1、第二輪能力專題：電路設計與儀器選擇 實驗電路設計的原則1、安全性2、精確性3、方便性4、誤差小5、儀器少6、耗電少 專題解說知識概要與方法 專題解說一.儀器的選擇 對實驗儀器的選擇，在進行正確測量的前提下，一般遵循以下原則： 安全性原則： 要保證所用儀器的安全，注意考慮電源的電壓、電表的量程、滑動變阻器允許通過的最大電流等。選擇電表時，保證其電流和電壓均不超過使用的量程。選擇滑動變阻器時，流經滑動變阻器的電流不能超過允許通過的最大電流。精確性原則： 盡量減小實驗誤差。選擇電表時，在保證電流和電壓均不超過使用量程的前提下，合理選擇量程。務必使指針有較大偏轉（一般取滿偏度的2/3），一般能用小時不

2、用大。選擇滑動變阻器時，注意其阻值的大小對實驗操作和對實驗的影響，一般能用小時不用大。對某個實驗來講，精確程度夠用即可，并不是精度越高越好。 專題解說操作性原則： 實驗時需考慮調節方便，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方便的影響。 選擇的一般步驟是：找出唯一性的器材；草畫電路圖（暫不把電表接入）；估算最大值（在限流電路中把滑動變阻器觸頭推向最小值）；考慮能否都使電表達到滿偏的1/3以上。 專題解說 分壓電路設路端電壓恒為U，這個電壓分布在滑動變阻器的全部電阻絲上，而燈只分得其中接線柱a

3、和P之間的電壓。移動滑動變阻器的滑片P，增加a和P之間的電阻RaP ，燈泡兩端的電壓就會隨之增大。 RLpab燈泡兩端電壓的變化范圍是 如果只從用電器兩端電壓的變化范圍看，好像滑動變阻器的阻值多大都行，但是滑動變阻器的阻值越大越不便于調節用電器兩端電壓，且耗能越大. 使用限流電路時,一般選用滑動變阻器的全電阻和用電器的電阻相差不多或大幾倍,在25倍為好,這樣既便于調節,用電器兩端電壓變化范圍又比較大.若過小,則不能有效地控制電流,過大則控制電流不平穩,會造成電流值跳躍太大. 專題解說a用電器兩端電壓要求變化范圍較大，或從零開始連讀可調，應選分壓電路。b如果采用限流電路時，電路中最小電流等于或大

4、于用電器的額定電流，應選分壓電路。c如果滑動變阻器的全阻值比用電器的阻值小得多，為了能使用電器兩端電壓有較大變化，應選分壓電路。d如果滑動變阻器的全阻值比用電器的阻值相差不多，兩種電路都可以對用電器的電壓（電流）進行有效方便的控制，可以任選其中一種電路。此時假如從節省電能和電路簡單考慮，應選限流電路。 使用分壓電路時，一般選用滑動變阻器的全電阻小于用電器的電阻, 在0.10.5倍之間為好。即阻值小些,以獲得較大的電流輸出。 選用限流電路還是選用分壓電路,以下幾點可作參考 : 專題解說如何確定R值是較大還是較小？當被測電阻與電壓表內阻的關系滿足RVR即RV/R1時應采用“外接法”較準確；當被測電

5、阻與電流表的內阻相比滿足 RAR即RA/R R/RA即R 時，電流表的分壓作用較電壓表的分流作用明顯，應采用外接電路當RV/R 時，電壓表的分流作用較電流表的分壓作用明顯，應采用內接電路四.實驗設計要求誤差小.儀器少.耗電少. 為減小實驗誤差，在設計電路時，要注意實驗原理的完善，盡量選用精密的儀器；選擇合適的量程（使指針有較大偏轉）；讀數時至少保證一個表（電流表或電壓表）的指針與刻度線對齊。 專題解說 在進行實驗的設計時，根據實驗要求選擇必須的實驗儀器，要充分發揮儀器的功能，在能完成實驗的前提下，盡可能地減少儀器的使用數目。同時也還要求實驗電路的耗電要少，節約能源。 如在用滑動變阻器作為控制電

6、路時，滑動變阻器的限流接法較分壓接法節省電能，不是非用分壓接法不可的時候，通常用限流接法。 專題解說五.如何正確的讀數，記錄正確的實驗數據？1、讀數前要明確實驗中所用電表的量程，最小刻度是多少；2、掌握讀數最基本的原則：最小刻度的下一位要估讀；人眼估讀時通常是將最小刻度等分為十等分，然后估計指針的位置是多少等分，最后確定估讀數；3、根據高中實驗要求，儀器的最小刻度除以2，所得數字的首位即為估讀到的位數； 如量程為00.6A的電流表，其最小刻度是0.02A，誤差出現在電流表的百分位上（0.02A/2=0.01A）。 專題聚焦 例1.某電壓表的內阻在20 k50 k之間，現要測量其內阻，實驗室提供

7、下列可選用器材：待測電壓表V(量程3 V)，電流表A(量程200 A)，電流表A2(量程5 mA)，電流表A3(量程0.6 )，滑動變阻器R(最大阻值1 k)，電源E(電動勢4 V)，電鍵S. (1)所提供的電流表中，應選用_(填寫字母代號).(2)為了盡量減小誤差，要求測量多組數據，試在圖中畫出符合要求的實驗電路圖(電源和電鍵及連線已畫出).解: 電源電動勢E=4V,電壓表內阻最大50k,故電流最小值I= VA1 =80A，A2、A3量程都太大，故選A1. 由于RV在20k50k之間,遠大于滑動變阻器的阻值1k,故應連成分壓電路. 專題聚焦 例2.用伏安法測量某電阻的阻值，現有實驗器材如下：

8、待測電阻Rx（阻值大約為5，額定功率為1W）；電流表A1（量程為00.6A，內阻為0.2）；電流表A2（量程為03A，內阻為0.05）；電壓表V1（量程為03V，內阻為3K）；電壓表V2 （量程為015V，內阻為15K）；滑動變阻器R（050）；蓄電池（電動勢為6V），開關、導線。 為了較準確測量Rx的阻值，保證器材的安全，以及操作方便，電流表、電壓表應選擇 ，并畫出實驗電路圖。 1、確定電壓表、電流表 被測電阻Rx的額定電壓、額定電流分別為2.2V和0.45A，則電流表選用A1，電壓表選用V1。解 2、確定測量電路 由于待測電阻Rx的阻值大約是5，而所用電流表的內阻為0.2，所用電壓表內阻為

9、3K，即RvRx，故采用電流表的外接法。 3、確定控制電路 因滑動變阻器的全值R0大于被測電阻阻值Rx，故考慮滑動變阻器的限流接法（采用限流接法時，通過Rx的最大電流為0.45A，最小電流為0.11A，較符合實驗要求）。 專題聚焦 專題聚焦假設選電流表 A2，則I/m 0.18A，未超出A2的量程，故應選電流表A2 .對滑動變阻器的選擇。假沒選R1，電路中的最小電流約為 Imin 0.06A，故電路中的電流強度范圍為0.06A0.18A 假設選R2，電路中的最小電流約為 I/min0.005A, 故電路中的電流強度范圍為0.005A - 0.18A， 因為電流表A2的量程為0.3,電流強度為0

10、.06時,僅為電流表A2量程的1/5,如果移動滑動變阻器阻值再增大,其電流表的示數將更小,讀數誤差會更大,因此對于R2而言,有效的調節長度太小,將導致電流強度值隨滑動片位置的變化太敏感.調節不方便,故應選滑動受阻器R1. 專題聚焦 例4.(04全國）用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值（9001000）： 電源E，具有一定內阻，電動勢約為9.0V； 電壓表V1，量程為1.5V，內阻r1=750； 電壓表V2，量程為5V，內阻r2=2500； 滑線變阻器R，最大阻值約為100； 單刀單擲開關K，導線若干。測量中要求電壓表的讀數不小于其量程的 ，試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖（原理圖中的元件

11、要用題圖中相應的英文字母標注） 解:電源電動勢約為9.0V、而電壓表中最大量程只有5V，故經滑線變阻器分壓后才可使被測電阻兩端的電壓不超過5V. 題中給出的兩個都是已知內電阻的電壓表，應將其中的一個已知內電阻的電壓表當作電流表來使用，以實現電流值的間接測量. 專題聚焦 根據你所畫的電路原理圖在題給的實物圖上畫出聯線. 專題聚焦 若電壓表V1的讀數用U1表示，電壓表V2的讀數用U2表示，則由已知量和測得量表示Rx的公式為Rx=_。 解:外接法:電壓表V1上的讀數值是被測電阻Rx上的真實壓降值,而電壓表V2中通過的電流值是流過V1、Rx中電流的和,閉合電鍵K,調節滑線變阻器的滑動頭,使V1、V2盡

12、可能地接近滿偏,讀出V1、V2兩表的讀數值U1、U2,由歐姆定律和串并聯電路電壓、電流的分配關系,有 專題聚焦內接法:電壓表V1上的讀數值間接地測量出被測電阻Rx上的真實電流值，而電壓表V2 測量的是 V1 、Rx上兩部分的電壓降之和，閉合電鍵K，調節滑線變阻器的滑動頭，使 V1 、V2 盡可能地接近滿偏，讀 V1 、V2 兩表的讀數值U1、U2，由歐姆定律和串并聯電路電壓、電流的分配關系，有 例5.(00全國)利用下表中的實驗器材，設計一個電路來測量電流表A1的內阻r1，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數據，畫出電路圖,標明器材代號;若選測量數據中的一組來計算r，則所用的表達

13、式為_，式中各符號的意義是：_。 專題聚焦器材(代號)規格電流表()電流表()電壓表(V)電阻(R)滑動變阻器(R)電池(E)電鍵(K)導線若干量程10 m，內阻r待測(約40 )量程500 A，內阻750 量程10 V，內阻10 k阻值約100 ，作保護電阻用總阻值約50 電動勢1.5 V，內阻很小 專題聚焦解: 題中直接判定必選的器材是電池E，電鍵K，導線若干. 由A1量程是10mA，r1約為40，E是電動勢1.5V，可判定必須再選電阻R1，滑動變阻器R作為保護，才保證通過A1的電流不至于超過10mA. 要測1的電阻，通過A1的電流值I1可由1讀出，只要能測出A兩端的電壓U，則可求出r 測

14、電壓要用電壓表，但是若將電壓表與A1并聯，電流表A1上的電壓最多是1 40V0.43V 而電壓表的量程是10V，對0.43V的電壓來說，電壓表的指針只是稍微偏轉了一點點，這樣測得的阻值誤差太大.不符合題目要求，因而不能用電壓表測電壓. A1R1 V A2。R2。ES 專題聚焦 而電流表A的內阻r知道，通過電流表A的電流I可以讀出，因而A兩端的電壓. 若將A與并聯，則即A兩端的電壓，由此可以求出A的內阻r 式中I1、2分別是電流表A、A2的讀數，r1、r2分別是電流表A1、A2的內阻.滑動變阻器R限流，分壓接法均可. A1R1。 A2 A1ESR1R2ES。 A2 A1R2R1 專題聚焦在圖4電

15、路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數為70mA，定值電阻R1=250。由熱敏電阻的I-U關系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_V；電阻R2的阻值為 。舉出一個可以應用熱敏電阻的例子：_。5.2 111.6112.0 熱敏溫度計 解: I1=9/250=0.036A=36mA I2=34mA 由圖1得 UR=5.2V R2 =(9-5.2) / 0.034=111.8 AR1R2熱敏電阻9V圖4R 例7.(04年江蘇)某同學對黑箱中一個電學元件的伏安特性進行研究通過正確測量，他發現該元件兩端的電壓Uab(Uab=Ua-Ub)與流過它的電流I 之間的變化關系有如下規律 當 -15V Uab （1）如答

16、圖 往保溫杯中加入一些熱水,待溫度穩定時讀出溫度計值;調節滑動變阻器，快速測出電流表和電壓表的值；重復，測量不同溫度下的數據；繪出各測量溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線。 專題訓練 （04北京）為了測定電流表A1的內阻，采用如圖1所示的電路。其中：A1是待測電流表，量程為300A內阻約為100；A2是標準電流表，量程是200A；R1是電阻箱，阻值范圍0999.9；R2是滑動變阻器；R3是保護電阻E是電池組，電動勢為4V，內阻不計；S1是單刀單擲開關，S2是單刀雙擲開關。（1）根據電路圖1，請在圖2中畫出連線，將器材連接成實驗電路. 專題訓練（2）連接好電路,將開關S2扳到接點a處,接通開關S1,調整滑動變阻器R2使電流表A2的讀數是150A;然后將開關S2扳到接點b處,保持R2不變,調