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1、电学实验复习专题一实验电路和电学仪器的选择设计型实验多出现在电路实验题。以一般电路实验为例，一般需要考虑以下几个方面的内容：1电路的选择（）安培表内、外接电路的选择。待测电阻的阻值已知：由于伏特表的分流作用和电流表的分压作用，造成表的示数与通过负载的电压或电流真实值之间产生误差，为减小此系统误差，当待测电阻阻值RxRA，安培表分压很小时，选择安培表内接电路。当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，可根据：RARVRx2时，采用电流表外接法；当RARVRx2时，采用电流表内接法来确定。（口决：”大内小外”，即内接法适合测大电阻结果偏大，外接法适合测小电阻测量结果偏小）待测电阻的阻值未知：
2、试触法选择测量电路试触法即为依次采用电流表的内外接法，通过计算并比较电流以及电压的相对误差来确定，最后要接相对误差小的那个点（2）滑动变阻器限流电路与分压电路的选择：当负载电压要求从零开始调节，采用分压电路。当滑动变阻器阻值小于负载电阻时，一般采用分压电路；当滑动变阻器阻值大于负载电阻时，一般采用制流电路。当电源电动势较大、滑动变阻器阻值较小，不能满足限流要求时，采用分压电路。（3）滑动变阻器的使用限流式接法.如图4所示特点：RAB随pb间的电阻增大而增大。练习学案P109页疑点回扣练习1、分压式接法：如图5所示分压电路.电路总电阻图4pbABRAB等于AP段并联电阻RaP与PB段电阻RbP的
3、串联。当P由a滑至b时，虽然Rap与Rpb变化相反，但电路的总电阻RAB持续减小；若P点反向移动，则RAB持续增大。证明如下：AB=RRR1apR+R1ap+(R-R)=R-12ap2R1+R2ap1RapR1aPR2b所以当Rap增大时，RAB减小；当Rap减小时，RAB增大。滑动头P在a点时，RAB取最大值R2；滑动头P在bA图5B点时，RAB取最小值RR12R+R12。练习学案P109页疑点回扣练习2动变阻器接法选择：分压接法对负载的电压、电流调节范围较大，但电路耗能多；限流接法对负载的电压、电流调节范围较小，但电路耗能少且电路连接简单。故优先考虑限流接法为主。但在以下情况下必须用分压法
4、要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节时从零调节实验所提供的电压表、电流表量程或电阻元件允许最大电压或电流较小，采用限流接法时，无论怎样调节，电路中实际电流都会超过电表量程或电阻元件允许的最大电流（压）器件安全所用滑动变阻器的阻值远小于待测电阻阻值时。便于调节第三种：如图6所示并联式电路。由于两并联支路的电阻之和为定值，则两支路的并联电阻随两支路阻值之差的增大而减小；随两支路阻值之差的减小而增大，且支路阻值相差最小时有最R1a大值，相差最大时有最小值。证明如下：令两支路的阻值被分为Ra、Rb,且Ra+Rb=R0,其中R0为定值。则R2AR3bpBR+RR4RRRRRR2-(R-R)2abR
5、=ab=0ab/ab00图6特点：R/的确随Ra与Rb之差的增大而减小，随差的减小而增大，且当相差最小时，R/有最大值，相差最大时，R/有最小值。此外，若两支路阻值相差可小至零，则R/有最大值R0/4.2电路实验器材和量程的选择，应考虑以下几点（1）电路工作的安全性，即不会出现电表和其它实验器材因过载毁坏现象。（2）能否满足实验要求（常常要考虑便于多次测量求平均值）。（3）选择器材的一般思路是：首先确定实验条件，然后按电源电压表电流表变阻器顺序依次选择。电源的选择：在不超过待测器材所允许的最大电压值的情况下，选择电动势较大的电源（以获得更多的测量数据）。在相同电动势情况下，通常选择内电阻较小的
6、电源（以获得较稳定的路端电压）。电表的选择：在不超过电表量程的条件下，选择量程较小的电表（以便测量时示数能在满刻度的2/3左右，至少要超过）。滑动变阻器的造择在实验唯一性器材的选择时，对滑动变阻器应考虑三个方面。首先应注意安全因素，即滑动变阻器在电路里不能超过其额定电流值。然后考虑是否有足够的电压调节范围。分压接法总能保证实现这一点。限流接法就不一定。当然有时并不需要有太大的电压调节范围，就可以采用限流接法。最后，应考虑实验控制即电压的调节是否方便。我们先析分压接法。在分压接法中应选滑动变阻器的阻值小于待测电阻时，才会使电压调节比较方便。二、电压表和电流表的改装（一）电流表改装成电压表的原理原
7、理：利用串联电阻的分压作用分压电阻的计算：设电流表满偏电流为，内阻为，满偏电压为，利用串联电阻的分压作用，可将电流表串一电阻使电流表改装成电压表设电串压表量程为，则RR=-1RUgI=Uggg=U-UR串g，分压电阻串U-UgggU（二）电流表扩大量程原理：利用并联电阻的分流作用分流电阻的计算：将电流的量程扩大到，要并联的电阻为，由并联电路并I-I电压相等有，RgR并gg律I=电压表同时可以当电流表使用，同样电流表也可以当电压表用。（三）用半偏法测电流表的内阻二、电阻的测量电阻测量的方法归类在高中电学实验中，涉及最多的问题就是电阻的测量，电阻的测量方法也比较多，最常用的有：（一）归纳1、欧姆表
8、测量。最直接测电阻的仪表。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。2、替代法。替代法的测量思路是等效的思想，可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。替代法测量电阻精度高，不需要计算，方法简单，但必须有可调的标准电阻（一般给定的仪器中要有电阻箱）。3、伏安法。伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表时，可以用标准电阻（电阻箱或给一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时，根据欧姆定UR4、比例法。如果有可以作为标准的已知电阻的电表，可以采用比例法测电表的电阻，对
9、于一般未知电阻，有电阻箱和电表即可。用比例法测电表内阻时，两个电流表一般是并联（据并联分流原理），两个电压表一般是串联（据串联分压原理）。所谓“比例法”是：要测量某一物体的某一物理量，可以把它与已知准确数值的标准物体进行比较。例如，使用天平称量物体的质量，就是把被测物体与砝码进行比较，砝码就是质量数准确的标准物体。天平的结构是等臂杠杆，因此当天平平衡时，被测物体的质量与标准物体的质量是相等的，这就省去了进一步的计算。有很多情况下，被测物体与标准物体的同一物理量间的关系并不是相等，而是在满足一定条件下成某种比例的关系，这种方法又称为“比例法”。5、半值法（半偏法）。（三）测电源的电动势和内电阻（
10、）测电源电动势和内阻误差分析方法笔者在教学过程中发现，对于“测电源电动势和内阻”这个实验有些学生对到底选择电流表内接（图A）还是电流表外接（图B）搞不清。有些学生虽然硬生记住了，但对于为何做此选择，也即这两种电路究竟会给实验带来怎样的误差一无所知或一知半解。现在笔者就该实验误差问题从三个角度分析如下。公式法如果电表是理想的，则电源电动势和内阻可如下推得：取两组实验数据I1、I2、U1、U2，则有E=U1+I1rE=U2+I2r整理得E=U1I2-U2I1I-I21r=U1-U2I-I21(1)(2)E=U1+(I1+U1)r（a）若采用图A，由于电压表的分流用，实际情况如下：RV作RUE=U2
11、+(I2+2)rRV整理得E=U1I2-U2I1U-UI-I+221V1(3)Rr=U1-U2U-UI-I+221V1(4)比较（1）、（3）和（2）、（4）可得，利用图A测得的电源电动势和内电阻都偏小。（b）若采用图B，由于电流表的分压作用，实际情况如下：E=U1+I1(RA+r)E=U2+I2(RA+r)整理得E=U1I2-U2I1I-I21(5)r=U1-U2-RI-I21A(6)比较（1）、（5）和（2）、（6）可得，利用图B测得的电源电动势没有误差，是准确的，而测得的内电阻偏大。图象法测电源电动势和内阻数据处理的另一种方法是图象法。以I为横坐标，U为纵坐标，测出几组U、I值，画出U-
12、I图像如下：若电表是理想电表，根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir，可知在U（I）函数中，截距即为电源电动势值，斜率的绝对值即为电源内阻r。（a）若采用图A，则有E=U+(I+RRr整理得U=VE-IVR+rR+rVVURV)r=1+1rRVE-IRVrR+rV此时U-I函数中，截距为1+1rRVE，比真实值E偏小。斜率的绝对值RVr为R+rVRv和r并联后阻值，比真实值r偏小。（b）若采用图B，有E=U+I(RA+r)整理得U=E-I(RA+r)此时U(I)函数中截距仍为E是准确值，斜率的绝对值RAr为RA、r串联后阻值，比真实值r偏大。等效法该实验实际数据处理时都是把电表当成理想电表来处理，而
13、我们知道非理想电压表可等效为一个理想电压表并联上电压表电阻Rv，非理想电流表可等效为一个理想电流表串联上电流表电阻RA，据此对图A、图B电路等效成图甲和图乙，进而再把图甲中RV与原电源E组合成一个等效电源E，而把图乙中RA与原电源E组合I成一个等效电源E”。此时直接由电压表、电流表测得U、而得的电源电动势和内电阻即为等效电源的电动势和内阻。图甲中测量计算出的等效电动势E=ER比真实值E偏小，等效内电阻rR+rVVrR比真实值r偏小。同理图乙中测量计算V出的r+RV等效电动势E”E是准确值，测得的等效内电阻r”r+RA比真实值偏大。通过以上三种方法的分析可得相同结论：由于电压表的分流作用，图A电路测得的电源电动势和内电阻都偏小，而且由于电压表内阻Rv一般很大，测得的E、r偏差较小；由于电流表的分压作用，图B电路测得的电动势是准确的，而内电阻偏大，而电流表内阻一般较小，与电源内阻较接近，故图B中测得内阻与真实值偏差较大。所以，当实验要测电源电动势和内阻时，应取图A，误差小，而且测量值都偏小；若只要测电动势时应取图B，测量值是准确的。结论：安培表内接电动势、内电阻测量值均偏小；安培表外接电动势测量值准确，内电阻偏大。