高考電學(xué)設(shè)計性實驗中器材與電路的選擇

1、高考電學(xué)設(shè)計性實驗中器材與電路的選擇江蘇省前黃高級中學(xué)（213172） 顧國富電學(xué)實驗是高中實驗教學(xué)的重點內(nèi)容之一，而電學(xué)實驗設(shè)計則是高中學(xué)生必須掌握的基本實驗操作技能，因而電學(xué)設(shè)計性實驗成為歷年高考的熱點之一。由于中學(xué)電學(xué)實驗原理豐富，涉及的器材種類較多，每一種器材對應(yīng)有不同的量程，所以電學(xué)實驗設(shè)計的難點在于對電路和器材的選擇。電學(xué)實驗設(shè)計能充分反映學(xué)生對實驗?zāi)康摹⒃?、方法和步驟理解掌握情況及對實驗器材性能和操作的熟練程度，是對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ囊环N綜合性考查，往往具有一定的難度。筆者在近幾年的高考閱卷過程中發(fā)現(xiàn)對這一類問題大部分學(xué)生的得分率都較低，因此有必要對這一個問題作一些探討。下面我們就

2、來介紹有關(guān)電學(xué)實驗器材和電路選擇的基本原則和方法。電學(xué)實驗器材和電路選擇的總的原則是安全、精確和方便。器材的選擇與實驗所用的電路密切相關(guān)，因此在選擇器材前首先要根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘碓O(shè)計測量精確、安全可靠、操作方便的實驗電路，再根據(jù)實驗電路的需要選擇器材。選擇器材和電路時，為了使測量結(jié)果精確和保護儀器，應(yīng)遵循以下原則：電表的選擇通過估算確定電路中通過電流表的最大電流和電壓表兩端的最大電壓，所選擇的電表的量程應(yīng)大于最大電流和最大電壓，以確保電表的安全；通過估算確定電路中通過電流表的最小電流和電壓表兩端的最小電壓，選擇的電表的量程應(yīng)使電表的指針擺動的幅度較大，一般應(yīng)使指針能達到半偏以上，以減小讀數(shù)

3、的偶然誤差，提高精確度；在滿足上述兩個條件以后，在不計電表內(nèi)阻時應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電流表和內(nèi)阻較大的電壓表，以減小系統(tǒng)誤差。變阻器的選擇所選用的變阻器的額定電流應(yīng)大于電路中通過變阻器的最大電流，以確保變阻器的安全；為滿足實驗中電流變化的需要和調(diào)節(jié)的方便，在分壓式接法中，應(yīng)選用電阻較小而額定電流較大的變阻器，在限流式接法中，應(yīng)選用電阻與待測電阻比較接近的變阻器。電源的選擇一般可以根據(jù)待測電阻的額定電流或額定電壓選擇符合需要的直流電源。電流表內(nèi)接法、外接法的選擇為了減小系統(tǒng)誤差，當待測電阻x>時，采用電流表內(nèi)接法；當待測電阻x<時，采用電流表外接法；分壓式和限流式電路的選擇在選擇變阻器分

4、壓式和限流式電路兩種接法時應(yīng)優(yōu)先考慮限流式接法，為了能使實驗正常進行和操作方便，當電路中的最小電流仍然超過電流表的量程或待測電阻的額定電流，或者待測電阻遠遠大于變阻器的最大值或者需要在待測電阻兩端從零開始測量電壓、電流時采用分壓式接法。例1（1986/全國高考卷）有一電阻RX，其阻值大約在4050之間，需要進一步測定其阻值，手邊現(xiàn)有下列器材：電池組E，電動勢9V，內(nèi)阻約0.5；伏特表V, 量程10V，內(nèi)阻20k；毫安表A1，量程50mA，內(nèi)阻20；毫安表A2，量程300mA，內(nèi)阻4；滑動變阻器R1，阻值范圍0100，額定電流1A；滑動變阻器R2，阻值范圍01700，額定電流0.3A；開關(guān)S，導(dǎo)

5、線若干。有兩種可供選擇的電路，如圖甲、乙所示，實驗要求多測幾組電流、電壓值，畫出電流電壓關(guān)系圖。為了實驗?zāi)苷＿M行減小測量誤差，而且要求滑動變阻器便于調(diào)節(jié)，在實驗中應(yīng)選用圖 所示的電路，應(yīng)選用代號 的毫安表和代號 的滑動變阻器。 V mA V mA Rx Rx E S R E S R 甲 乙 圖 分析：由于待測電阻RX阻值大約在40-50之間，為了電流調(diào)節(jié)方便，滑動變阻器只能選擇R1。電路中的最大電流,毫安表A1的量程小于最大電流，故電流表只能選毫安表A2； 由于282.8，待測電阻x<，應(yīng)采用電流表外接法，即選甲圖。例（1997/全國高考卷17題）某電壓表內(nèi)阻在20-50K之間，現(xiàn)要測

6、量其內(nèi)阻，實驗室中提供了下列可供選用器材:VA1 E S 圖待測電壓表V，量程3V；電流表A1，量程20 0A；電流表A2，量程5mA；電流表A3，量程0.6A；滑線變阻器，最大電阻1K； 電源E，電動勢4V； 開關(guān)S，導(dǎo)線若干。(1)所提供的電流表中，應(yīng)選用 。(2)為了盡可能減小測量誤差，要求測多組數(shù)據(jù)，試在方框中畫出符號要求的實驗電路圖。(其中電源和開關(guān)及其連線已畫出)分析：要求測量電壓表的內(nèi)阻，可以把電壓表看作一只能讀出兩端電壓的電阻。在本題中由于電壓表內(nèi)阻遠遠大于滑動變阻器的最大電阻，若此時采用限流式接法，通過待測電壓表中的電流變化范圍比較小，不可能達到多測幾組數(shù)據(jù)的要求，無法精確測

7、量電壓表的內(nèi)阻，故只能采用分壓式接法，如圖所示。A1A2 R2 R1 圖 電路中通過電壓表的電流的最大值，因此為了使電流表指針能達到半偏以上只能選A1。例（2000/全國高考卷16題）從下表中選出適當?shù)膶嶒炂鞑?，設(shè)計一個電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。電流表A1 (量程10mA，內(nèi)阻r1待測約40)電流表A2 (量程500A，內(nèi)阻r2=750)電壓表V (量程10V，內(nèi)阻r3=10k)電阻R1 (阻值約為100，起保護電阻用)滑動變阻器R2(總阻值約50)電池E(電動勢1.5V，內(nèi)阻很小)開關(guān)S導(dǎo)線若干。分析：根據(jù)本題所給的條件，若采用伏安

8、法，電壓表測量的最大電壓為1.5伏，指針偏轉(zhuǎn)角度過小，無法精確測量，故只能采取兩電流表并聯(lián)，利用電流表的電流與電阻成反比進行測量。如圖3所示，保護電阻串聯(lián)在干路中，兩電流表并聯(lián)以后的阻值約為38，若采用變阻器的限流式接法，干路中的電流范圍約為7.910.8mA，通過兩電流表的電流大小約分別為400500A、7.510.36m，兩電流表指針偏轉(zhuǎn)范圍較小，操作不方便，另一方面測得的數(shù)據(jù)比較密集，誤差較大，不符合題目要求。因此可以采用滑動變阻器的分壓式接法，使得通過兩電流表的電流大小可以從零開始連續(xù)變化，當滑片滑到右側(cè)時，通過兩電流表的電流最大可以接近量程，就可以測得多組數(shù)據(jù)例（2001/全國高考理

9、科綜合卷29題）實驗室中現(xiàn)有器材如實物圖所示(圖略)，有電池E，電動勢約10V，內(nèi)阻1；電流表A1，量程10A，內(nèi)阻r1約為0.2；電流表A2，量程300mA，內(nèi)阻r2約為5；電流表A3，量程250mA，內(nèi)阻r3約為5；電阻箱R1，最大電阻999.9，阻值最小改變量為0.1；滑線變阻器R2，最大電阻100； AA/ R1 R2 E S 圖 開關(guān)S，導(dǎo)線若干。要求用圖4所示的電路測定圖中電流表A的內(nèi)阻。(1)在所給的三個電流表中,那幾個可用此電路來精確測出其內(nèi)阻?答 。(2)在可測的電流表中,任選一個作為測量對象,在實物圖上連成測量電路。(3)你要讀出的物理量是 。用這些物理量表示待測內(nèi)阻的計算公式是 。分析：電阻箱R1和電流表A并聯(lián)，通過的電流與阻值成反比，因此干路中的電流將大部分通過電流表A，通過電流表A/與電流表A的電流強度數(shù)值相差不大，兩電流表的量程應(yīng)相差不大，根據(jù)題設(shè)條件所提供的三只電流表只能選用A2、A3。另一方面整個電路的最大電阻的大約在110，最小電流約為