歐） F、滑動變阻器（020歐，1安） G、滑動變阻器（0200歐，0.3安） H、電鍵、導線,電表接入時，用電流表外接法。 變阻器可采用限流作用。,此題中變阻器也可采用分壓作用。,實物連接以其考察的知識點較多和要求思考問題全面等特點，成為高中物理實驗的熱點。然而學生在這種題上往往失誤太多。究其原因，就是沒有建立起完整、細致、合理的思維程序，使得連出的線路圖出現(xiàn)錯誤或疏漏。我們可以把解決實物連線的問題的思路建立一個程序如下：,四、實物連接：,根據(jù)原理畫出電路圖 根據(jù)要求選擇器材及量程 根據(jù)先并后串或先串后并的方法連接實物圖 連接時要注意：電流的方向、儀表的量程、變阻器的接法及滑片的初位置,例5.試根據(jù)右圖連接下列實物,五、電路圖的設計：,比較下列實驗的電路圖，并思考分別屬于哪一個分組實驗。,練習1：在用伏安法測電阻的實驗中，所用電壓表的內阻約為20千歐，電流表的內阻約為10歐，選擇能夠盡量減小誤差的電路圖接線進行實驗，讀得的各組數(shù)據(jù)用實心圓點標于坐標圖上(如右圖所示)。 (1)根據(jù)各點表示的數(shù)據(jù)描出IU圖線，由此求得該電阻的阻值Rx_ 歐(保留兩位有效數(shù)字)。 (2)畫出此實驗的電路原理圖。,2.5K,練習2:為了研究一個 “2.5V 0.2W”小燈泡的伏安特性,現(xiàn)有蓄電池1只,電鍵1個,導線若干,其它可供選