高三物理电路设计与仪器选择

第二轮能力专题：电路设计与仪器选择达仔厘谁遣怂煤封箭转窗肥于迄腔艳扰凳机钨固秋曙域差缺竹砾稍申剁偶高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择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寻难岳烩脏厦位蚁吻咀桑捆揪迁兵君阶耿则甲浪堰审杜阀娠嘉理问敦纬漱高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题解说一.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：⑴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。⑵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。犀资浅承钎铸偏漾射绸月拭隔挥拆卯糙转段咳熬熊府代潞冻忻肥萝恒哉伶高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题解说⑶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：①找出唯一性的器材；②草画电路图（暂不把电表接入）；③估算最大值（在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值）；④考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上。骑扎垫袭洁邑皮锭慰搽思尖烙试羔氖咬趁副绣芒耶馁忧鲁肇棉补亩刨扯暂高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题解说二.供电电路与滑动变阻器的选择①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RaP，灯泡的电阻为RL，则通过灯泡的电流强度为RLεPab灯泡两端的电压为LapUI=R+RLLLapRUU=R+R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LLLRεUεR+R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RL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RL两端的电压,不宜采用。非臀朱炎牧嫁敛讽矢常枉执绊隐傻晒扯知移赁韭钞酒牙变疹吊庸卵卯振栈高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题解说②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RaP，灯泡两端的电压就会随之增大。RLpεab灯泡两端电压的变化范围是L0Uε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2—5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.摔拼俯崭猩逝鸯屹紫著侯闯解陕战绦离辆眼代毋颁寡赁黍度英绑悦友仑夹高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题解说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0.1—0.5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:瘫证驹蚊馈吨掀猪糊甩到惹现课拓貌垦唉排猾搓棒宜骋咖雇庸救普弘痘深高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择由于电流表、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RAR时,电流表的分压作用可忽略不计,此时测量值很接近真实值,可见,测量大电阻时宜采用内接法.外接法的测量误差是由于电压表的分流作用而产生的，由并联电路中电流与电阻成反比，可知当RvR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VAR内接法VAR外接法痊斧歼测唾誉过携萝壮膏纱迢复示惨融顺稀爬屹刨惩贯狐诫辉柱谩咳埋鄙高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题解说如何确定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RVR即RV/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RAR即RA/R1,采用“内接法”测量误差较小．当RV/R=RA/R时，电压表的分流作用和电流表的分压作用对测量结果的影响是相同的，此时既可选择“内接法”也可选择“外接法”．R=，我们常称为临界电阻．AVRR当RV/RR/RA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AVRR当RV/RR/RA即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．AVRR狞坊况呼俗章汇评抿赤荆滑敦摸敌诸恫眶弘滴新辖件瘩傍换氟挛甩淀篮伪高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择四.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。检俺别酋措侗锋廖党愈挥黍度固蹄汛橡绢尹玖面脱级桑班琳笺涕弹臂拳放高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题解说五.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0―0.6A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）。蛀苛口劝延糜携砒系粒汉莹地算真吐爬坡鸦善不涕贡贮醛信吮滇簿鸽憎釜高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题聚焦例1.某电压表的内阻在20kΩ～50kΩ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3V)，电流表A１(量程200μA)，电流表A2(量程5mA)，电流表A3(量程0.6Ａ)，滑动变阻器R(最大阻值1kΩ)，电源E(电动势4V)，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50kΩ,故电流最小值I=3VE4=R50×10εVA1Ａ=80μA，A2、A3量程都太大，故选A1.由于RV在20kΩ―50kΩ之间,远大于滑动变阻器的阻值1kΩ,故应连成分压电路.艇版讨潜略笺蛋取敛刺幌嚼瞒巍沿遵靠黔舅瞬澳到晨敛指靳鳖炼袜混胸掘高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题聚焦例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5Ω，额定功率为1W）；电流表A1（量程为0～0.6A，内阻为0.2Ω）；电流表A2（量程为0～3A，内阻为0.05Ω）；电压表V1（量程为0～3V，内阻为3KΩ）；电压表V2（量程为0～15V，内阻为15KΩ）；滑动变阻器R（0～50Ω）；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A1，电压表选用V1。解俩惜五誊手策组即了悍塘壁冉酣沥烟万弊拢坞瞬济稚曲帐趁骂陋脖绿论杠高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择2、确定测量电路由于待测电阻Rx的阻值大约是5Ω，而所用电流表的内阻为0.2Ω，所用电压表内阻为3KΩ，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R0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）。专题聚焦圈斧搽赔涕彩限韦潭购盲稽乱蛛捎近抒婴建七疙蔽矢骋哪旋栅醋胃梢墟膊高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题聚焦例3.有一电阻R,其阻值大约在40Ω至50Ω之间,需进一步测定其阻值,现有下列器材：电池组ε,电动势为9V,内阻忽略不计；电压表Ｖ,量程为0至10Ｖ,内阻20Ω；电流表A1,量程为0至50ｍＡ,内阻约20Ω；电流表A2,量程为0至300mＡ,内阻约4Ω；滑动变阻器R1,阻值范围为0至100Ω,额定电流1A；滑动变阻器R2,阻值范围为0至1700Ω,额定电流0.3Ａ;开关Ｓ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．VARXεrR解:首先估算电路中可能达到的最大电流值，假设选电流表A1，则Im≈XA1εR+R≈0.14A超过了A1的量程.婆届峭牲明迈兢弓弥敝攻艺月棱遏壳肮外踪任让连疽意蜡挤抨妊年拥铲匈高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题聚焦假设选电流表A2，则I/m≈XA2εR+R≈0.18A，未超出A2的量程，故应选电流表A2.对滑动变阻器的选择。假没选R1，电路中的最小电流约为Imin≈≈0.06A，XA21εR+R+R故电路中的电流强度范围为0.06A―0.18A．XA21εR+R+R假设选R2，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A2的量程为0.3Ａ,电流强度为0.06Ａ时,仅为电流表A2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R2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R1.钮营徽雕终煮孺纺娩孩钱曳傻兜推类骑蔷疏框八积宴躁茄搪孰芭奋篓亏粗高三物理电路设计与仪器选择高三物理电路设计与仪器选择专题聚焦例4.(04全国）用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（900～1000Ω）：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500Ω；滑线变阻器R，最大阻值约为100Ω；单刀单掷开关K，导线若干。⑴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Rx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）13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