单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020年10月2日,*,第二轮能力专题：,电路设计与仪器选择,2020年10月2日,1,实验电路设计的原则,1、安全性,2、精确性,3、方便性,4、误差小,5、仪器少,6、耗电少,专题解说,知识概要与方法,2020年10月2日,2,专题解说,一.仪器的选择,对实验仪器的选择，在进行正确测量的前提下，一般遵循以下原则：,安全性原则：,要保证所用仪器的安全，注意考虑电源的电压、电表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流等。选择电表时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。选择滑动变阻器时，流经滑动变阻器的电流不能超过允许通过的最大电流。,精确性原则：,尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），一般能用小时不用大。选择滑动变阻器时，注意其阻值的大小对实验操作和对实验的影响，一般能用小时不用大。,对某个实验来讲，精确程度够用即可，并不是精度越高越好。,2020年10月2日,3,专题解说,操作性原则：,实验时需考虑调节方便，便于操作，如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，在二者都能满足实验要求的情况下，还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。,选择的一般步骤是：,找出唯一性的器材；,草画电路图（暂不把电表接入）；,估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）；,考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上。,2020年10月2日,4,专题解说,二.供电电路与滑动变阻器的选择,限流电路,设路端电压为,U,，滑动变阻器的有效,电阻为接线柱,a,和,P,之间的电阻,R,aP,，,灯泡的电阻为,R,L,，则通过灯泡的电流强度为,R,L,P,a,b,灯泡两端的电压为,若滑动变阻器的总阻值为,R,，则灯泡两端电压的变化范围是,可见,滑动变阻器的总阻值,R,越大，灯泡两端电压的变化范围越大,。但若,R,比,R,L,大得多，则滑动头稍有移动，电流电压便有很大变化,则不便于调节,R,L,两端的电压,不宜采用。,2020年10月2日,5,专题解说,分压电路,设路端电压恒为,U,，这个电压分布在,滑动变阻器的全部电阻丝上，而灯只,分得其中接线柱,a,和,P,之间的电压。移,动滑动变阻器的滑片,P,，增加,a,和,P,之间的电阻,R,aP,，灯泡两端的电压就会随之增大。,R,L,p,a,b,灯泡两端电压的变化范围是,如果只从用电器两端电压的变化范围看，好像滑动变阻器的阻值多大都行，但是滑动变阻器的阻值越大越不便于调节用电器两端电压，且耗能越大.,使用限流电路时,一般选用滑动变阻器的全电阻和用电器的电阻相差不多或大几倍,在25倍为好,这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.若过小,则不能有效地控制电流,过大则控制电流不平稳,会造成电流值跳跃太大.,2020年10月2日,6,专题解说,a,用电器两端电压要求变化范围较大，或从零开始连读可调，应选分压电路。,b,如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于用电器的额定电流，应选分压电路。,c,如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值小得多，为了能使用电器两端电压有较大变化，应选分压电路。,d,如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值相差不多，两种电路都可以对用电器的电压（电流）进行有效方便的控制，可以任选其中一种电路。此时假如从节省电能和电路简单考虑，应选限流电路。,使用分压电路时，,一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在0.10.5倍之间为好,。即阻值小些,以获得较大的电流输出。,选用限流电路还是选用分压电路,以下几点可作参考:,2020年10月2日,7,由于电流表、电压表内阻的影响，不管采用电流表内接还是外接都将会引起实验的误差。（,如在伏安法测电阻时，内接法测量结果偏大，外接法测量结果偏小。）,内接法的测量误差是由于电流表的,分压作用而产生的,由串联电路中电,压与电阻成正比,可知当R,A,R时，电压表的分流作用可忽略不计，此时测量值很接近真实值，可见，测量小电阻时宜采用外接法。,专题解说,三、测量电路的选择,V,A,R,内接法,V,A,R,外接法,2020年10月2日,8,专题解说,如何确定R值是较大还是较小？,当被测电阻与电压表内阻的关系满足R,V,R即R,V,/R1时应采用“外接法”较准确；,当被测电阻与电流表的内阻相比满足 R,A,R即R,A,/R R/R,A,即R 时，电流表的分压作用较电压表的分流作用明显，应采用外接电路,当R,V,/R 时，电压表的分流作用较电流表的分压作用明显，应采用内接电路,2020年10月2日,9,四.实验设计要求误差小.仪器少.耗电少.,为减小实验误差，在设计电路时，要注意实验原理的完善，尽量选用精密的仪器；选择合适的量程（使指针有较大偏转）；读数时至少保证一个表（电流表或电压表）的指针与刻度线对齐。,专题解说,在进行实验的设计时，根据实验要求选择必须的实验仪器，,要充分发挥仪器的功能，,在能完成实验的前提下，尽可能地减少仪器的使用数目。,同时也还要求实验电路的耗电要少，节约能源。,如在用滑动变阻器作为控制电路时，滑动变阻器的限流接法较分压接法节省电能，不是非用分压接法不可的时候，通常用限流接法。,2020年10月2日,10,专题解说,五.如何正确的读数，记录正确的实验数据？,1、读数前要明确实验中所用电表的量程，最小刻度是多少；,2、掌握读数最基本的原则：最小刻度的下一位要估读；人眼估读时通常是将最小刻度等分为十等分，然后估计指针的位置是多少等分，最后确定估读数；,3、根据高中实验要求，仪器的最小刻度除以2，所得数字的首位即为估读到的位数；,如量程为00.6A的电流表，其最小刻度是0.02A，误差出现在电流表的百分位上（0.02A/2=0.01A）。,2020年10月2日,11,专题聚焦,例1.,某电压表的内阻在20 k50 k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用器材：待测电压表,V,(量程3 V)，电流表,A,(量程200,A)，电流表,A,2,(量程5 mA)，电流表,A,3,(量程0.6)，滑动变阻器,R,(最大阻值1 k)，电源,E,(电动势4 V)，电键,S,.,(1)所提供的电流表中，应选用_(填写字母代号).,(2)为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试在图中画出符合要求的实验电路图(电源和电键及连线已画出).,解:,电源电动势,E,=4V,电压表内阻最大50k,故电流最小值,I,=,V,A,1,=80A,，A,2,、A,3,量程都太大，故选A,1,.,由于R,V,在20k,50k之间,远大于滑动变阻器的阻值1k,故应连成分压电路.,2020年10月2日,12,专题聚焦,例2.,用伏安法测量某电阻的阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值大约为5，额定功率为1W）；电流表A,1,（量程为00.6A，内阻为0.2）；电流表A,2,（量程为03A，内阻为0.05）；电压表V,1,（量程为03V，内阻为3K）；电压表V,2,（量程为015V，内阻为15K）；滑动变阻器R（050）；蓄电池（电动势为6V），开关、导线。,为了较准确测量Rx的阻值，保证器材的安全，以及操作方便，电流表、电压表应选择,，并画出实验电路图。,1、确定电压表、电流表,被测电阻Rx的额定电压、额定电流分别为2.2V和0.45A，则电流表选用A,1,，电压表选用V,1,。,解,2020年10月2日,13,2、确定测量电路,由于待测电阻Rx的阻值大约是5，而所用电流表的内阻为0.2，所用电压表内阻为3K，即RvRx，故采用电流表的外接法。,3、确定控制电路,因滑动变阻器的全值R,0,大于被测电阻阻值Rx，故考虑滑动变阻器的限流接法（采用限流接法时，通过Rx的最大电流为0.45A，最小电流为0.11A，较符合实验要求）。,专题聚焦,2020年10月2日,14,专题聚焦,例3.,有一电阻R,其阻值大约在40至50之间,需进一步测定其阻值,现有下列器材：,电池组,电动势为9V,内阻忽略不计；,电压表,量程为0至10,内阻20；,电流表A,1,量程为0至50,内阻约20；,电流表A,2,量程为0至300m,内阻约4；,滑动变阻器R,1,阻值范围为0至100,额定电流1A；,滑动变阻器R,2,阻值范围为0至1700,额定电流0.3;,开关及导线若干,实验电路图如图所示，实验中要求多测几组电流、电压值在实验中应选,电流表和,滑动变阻器,V,A,R,X,r,R,解:,首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流表A,1,，则,I,m,0.14A,超过了,A,1,的量程.,2020年10月2日,15,专题聚焦,假设选电流表,A,2,，则,I,/,m,0.18A，,未超出A,2,的量程，故应选电流表A,2,.,对滑动变阻器的选择。假没选R,1,，电路中的最小电流约为,I,min,0.06A，,故电路中的电流强度范围为0.06A,0.18A,假设选R,2,，电路中的最小电流约为,I,/,min,0.005A,故电路中的电流强度范围为0.005A,-,0.18A，,因为电流表A,2,的量程为0.3,电流强度为0.06时,仅为电流表A,2,量程的1/5,如果移动滑动变阻器阻值再增大,其电流表的示数将更小,读数误差会更大,因此对于R,2,而言,有效的调节长度太小,将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感.调节不方便,故应选滑动受阻器R,1,.,2020年10月2日,16,专题聚焦,例4.(,04全国）用以下器材测量一待测电阻,R,x,的阻值（9001000）：,电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；,电压表,V,1,，量程为1.5V，内阻,r,1,=750；,电压表,V,2,，量程为5V，内阻,r,2,=2500；,滑线变阻器R，最大阻值约为100；,单刀单掷开关K，导线若干。,测量中要求电压表的读数不小于其量程的 ，试画出测量电阻,R,x,的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）,解:,电源电动势约为9.0V、而电压表中最大量程只有5V，故经滑线变阻器分压后才可使被测电阻两端的电压不超过5V.,题中给出的两个都是已知内电阻的电压表，应将其中的一个已知内电阻的电压表当作电流表来使用，以实现电流值的间接测量.,2020年10月2日,17,专题聚焦,若选择外接法:,应将电压表V,2,作电流表使用,因为电,压表V,2,的量程较大,电压表V,1,与被测,电阻Rx并联后再与作电流表使用的,电压表V,2,串联,这样在不超过V,1,、V,2,量程的前提下,可使电压表V,1,上的示数尽可能地接近满偏（1.5V）,从而减小电压值测量的读数误差，提高测量精确程度.,若选择内接法:,因为电压表V,1,的量程较小,应将电压表,V,1,作电流表使用,电压表V,2,的量程较大,应将电压表V,2,作测量电压表使用.电压,表V,1,与被测电阻Rx串联后再与作电压,表使用的电压表V,2,并联,这样在不超过,V,1,、V,2,量程的前提下,可使电压表V,1,上的示数尽可能地接近满偏（1.5V）,从而减小电压值测量的读数误差，提高测量精确程度.,2020年10月2日,18,专题聚焦,根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出联线.,2020年10月2日,19,专题聚焦,若电压表V,1,的读数用,U,1,表示，电压表V,2,的读数用,U,2,表示，则由已知量和测得量表示,Rx,的公式为,Rx,=_。,解:,外接法:,电压表V,1,上的读数值是被测电阻Rx上的真实压降值,而电压表V,2,中通过的电流值是流过V,1,、Rx中电流的和,闭合电键K,调节滑线变阻器的滑动头,使V,1,、V,2,尽可能地接近满偏,读出V,1,、V,2,两表的读数值U,1,、U,2,由欧姆定律和串并联电路电压、电流的分配关系,有,2020年10月2日,20,专题聚焦,内接法:,电压表V,1,上的读数值间接地测量出被测电阻Rx上