電學試驗探究

一、重要地位

1、對電流表、電壓表的讀裁規則認識模糊，導效避蚊的有效數字錯i吳

2、對滑動郊a器的限流、分壓兩種控制電路的原理把握不淮，導致控制電路選用不當

3,對實疆測量電路、電學儀器的選用原則把握不準，導致電路、儀器選用錯誤

4、對電學實垃的重點內容“電阻的測量”方法無明確的歸英導致思路混亂

I

5、對干創新型實艙設計平時缺乏對實險思想方法（如模擬法，轉捶法.旋大法,比莪

法，替代法等）進行歸納，在全新的實噴情景下，找不到實噴設計的原理，無法設計話理可

行的方案.受思維定勢影響，玦乏對已掌堤的實驗原理，儀器的使用進行新憎境下的迅移利

,用，缺乏創新:苞識..

二、突破策略

1、電流表、電壓表的讀數規則：

電流表量程一般有兩種——0.TO.6A,0~3A；電壓表量程一般有兩種——0~3V,0~15V。

如圖10-1所示:

因為同一個電流表、電壓表有不同的堡程,因此，對應不同的里程，每個d儡所代表的

電流、電壓值不相同，所以電流表、電壓衰的讀數比較復雜，測鬟值的有效放字位a比較容

易出錯.下面是不同表.不同筵程下的談數煩則，

電壓表、電流表若用0~3V、0~3A量程,其短小刻度（精確度）分別為0.IV、0.1A.為

10分度儀表讀數，讀數規則較為簡單，只需在精確度后加一估讀數即可.

如圖所示，電壓衰讀數為L88V.電流表讀數為O.83A.若指針恰好指在2上,則讀放

為2.00V（或A）.

電壓表若用0,5V量程.則其最小刻度為0.5V,為2分度儀表讀數，所讀數值小數點

后只能有一位小數，也必須有一位小散.

如圖所示，若指針指在整刻度愛上，如指在10上應建做10.0V，指在娶界10刻度統右

側的刻度線上（即表盤上的第21條小刻度線）讀數為10.5V,若指在這兩條刻度線間的中

間某個位置，則可依據指針靠近兩刻度線的程度，分別讀做10.IV,或10.2V,或10.3V,

或10.4V,即使是指在正中心，也不能讀做10.25V,若這樣，則會出現兩位不精確的數，即

小數點后的2和5,不符合讀數規則，如上圖中所示，讀數應為9.3V。

電流表若用0-0.6A量程，則其最小刻度為0.02A,為5分度儀表讀數，其讀數規則與0

-15V電壓表相像，所讀數值小數點后只能有兩位小數，也必需有兩位小數。

如上圖所示，電流表讀數為0.17A,若指針指在第11條刻度線上，則讀數為0.22A,指

在第10條刻度線上，讀數為0.20A,指在第12條刻度線上，讀數為0.24A。

2、滑動變殂雷應用分析,

滑動受阻器是電學實險中常用的僅器,近幾年高考電學設計性實驗命題對其應用多次苴

接或滲透考查.如何選擇滑動變阻器的接法設計控制電路仍是歷屆考生應節的難點.

滑動變阻器的限流接法與分壓接法的特點：如圖10-2所示的兩種電路中，滑動變阻器

（最大限值為房）對負載凡的電壓、電流強度都起控制調節作用，通常把圖（a）電路稱為

,限流接法，圖（b）電路稱為分壓接法.

負載吊上電壓調整范圍（忽視負載此上電流調整范相同條件下電路消耗

電源內阻）圍（忽視電源內阻）的總功率

限流接法RE77E

——--EWUWEEIL

RL+RQRL+R。RL

分壓接法.E

QWUWEOWILW----E(L+IQ

RL

比較分壓電路調整范圍較大分壓電路調整范圍較限流電路能耗較小

大

RE

①限流法.如圖（a）所示，待測電阻上電壓調整范圍為一L-----E.明顯，當RO?RL

凡+&

時，在移動滑動觸頭的過程中，電流的變更范圍很小，總電流幾乎不變，UL也幾乎不變，無

法讀取數據；當RO?RL時，滑動觸頭在從b向a滑動的過程中，先是電流表、電壓表的示數

變更不大，后來在很小的電阻變更范圍內，電流表、電壓表的讀數變更很快，也不便利讀數,

只有當比與R。差不多大小時，才能對電流、電壓有明顯的調控作用.在同樣能達到目的的前

提下，限流法較為省電，電路連接也較為簡潔.

②分壓法.如圖（b）所示，待測電I殂上電壓調節范圍為0?E，且R-相對于R,越小，R

上的電壓變化的線性就越好.當R：?R.時，盡管U變化范圍仍是0?E,但數據幾乎沒有可記

錄性,因為在這種情況下，滑片從左端滑起，要一直快到右端時，電壓表上示數一直幾乎為

零，然后突然上升到E.對測量幾乎沒有用處.因此，分壓接法要用全阻值較小的滑動變阻

器.

滑動變陽器的眼而挎法與分壓接法：兩種電路均可調節負載電用電壓和電流的大小，但

在不同條件下，調節效果大不一樣，滑動變阻器以何種接法接入電路，應遵循安全性、精確

性、節能性、方便性原則綜合考慮，靈活選取.

1.下列三種情況必須選用分壓式接法

（1）要求回路中某部分電路電流或電壓實現從零開始可連續調節時（如：泱鞋導障的

伏安特性、校對改裝后的電表等電路），即大范圍內測量時,必須采用分壓接法.

（2）當用電器的電阻尺遠大于滑動變阻器的豪大值區時，必緘采用分壓楔法.因為按

圖（b）連接時，因尺＞＞足,大，所以R與扁的并聯值斤=*幾，而整個電路的總限值約為

足.那么凡兩端電壓U.=51=上?ft.,,顯然共8兒，且兒越小，這種線性關系越好，電表

段

的變化越平穩均勻，越便于觀察和操作.

（3）若采納限流接法，電路中實際電壓（或電流）的最小值仍超過兄的額定值時，只能采

納分壓接法.

2.下列狀況可選用限流式接法

（1）測量時對電路中的電流或電壓沒有要求從零起先連續調整，只是小范圍內測量，

且用與吊相差不大或凡略小于吊，采納限流式接法.

（2）電源的放電電流或滑動變阻器的額定電流太小，不能滿意分壓式接法的要求時，

采納限流式接法.

（3）沒有很高的要求，僅從平安性和精確性角度分析兩者均可采納時，可考慮安裝簡

便和節能因素優先采納限流式接法.

例1：如圖10-3所示，滑動變阻器電阻鍛大值為宗負載電阻尺=氐電源電

動勢為耳內阻不計._「二,

（1）當K斷開.滑動頭G移動時?萬兩端的電壓范圍是多少？r&

d.1*

（2）當《閉合，滑動頭c移動時，咒兩端的電壓范國是多少？?

0圖*0-5

（3）設尸的長度式上單位長度的電圉各處相同，8、0間

長度為x?當齊挎通后?加在戶上的電壓M與*的關系如何？

【用題】電穴斷開式閉合導致電路由現兩種獻然不同的控制電路：隹流和》壓，把握除

溫和分壓電路的原理是美履

?

【解析】J）若K斷不，則泛拄制電路為滑動變阻器的限而接法.故:

（2）若麗合.則該拄制電路為滑動變阻器的分壓挎法，故OWUWE

【總結】泛題考察兩種拄制電蹈的.原理即由者獲取的拄制電壓而圉不同

例2：用伏安法測量某一電阻尼阻值，現有試驗器材如下：待測電阻尼（阻值約5Q,額定

功率為1W）；電流表4（量程0~0.6A,內阻0.2Q）;電流表4（量程0?3A,內阻0.05Q）;

電壓表及（量程0~3V,內阻3kQ）;電壓表左（量程0?15V,內阻15kQ）;滑動變阻器

Ro（0?50Q），蓄電池（電動勢為6V）、開關、導線.

為了較精確測量兄阻值，電壓表、電流表應選并

畫出試驗電路圖.T―?1-------'?_i

【審題】該題要求選擇試驗儀器、測量電路及限制電路，因RL1.?

為滑動變阻器的全阻值大于被測電阻尼，故首先考慮滑動變阻器圖10-4

的限流接法

【解析】由待測電阻尼額定功率和阻值的大約值，可以計算待測電阻尼的額定電壓、

額定電流的值約為

1^4PR~A/1X5V^2.2V,I=4P7R-7175A=O.45A.

則電流表應選4,電壓表應選Vi.

又因\RAXRV=V0.2x3000=24.5Q>RX,則電流表必需外接.

因為滑動變阻器的全阻值大于被測電阻R,故首先考慮滑動變阻器的限流接法，若用限

E6

流接法，則被測電阻凡上的最小電流為4卡-------=------=0.11A<ZS,因該試驗沒有

Ex+R5+50

對電流、電壓的調整范圍未作特別要求，故用限流電路.電路如圖10-4所示.

【忌結】滑動變距器全阻值相對待測電阻我大，用分壓挎法不便于調節，故跳

流接法是苜選，只要能保證安全且有一定的調節范圍即可.

例3；用伏安法測量一個定值電阻的器材規格如下；待測電時瓦（約100D），直流電

流表（塞程。?10內阻50Q）,直低電壓表（量程。飛V、內阻5kQ）,直流電源（輸

出電壓4M內阻不計）：滑動變阻器（0'15QV允許最大電流1A）：開關】個，導線若干.

根據器材的規格和實驗要求畫出實羞電路圖.

【審題】本題只需要判斷測量電路、控制電路的接法，各儀器的重程和電阻都已經給出,

只需計整兩種接法哪種合適.

【解析】用伏安法測量電阻有兩種連挎方式，即電流表的內挎法和外挎法,由于/,<

兩瓦，故電流表應采用外接法.在控制電路中，若采用受阻器的困而接法，當滑動變限

器限值調至最大，通過負轂的電位最小，1...=——-——=2410此時電流仍超過

R+&4+R*

電而表的量程，故滑動變阻器必須采用分壓接法,如圖10-5

gr-|@-----------{=）-?

所不.-

1|||-------1

!

圖10-5

【總結】任一種限制電路必需能保證電路的平安，這是電學試驗的首要原則，限流接法

雖然簡潔便利，但必須要能夠限制電路不超過電流的額定值，同時，能夠保證可獲得肯定的

電壓、電流范圍，該題中，即便限制電流最小值不超過電流表的量程，因滑動變阻器全阻值

相對電路其它電阻過小，電流、電壓變更范圍太小，仍不能用限流接法。

3、實■Jg電路和電學儀器的選擇

（1）電路的選擇

①安培表內、外推電路的選擇

由于電壓表的分流作用和電瓶表的分壓作用，造成表的示數與通過負載的電壓或電流其

實值之間產生誤差，為減小此系統誤差，應慎重選擇電流表的內外接法，選擇方法如下：

1、直接比較法：

當待測電阻阻值￡?正時，伏特表分流很小，選擇安塔表外接電路：

當待測電阻阻值兄＞＞凡時，安培表分壓很小，選擇安培表內接電路.

2、臨界值計算比較法：

當待測電阻阻值與電壓表、電流表的限值相差不多時,如何確定被測電阻R是初大還是

較小呢？我們要計菅兩種接法的相對誤差,可用也與￡相比較.

RRA

RD,

當上〉二即&＜信瓦時，宜耒用電流表外接法；

RRA

當&即R＞JRR時，宜采用電流表內接法；

RRA

而R=向石時，電而表內外接法效果是一樣的.此時的被測電阻值R我們稱為臨界

電阻.

3、測試推斷法（試觸法）

若Rx、RA、Rv的大小關系事先沒有給定，可借助試觸法確定內、外接法.詳細做法是：

如圖10-6所示組成電路，其中電流表事先已經接好，拿電壓表的一個接線柱去分別試

觸M、N兩點，視察先后兩次試觸時兩電表的示數變更狀況。

假如電流表的示數變更比電壓表示數變更明顯（即包＞絲），說明接M點時電壓表分

IU

流作用引起的誤差大于接N點時電流表分壓作用引起的誤差，這時應采納內接法（即電壓表

接N點）。

假如電壓表的示數變更比電流表示數變更明顯（即一?；

A/AC/11

7＜7］），說明接N點時電流表分壓作用引起的誤差大于接M|_?-^_______I

點時電壓表分流作用引起的誤差，這時應采納外接法（即電壓表圖10-6

接M點）.

（□決：“內大外小”，即內接法適合測大電阻且系統誤差偏大，即測量值大于真實值，外

接法適合測小電阻且系統誤差偏小，即測量值小于真實值,）

②控制跑路（即滑動變阻器的接法）的選擇，丸難點2

（2）電路實驗器材和量程的選擇，應考慮以下幾點，

①由路工作的安全性,即不會出現電表和其它實險器材因過轂毀壞現象.

②能否滿足實驗要求（家常要萼慮便于多次測量求平均值）.

③選擇器材的一般思路是：首先確定實裝條件，然后按電源一電壓表一電流表一變限器

順序依次選擇.根據不使電表受損和盡量衩少誤差的原則選擇電表.首先保證流過電流表的

電而和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程.然后合理選擇篁程，務必使塔計有較大偏轉

2

（一段取湎懈度的|左右），以濫少測讀誤差.根據電路中可H處現的電流或電壓范圍需選

擇滑動變阻器，注意流過滑動變陽器的電流不超過它的額定值，對大限值的變陽器，如果是

滑動頭稍有移動，使電流、電壓有很大變化的，不宜采用.應根據實垃的基本要求來選擇儀

器，對于這種情況，只有碧強實驗原理，才能作出恰當的選擇.總之，最優選擇的原則是：

a、方法誤差盡可能小.

b、實現較大范圍的靈徽調節.

c、在大功率裝置（電路）中盡可能節省建量：在小功率電路里，在不超過用電器頷定值

的前提下，適當提高電流.電壓值,以提高測試的港確度.

依據以上原則，電學儀器的選擇有如下建議：

1、電源的選擇：選擇直流電源，應依據用電器的須要來確定，一般考慮用電器所需的

電壓、電路中的電流、電源電動勢和允許電流等.在不超過待測器材所允許的最大電壓值的

狀況下，選擇電動勢較大的電源（以獲得更多的測量數據）。在相同電動勢狀況下，通常選

擇內電阻較小的電源（以獲得較穩定的路端電壓），測電源內阻除外。

2、電表的選擇：在不超過電表量程的條件下，選擇量程較小的電表（以便測量時示數

能在滿刻度的2/3左右）。

3、滑動變阻器的選擇:要由電路中所要求或可能出現的電流、電壓的范圍來選定變阻器,

實際流過變阻器的電流不得超過其額定值；如要通過變阻器的電阻變更來讀取不同的電流、

電壓值時，要留意避開變阻器滑片稍有移動電流或電壓就會有很大變更的出現，也要避開出

現滑片從一頭滑到另一頭，電流或電壓幾乎沒有變更的狀況.

若限制電路確定為限流接法,則滑動變阻器應選用與試驗電路中其它電阻的總阻值相差

不大的;若限制電路確定為分壓接法，則應選用在額定電流允許的條件下阻值較小的滑動變

阻器。

例4：圖10-7為用伏安法測量一個定值電阻阻值的實驗所需器材實物陽,器材視格如

（1）待測電阻兄（約1000）

（2）直流電源（輸出電壓4V,內限可不計）

（3）直流量安表（里程0~10mA,內阻500）

（4）直薪電壓表（量程。?3V，Affl5K0）

（5）滑動變阻器（限值范圍0、15Q,允許最大電流

1A）

（6）電耀一個，導線若干條

根據器材的規格和瑙要求，在實物圖上連線.并用“I"標出在閉0電鍵前，受阻

器的滑動觸點我處的正確位苜.

【審題】本題不要求選擇儀器，只是對已有的儀器進行電路的選擇合成，從肯定程度上降低

了難度，由已知條件，待測電阻與電壓表阻值相差

較多，滑動變阻器阻值相對較小。

【解析】因滑動變阻器阻值小于待測電阻尺的

阻值，所以滑動變阻器應選用分壓接法；待測電阻

與電表相比，兄的阻值和電壓表的阻值相差較多，

所以應選用安培表外接電路，實物連接如圖10-8所圖10-8

示。滑動變阻器分壓接法時，在閉合電鍵前，變阻器的滑動觸點應置于使負載電壓為零處,

如圖箭頭所示。

【總結】（1）設計測量電阻的電路必需考慮兩個方面，首先要確定滑動變阻器是分壓電

路還是限流電路，再考慮是安培表外接電路還是安培表內接電路。

（2）連攝n物圖明,應注天千路?再定路,滑動至用器分壓接法是要注意電F?能控制至

電跖電瓶，良如開電st后,電路中無電學儀器仍處干通電狀藍.電鋰對支路不起作用是浦功

至陽器分壓接法時經常出現的儲逐.

例5,某電壓表的內能在20~S0K0之間,現要測堂其內用.實驗室提供下后可醫用的器材：

傳沔電壓表W置程3V）.電冰賽A（霍程200HA）.電流泉A（獴建5*A）.電：K我A：（更

理0.6A）,滑動變ra潺R（跳人阻值1k。），電西E（電原電壓為4V）,開？1工

（1）所提供的電冠表中應選用_______（比字印代號）.

（2）為了盡量減小誤差，要求多測幾組數據，試在圖10-9方框中畫出符合要求的試驗

電路（其中電源和開關及連線已畫出）.

【審題】測量電壓表的內阻，從已知條件看，需測量通過電壓表

的電流，因此，需估算通過電壓表的最大電流來推斷所用電流表的量

程。同時，滑動變阻器的全阻值遠小于電壓表內阻，限制電路應采納

分壓接法。

己口兩個表的刻度盤上都將量程均勻分為6大格,要求從Q.1A起又悔條刻踐一■進行

核鏟疆篇瀛1守糠肥工程隘H歲褊母

布架號填馬），

}喀^Z麟郵電阻的選擇，首先要明確其作用，實驗要求電流范圍在

0；。.康之韶艮順路中僅有限流電阻時的電流要略大于0.6A,同時要配合滑動變阻器，

瞬隗?鰥糠h電淘融向聃2電?押.

滑動變阻器的電阻遠小于電壓表內阻.如果用滑動變阻器隹成跳流電路，一則它對電路

的調控作用很不明顯，二則是待測電壓表分得的品，1迪壓約為

U'=”U=產""xW=38T

33

R+Rr10+20X10

大于電壓表的里程，變阻器明顯不能細成陽流電路，這樣受阻器應作為分壓

器接在電路中，就不會出現上述問題?電路如圖】0-10所示.

【總結】對于電表的選擇，必須先根據已知條件估篁電路中的最大電壓或電

流值,以此確定選用略大于且量程景小的電表.

例6：自一改裝的電流表.4需要與一標港電溫表*進行校對，采用如圖所示10-11的電

路，其中F為電源.乂為一限流電阻，立為一可變電阻，s為電錯，限流郵a能夠限制電路

中的最大電流，使之不超出電流表的量程過多,從而對電流表起保護作用.

實驗中已有的器材及耳規格如下：

蓄電池5（電動勢6v,內殂約為0.3。），

改裝電流表A,（量程。?0.6A,內阻約為0.1Q）

標準電流表A；（量程0?.6A-3A,內阻不超過0.04Q）

實驗卬備有的電阻器規格如下：

A.固定電陽（陽值8。，頷定電流2A）

B.固定電阻年且值15。,甑定電流2A）

C.滑動變阻器（限值范國0、20。，敲定電而2A）

已知兩個表的刻度盤上都將量程勻稱分為6大格,要求從0.1A起對每條刻線一一進行

核對，為此，從備用的電阻器中，A應選用,A應選用。（用字母

代號填寫）

【審題】本題中給出了固定限流電阻的選擇，首先要明確其作用，試驗要求電流范圍在

0.1?0.6A之間，即電路中僅有限流電阻時的電流要略大于0.6A,同時要協作滑動變阻器,

保證電路中的最小電流不超過0.1A。

【解析】已知改裝未里程為0P.6A,要求從0.1A起對每條刻線進行核時，所以，電路

中墨大電流不能小干0.6A,最小電流不能大于0.1A.電漉電動勢為6v.根據陵姐定律

電路中震小總電阻不能大于10。，電路中除固定電阻和滑動變阻器外，其它電阻

6I

總陽值番干0.44。，所以固定電阻用應選用.4（8。）；又因最大總電阻不能小于60。，清

動變阻器應選用。（200。）.

【總結L1）裳正確理解困而電阻的限流作用--使電路中的電流不圖浮電而表的量程成

爭,應理解為：在保證電流表能達到滿堂程的條件下，通過電流表的電流不過大.所以尿流

電阻的阻值不能大于使電祇表達到滿偏時的阻值.

（2）注意區分限流電阻與滑動受阻器的作用，限流電阻的作用是使電路中的電流不要

過小（不小于06A）,而滑動受阻器的作用是使電路中的電流要達到足夠小（不大干01A）.

例7:用伏安法測量某一電阻R,的限值，現有實驗器材如下:

A、待測電阻R,（阻值大妁為5Q,敲定功率為1W）

B、電流表A（0?.6A,內阻0.2。）

C>電流表A：（0、3A，內阻0.05Q）

D、電壓表V.（。?3V，內阻3K0）

E、電壓表V；（0?15V,內阻15KQ）

F、滑動變阻器R（0飛0Q）

G、名電池（電動勢為6V）

H、電穰、導線

為了較精確測量&的阻值，保證器材的平安，以便操作便利，電壓表、電流表應選擇

,并畫出試驗電路圖。

【審題】本題中待側電阻的額定功率、電阻估計值已知，可估算通過電阻的電流及其兩

端電壓，是選擇電流表、電壓表量程的關鍵，另外，電流表的內外接法及滑動變阻器的接法

也須要計算確定。

【解析】1、確定電流表、電壓表的量程。被測電阻L的額定

則電流表選用Ai,電壓表選用區

圖10-12

2、確定電流表的內、外接法

計篁臨界鄴且R=,即=J02X3000C=245Q,R爾則安培表必須外掩.

3、確定拄制電路

因滑動變明器的全陽值K大于茂測電阻R-故首先萼慮變阻器的限流挎法.

限流接法：R上限流取值范圉為：

最大：Ir=0.45A

%=-—處?=83c

那么，滑動變阻器的阻值（滑動頭移動時）不得小于.R

的電壓變化范圍為0.55V?2.25V,安全可行.

若采用變阻器的分壓接法，因R：＞R「會操作不方便,因此應選擇變阻器的限流接法.

電路如圖10-12所示.

【總結】本題需要選擇電流表、電壓表量程以及測量電路和控密用路解題時為避免混

亂，可分步選擇，將題目分解，既明確，又不易遺漏.

4、電阻測量的方法歸類

在中學電學試驗中，涉及最多的問題就是電阻的測量，電阻的測量方法也比較多，最常

用的有：

（1）歐姆表測量：最干脆測電阻的儀表。但是一般用歐姆表測量只能進行粗測，為下一

步的測量供應一個參考依據。用歐姆表可以測量白熾燈泡的冷電阻。

（2）替代法：替代法的測量思路是等效的思想，可以是利用電流等效、也可以是利用電

壓等效。替代法測量電阻精度高，不須要計算，方法簡潔，但必需有可調的標準電阻（一般

給定的儀器中要有電阻箱）。

替代法是用與被測量的某一物理性質等效，從而加以替代的方法。

如圖10-13所示。先把雙刀雙擲開關S扳到1,閉合S,調整滑動變阻器，使電流表指

針指到某一位置，登記此時的示數/（最好為一整數）。再把

開關$扳到2,調整電阻箱心使得電流表指針仍指到示數

心讀出此時電阻箱的阻值r,則未知電阻兄的阻值等于八

說明：①在此試驗中的等效性表現在開關換位后電流表

的示數相同，即當電阻箱的阻值為r時，對電路的阻礙作用

與未知電阻等效，所以未知電阻尼的阻值等于八

②替代法是一種簡捷而精確度很高的測量電阻的方法，

此方法沒有系統誤差，只要電阻箱和電流表的精度足夠高，測量誤差就可以忽視。

（3）伏安法:伏安法的測量依據是歐姐定律（包括郃分電路歐姆定律和全電路歐俎定律），

需要的基本測量儀器是電壓表和電流表，當只有一個電表時,可以用標準電阻（電阻箱"

一個定值電限）代替；當電表的內阻已知時，根據歐姐定律I=U/R,電壓表同時可以當電流

表使用,同樣根據U=IIG電流表也可以當電壓表用.

（4）比例法：如果有可以作為標準的已知電限的電表，可以采用比例法測電表的電限.

用比例法測電表內阻時，兩個電沛表一般是并聯（據并聯分流原理），兩個電壓表一般是串

聯t據串聯分壓庾理）.

所渭“比例法”是；要測量某一物體的某一物理里，可以把它與已知港隔數值的標準物

體進行比較.例如，使用天平稱量物體的質量，就是把被測物體與注碼進行比，二硬碼就是

質量放港確的標準物體.天平的結構是等臂杠桿，因此當天平平衡時,彼測物舛的段量與標

傕拗作的質量是相等的，這就省去了進一步的計算.

有很多,情況下，被測物體與標準物體的同一物理量間的關系并不是相等,而是在酒里一

定條件下成某種比例的關系，這種方法又稱為“比例法

例如，測電流表和電壓表的內阻，假如有可以作為標準的已知電阻的電表，都可以運用

比例法。采納比例法測電阻的依據是：串聯電路電壓與電阻成正比，并聯電路電流與電阻成

反比。電壓表可顯示電阻兩端的電壓值，電流表可顯

示電阻中通過的電流，所以測電流表內阻應把兩電流

表并聯，測電壓表內阻應把兩電壓表串聯，電路圖分

別如圖10-14（甲）、（乙）所示。

測電流表內阻時，應調整滑動變阻器以，使兩

圖10-14

電流表的指針都有較大偏轉，記錄下兩電表的示數Z

和依據并聯電路分流原理，若已知電流表人的內阻為n，則電流表A?的內阻象=立仆

h

測電壓表內阻時，應調整滑動變阻器用，使兩電壓表的指針都有較大偏轉，記錄下兩

電表的示數4和％,依據串聯電路分壓原理，若已知電壓表％的內阻方，則電流表V2的內

阻22=-^flo

由1

以上例子中，甲圖采納限流電路而乙圖采納分壓電路，這是由于電流表內阻都較小,

若采納分壓電路，則滑動變阻器的阻值必需更小，這時電路近似于短路，是不允許的；而電

壓表內阻都很大，若采納限流電路，則滑動變阻器的電阻必需更大，這在事實上行不通。

（5）半值法（平偏法）.

半值法是上面比例法的一個特例，測電而表內阻

和測電壓表E阻都可I：人用半值法，電器-圖如圖10-15

所示.

甲圖冥驗時先斷開開關S，閉合S,調至滑動變

阻爵屈印艮流法連接），使電而表白滿度舊口指針指

滿刻度處）；再閉合5',調整電阻箱小便電瓶表白

的指針恰好指到豐滿度處,讀由此時電阻箱的阻值用

則電源表2的電阻口=無（測量結果偏小）

乙圖實驗時先閉合開關$'及9調整滑動受阻器兄（分壓法連接），使電壓表U滿度：

再斷開S'，調整電阻箱后使電壓表V的指計恰好指到半滿度處,讀出此時電阻箱的明俏品

則電壓表V的電阻尸億（測量結果偏大）

例8；測量基電阻區的阻值,已知冗約為5Q左右.下表給出可供選擇器材,語畫出你所

設計的突監原理圖（至少3種），并標明所選器材的規格或代號.

備汪：另有導線若干，谷器材藪目均只一個

代號器材名腑現格

檢流計G300P*1000

b電端表A106A>0.1Q

C電流表A?3A,002C

d用用箱網0?9999O

電阻芾

eR20?9999Q

舌引變阻§與

f?生電陰5G,2A

C電源3V,0010

h開關S隼萬單辯

【審題】該題要求至少應用3種設計方案，須要嫻熟駕馭測電阻的原理和方法，列出全

部的測電阻的基本方法，看題目中給出的儀器是否適合，敏捷利用、變通，充分發揮題目中

所給儀器的作用。

【解析】

方案一：應用伏-安法測電阻，見圖10-16.

選R：.還是選R，就是出于對實驗安全方面的考慮.R：與G

表，可改裝成3V左右的電壓表；R：與G表，只能改裝成0.3V

左右電壓表，這樣小的電壓表既不能安全實晚，也不能進行精

確測量.

電流表外接而不內接，是出于對實驗結果精確程度的考慮.因為改裝后的電壓表內阻遠

大于艮，這樣測量系統誤差較小.選A表，而不選A：表是出于精確讀數的考慮.&、A；誠然都

能滿足安全的要求，但小量程表讀數相對誤差要小得多，顯然這是精確原則的應用.

R：作為控制線路的主元件，其控制電壓方便與否，與R：、底值相對大小有關.當兩電阻

相近時，為了線路簡單、經濟，控制電路適宜用限流接法，這主

要是出于實驗操作是否方便的考慮.

方案二：應用全電路演姆定律測電阻.見圖10-17.

原理：令《短路，調艮，測得1后，由全電路歐姆定律得

圖10-17

E=I；(r+R；+O+R.)接著去掉短路線，可得L，同理得

E=I：(r+R：+R=+Rj可求區.

討論：用R：為何不用R：?顯然是考慮了測量方便問題，是方便原則的應用.因為&調

節時能用到0.1Q變化，對電流調整是有利的.圖2設計轆1,

主要是考慮了節省器材原則，這也可以說是經濟原則的應用.「

I

方案三：明姆表原理測電阻，見圖10-18.L

a

原理：先讓ab短路，調R使A滿偏，此時內阻為5Q.去掉

圖10-18

短路線，接通S,測得I,則依據歐姆表原理，R：值為(E/I-5)

探討：用人不用A2或G,主要是考慮了測量結果的精確問題.若用A?改裝為歐姆表，其

中值電阻為1Q;若用G改裝為歐姆表，其中值電阻為10kQ,與待測電阻比較，測量誤差

太大.歐姆表特點是當測量值在其中值電阻旁邊時，其讀數(或測量結果)比較精確.這是精

確原則的應用.且整個方案三操作上是很便利的.

【總結】本題處理過程相對困難，但只要遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就迎

刃而解了，因此說，基礎學問是關鍵，困難題目只是基礎學問的合成。

所謂設計性實驗，是指根據現行物理大綱要求，在學生掌握的基本實驗原理基礎上，應

用基本測量儀器自行設計實嗡方案的實驗，設計性實嗡命題的考查內容，涉及到對實嗡原理

的再認識和加工，實驗方案的確定(包括實驗器材的選擇和遷移運用，實驗步驟的安排，

實驗數據的處理方法，誤差的分析及對實驗的總結和評價等).

考生在應試過程的缺陷通常表現在以下幾個方面：

一方面：平時缺乏對實驗思想方法(如模擬法，轉換法，放大法，比較法，替代法等)

進行歸納，在全新的實驗情景下，找不到實驗設計的原理，無法設計合理可行的方案.

另一方面：受思維定勢影響，缺乏對已掌握的實境原理，儀器的使用進行新情境下的遷

移利用，缺乏創新意識.

實驗設計的基本方法

1.明確目的，廣泛聯系

題目要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規律，這是實嗡的目的，是實驗設計

的出發點.實驗目的明確后，應用所學知識，廣泛聯系，看看該物理型或物理規律在哪些內

容中出現過，與哪些物理現象有關，與哪些物理里有直接的聯系.對于測量型實驗，被測量

通過什么規律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實驗，在相應的物理現冢中，怎樣

的定量關系成立，才能達到驗證規律的目的；對于探索型實驗，在相應的物理現象中，涉

及哪些物理量……這些都是應首先分析的，以此來確定實喊的原理.

2.選擇方案，簡便精確

對于同一個實驗目的，都可能存在多種實境原理,進而形成多種(可供選擇的)設計方案.

一般說來，依據不同的實驗原理選擇不同的實驗方案主要遵循四條原則：

5、高考試驗設計型命題的求解策略

(1)科學性：設計的方案有科學的依據和正確的方式，符合物理學的基本原理.

(2)可行性：按設計方案實施時，應平安牢靠不會對人身、器材造成危害；所需裝置和

器材要易于置備，且勝利率高.

(3)精確性：在選擇方案時，應對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用

精確度高的方案.

(4)簡便、直觀性：設計方案應便于試驗操作，讀數，便于進行數據處理，便于試驗

者直觀、明顯地視察.

3.依據方案，選定器材

試驗方案選定后，考慮該方案須要哪些裝置，被測定量與哪些物理量有干脆的定量關系，

分別需用什么儀器來測定，以此來確定試驗所用器材.

4.擬定步驟，合理有序

試驗之前，要做到心中有數：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應以正確操作

和提高效率的角度擬定一個合理而有序的試驗步驟.

5.數據處理，誤差分析

常用的數據處理方法（如：平均法、圖象法、描跡法、比較法等）和誤差分析方法（如肯

定誤差、相對誤差等）是應當駕馭的，在設計試驗時也應予以考慮.

例9:一電阻額定功率為0?01W,限值不詳.用歐姆表粗測其阻值約為40kQ.現有下

列儀表元件，試設計適當的電路，選擇合適的元件，較精確地測定其限值.

①電流表，里程0?300內阻150Q；

②電流表，里程。?1000"A,內阻45Q；

③電壓表，里程0?3V,內阻6k0；

④電壓表，量程。?15V,內阻30kQ；

⑤電壓表，里程。?50V,內阻100k口；

⑥干電池兩節，每節電動勢為1.5V；

⑦直流穩壓電源，輸出電壓6V,額定電流3A；

⑧直流電源，輸出電壓24V,額定電流0.5A；

⑨直流電源，輸出電壓100V,額定電流0.1A；

⑩滑動變阻器，0?50U,3W；

。滑動變阻器，0?2kQ,1W；

醛電除一只，連接導線足量.

【審題】考查綜合分析能力、推理能力及實嗡設計的創新能力，審題過程見解

析。圖10-19

【解析】由于現有器材中有電流表和電壓表，故初步確定用伏安法測定此電

阻的阻值.又因待測電阻為一大電阻，其估計阻值比現有電壓表的內阻大或相近，故應該采

用電流表內接法.由于現有滑動變阻器最大阻值比待測電阻小得多，因此，若用滑動變阻器

調節待測電阻的電流和電壓，只能采用分壓接法，如圖10T9（否則變阻器不能實現靈敏調

節）.為了確定各儀表、元件的量程和規格，首先對待測電阻的額定電壓和電流作出估

算：最大電流為￡=gR=A=5X10-A=500〃A；最大電壓口=20V.由于實

V4000

驗中的電流和電壓可以小于而不能超過待測電阻的額定電流和額定電壓,現有兩個電流表內

阻相近，由內阻所引起的系統誤差相近，而量程0~1000〃A接入電路時，只能在指針半偏

轉以下讀數,引起的偶然誤差較大,故選用里程為。?300“A的電流表.這樣選用電流表后，

待測電阻上的最大實際電壓約為3X10-X40X10：V=12V,故應選用量程為15V的電壓

表，由于在如圖所示的電路中，要實現變阻器在較大范圍內靈敏調節，電源電壓應比待測電

阻的最大實際電壓高，故電源應選輸出電壓為24V一種（其額定電流也遠大于電路中的最

大實際電流，故可用）.

關于變阻器的選擇，由于采用分壓接法，全部電源電壓加在變阻器上.若是把。?50Q

的變阻器接入電路，通過它的最小電流（時應于待測電路斷開）約為24/50A=0.5A,最

小功率約為0.25X50W=12.5W,遠大于其額定功率；而。?2kR的變阻器接入電路，其最

大電流（對應于滑動腱靠近圖13-4中變阻器A端）約為并聯電路總電流0.0136A,小于其

額定電流0.2024A.故應選。?2kQ的受阻器.

【總結】本題處理過程相對復雜，但只要按照“儀器選擇-測量電路選擇-控制電路選擇”

這樣的順序逐個突破，將復雜的過程逐一分解，遵循前面所提出的各種選擇方法，題目也就

迎刃而解了，因此說，基礎知識是關德，復雜題目只是基礎知識的合成.

試驗設計的基本思路

明確目的一選擇方案一選定器材一擬定步驟一

數據處理一誤差分析

附：對電學試驗中幾個點的強調說明：

一、關于多用電表

1.運用多用表時要留意什么？

（1）運用多用表的電壓、電流擋.運用多用表測量電壓、電流的方法，與單獨運用電壓表、

電流表的方法基本上是一樣的，只不過在運用多用表前要依據待測量的狀況（是電流還是電

壓?是溝通還是直流?）調整好選擇開關，并調整到合適的量程上，其他如正負接線柱的選用，

串聯還是并聯到電路中去等，就和單獨運用電壓表、電流表時沒什么兩樣了.

(2)使用多用表的歐姆擋.

①機械調零:使用前先查看指針是否指在左端電阻為無窮大的位置，如不是，則要用螺

燈旋具慢慢地調節定位螺燈使指針正確定位.

②里程選擇:扳動選擇開關到合適的量程上，盡可能使正式測量時指針停留在中間位置

附近，也就是要盡可能利用勺?4夫中中這一范圍內，以減少測量誤差.

③歐姆調零:短接兩表筆，調整歐姆檔的調零旋鈕，使指針指在零歐姆處，注意每改變

一次量程，就要重新調零一次.

④數據讀取:數據讀取時，一要注意到歐姆刻度不是均勻的，不然估讀會不正確；二要

注意讀得的數據還應乘以量程的倍率；三是測量電路中的某一電阻阻值時，應該先把電源切

斷，再把待測電阻和其他元件斷開，之后再行測量；四是要注意手不要碰到表筆的金屬桿，

以免人體電阻與待測電阻并聯造成誤差.

⑤結束工作:測量完畢后，一定要把選擇開關切換到交流高壓擋或切換到“OFF"擋上，以

避免漏電或誤操作.

2.歐姆表上的刻度為什么是不勻稱的?刻度時有什么規律嗎？

對于磁電式的電流計，其指針偏轉的角度和電流成正比，改裝成電流表或電壓表時，表

盤刻度是勻稱的；但用磁電式電流計做歐姆表的表頭后，由歐姆表內部電路構造及全電路歐

姆定律可知，當兩表短接和接上待測電阻&后，分別有

,EE

Is-----------------①

Rg+「+R。R內

EE

IT=-------------=-------②

內+&

Rg+r+RQ+&R

由②式可知，待測電阻&與通過表頭的電流L不成線性關系，這就是造成表盤刻度不

勻稱的緣由.

那么，怎樣對歐姆表的表盤進行刻度呢？

設指針偏轉滿刻度的一(m》n)時，指針所指的電阻值為Rx,則應有

m

把①②式代人③式，整理，得&="上R內，④

n

④式便是把表盤改為歐姆刻度的依據了.

H]

這里順便指出，當L=R內時，一=—,此時指針指中，稱此值為中值電阻，明顯，中

m2

值電阻恰好等于此時的歐姆表內阻.

3.測量時怎樣正確選擇歐姆表的倍率？