有关电学实验的器材选取和电路设计_物理电学实验器材选取步骤
时间：2019-04-22 03:13:30 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
电学实验一直是高考物理实验的热点问题，而有关电学实验器材的选取和电路设计又恰 恰是学生的难点，要解决此类问题，必须在熟练掌握滑动变阻器和电表的连接和使用的前提
下，根据实验目的，设计出合适的电路。
1 深刻认识滑动变阻器
滑动变阻器的作用是通过改变其电阻来达到改变用电器电压和电流的目的。 滑动变阻器在
电路中有两种接法——分压式和限流式，如图1和图2所示。
图1是分压式接法，图2是限流式接法。为安全起见，采用限流电路时，在通电前应将滑动变
阻器的有效阻值调到最大。采用分压设计时，通电前要将与用电器并联部分的阻值调到零。
1.1 做试验时，滑动变阻器应该采用哪种接法才合适呢？
(1)如果题目要求“尽量大的调节范围时”；或者要求用电器的“电压(或电流)从零开始”
；或者“校准电流表或电压表”时，只能用分压电路。
两种电路的调节范围是不同的。例如，用电器电阻是20 Ω，变阻器的全电阻是20
Ω，电源内阻不计，电动势为6 V，若采用分压电路，用电器两端的电压调节
范围是0～
6 V；若采用限流电路，用电器两端电压调节范围是3 V～6 V。显然分压电路的调
节范围大的多，而且从零开始的，这也是分压电路的特点和优点。校准电流表和电压表时，
要求从0～Im和0～Um校准，须使用分压电路。
(2)如果滑动变阻器的全电阻比用电器小许多(一般R滑 ，误差越小。同理，当把电路在B点切断，串联一个电流表，就相当于在电路中串联了一个
电阻，电路的总电阻变大，电流表测得的电流就小于接入电流表之前的电流。电流表的内电
阻越小，对电路的影响越小，误差越小。
2.2.2 电流表和电压表的测量误差与指针偏角的关系
同一块电流(或电压)表，测量不同的电流(电压)时的绝对误差被认为是相同的，相对误
差的大小随被测量量大小而变。一被测量量越大，指针偏角越大，相对误差越小。如果要求
相对误差小于5％，电表应当在指针偏转角度为半偏以上使用；如果要求相对误差小于10％
，电表应当在指针偏转角度为最大偏角的四分之一以上使用。如果指针偏角过小，则相对误
差过大，就失去测量的意义。结论是“电流表和电压表不宜小角度使用”。
例如：实验室中现有器材为
电池E，电动势约为10 V，内阻约1 Ω；
电流表A1，量程10 A，内阻r1约为0。2 Ω；
电流表A2，量程300 mA，内阻r2约为5 Ω；
电流表A3，量程250 mA，内阻r3约为5 Ω；
电阻箱R1，最大阻值999。9 Ω；
滑动变阻器R2，最大阻值100 Ω；
开关S，导线若干。
要求用如图6所示的电路测定图中电流表A的内阻。在所给的三个电流表中，哪几个可用
此电路精确测出其电阻?
解析 设电流表A的内电阻是rA,电流表A的示数为I，电流表A
′的示数为I′，则[SX(]I[]I′-I[SX)]=[SX(]R1[]rA[SX)]，可见，记下两个表的示数
和电阻箱的示数，就能求出电流表A的内阻rA。因电流表A的示数小于电流表A
′的示数，如果把A1接在A位置，接在A′位置的只能是A2或A3，
干路电流
至多是0。25 A或0。30 A，A1的偏角就一定是在最大偏角的三十多分之一以下，相对误
差大得不能接受。而A2或A3不论哪一个放在A位置，另一个放在A′位置，
A的偏转角度都可以比较大，所以本题的答案是“A2和A3”。
2.3 选择电流表和电压表的量程的标准是什么？
(1)待测电流应不超过电流表的量程，待测电压不超过电压表的量程。
(2)在不超过量程的前提下电表量程越小，测量时指针的偏角越大，误差越小；反之，测量
时指针的偏角越小，误差越大，其测量结果仅有参考价值。
3 熟悉伏安法测电阻的两种方式——电流表内接和外接(见表1)
表1
项 目电流表内接电流表外接
电表接法
测量值
R测=[SX(]U[]I[SX)]=Rx+RA>R真
R测=[SX(]U[]I[SX)]=[SX(]RVRx[]RV+Rx[SX)]
＜R真
误差主要原因电流表分压电压表分流
什么情况误差小RxRA时[]RxRV时
适合测怎样的电阻阻值较大的电阻阻值较小的电阻
适用情况[SX(]Rx[]RA[SX)]>[SX(]RV[]Rx[SX)]时
[SX(]Rx[]RA[SX)]＜[SX(]RV[]Rx[SX)]
修正后的测量结果Rx=[SX(]U[]I[SX)]-RA
Rx=[SX(]URV[]IRV-U[SX)]
4 设计电路
设计电路及选择器材的步骤：①找出唯一性的器材；②草画电路图(暂不把电压表、安培表
接入)；③估算最大值(把滑动变阻器触头推向最小值)；④考虑能否都使电表半偏以上。
例如：用伏安法测量一个阻值约为20 Ω的未知电阻Rx的阻值。实验室有以下
备选器材：
电源E(电动势3 V，内阻可忽略不计)
电流表A1(量程0～500 mA，内阻约12 Ω)
电流表A2(量程0～3 A，内阻约0。12 Ω)
电压表V1(量程0～3 V，内阻约3 kΩ)
电压表V2(量程0～15 V，内阻约15 kΩ)
滑动变阻器R1(0～10 Ω，允许最大电流2.0 A)
滑动变阻器R2(0～1000 Ω，允许最大电流0。5 A)
定值电阻R(30 Ω，允许最大电流1.0 A)
开关，导线若干。
①本实验中，电流表应选用，电压表应选用[CD#3]，滑动变阻器应选用[CD#3](填
写器材的字母代号)
②请在下边的虚线框中画出测量电阻Rx的实验电路图(要求所测量值的变化范围尽可能大
一些，所用器材用对应的符号标出)
③某次测量中，电压表读数为U时，电流表读数为I，则计算待测电阻阻值的表达式Rx=?
分析 唯一性器材是电源，由于要求所测量值的变化范围尽可能大一些，滑
动变组器应选用分压式连接，画草图如图7。
考虑电源E=3 V，电压表选用V1；
最大电流Imax=[SX(]3[]20[SX)]=0。15 A，
考虑使电流表半偏以上，电流表选A1；考虑节能的原则，滑动变阻器选R1；由于R
VRx≈RA，应用安培表外接法；
为保护电流表且能使电压表半偏以上，定值电阻应与待测电阻串联如图8。
由图知Rx=[SX(]U[]I[SX)]-R。
点评 在设计电路时，应在抓住实验原理，把握整体思路的前提下，突破实
验中设置的障碍；在选择器材时，首先应考虑保障实验器材及实验者的安全，再考虑尽量减
小误差和便于操作。
