电学实验仪器和电路的选择

电学实验仪器和电路的选择

在中学电学实验中，如用伏安法测电阻，测电源的电动势和内阻，测某一用电器的伏安特性曲线，都存在如何选择电学实验仪器，合理地设计电路。如何使学生学会电路设计和顺利进行实验，应从下面几方面考虑。 1、实验仪器的选择

根据中学教学大纲要求，电学仪器的选择主要是：电表、滑动变阻器、电源等仪器。

（1）电表的选择原则是：不使电表受损和尽量减少误差。首先保证流过电流表的电流和加在电压表的电压均不超过使用量程，然后考虑电压表、电流表在使用时，指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3左右）。

（2）滑动变阻器选择原则：考虑被测对象要求的电流或电压变化范围，并且方便、节能。注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值。对高阻值的变阻器，如果滑动头稍有移动，电流、电压变化很大的，不宜采用，应选用阻值小的变阻器。 例1 有一电阻Rx，其阻值大约在40Ω-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12V，内阻约0.5Ω） 电压表V（量程0-3-15V，内阻20KΩ） 电流表A1（0-50mA，内阻20Ω） 电流表A2（0-300mA，内阻4Ω）

1

电流表A3（0-1A，内阻0.1Ω）

滑动变阻器R1（0-100Ω，额定电流1A） 滑动变阻器R2（0-1700Ω，额定电流0.3A）

开关K及导线若干，实验电路如图1所示，实验中要求多测几组电流、电压值。在实验中电流表 应选 ，电压表的量程应选 ， 滑动变阻器应选 。

解析：电源电动势为12V，考虑耗电少，

V Rx ε A K R 图1

加在被测电阻两端电压可达12V，故电压表量程应选取0-15V。

估算被测电阻可达到最大电流值，假设选电流表A1，则

Im??Im??RX?RA1?0.20A，超过了A1的量程；假设选电流表A2，则A2的量程，又从电流表读数精确度来

?RX?RA2未超过?0.27A，

考虑，应选电流表A2。

对滑动变阻器的选择，因为滑动变阻器R1和R2的额定电流都大于0.27A，从节电、方便，满足测多组电流、电压值的要求，选用阻值较小的变阻器R1。 2、测量电路的选择

电压表和电流表连入电路有两种方法：一种是外接法（电流表外接电路）；另一种是内接法（电流表内接电路）。不管采用哪种接法，由于电表内阻的影响，计算值都有误差，为了减少误差，常用如下方法选择电路。

2

方法1 临界值计算法：当内、外接法相对误差相等时，有

RARX?RXRX?RV，即 RX?RARV （RA＜＜RV）为临界值。

当RX＞＞RA或RX＞RARV时，选择“内接法”; 当RX＜＜RV或RX＜RARV时，选择“外接法”; 当RX?RARV时，内、外接法均可。 方法2 测试判断法。

当RX、RA、RV、均不知的情况下，可用试接法选择电路。如图2所示，将单刀双掷开关K分别接触a、b点，设接触a、b点时，电流表示数分别为Ia、Ib， 电压表示数分别为Ua、Ub。 当当

Ia?IbIbIa?IbIbM A RX N a V b K 图2

＞＜

Ua?UbUaUa?UbUa时，选用“内接法”; 时，选用“外接法”。

例2 有一小灯泡上标有“3V、0.6W”，现要用伏安法测量这个灯泡的I-U图线，可选用仪器有：电流表（0-0.3A，内阻约1Ω）；电压表（0-3V，内阻约20KΩ）；滑动变阻器（0-50Ω，额定电流2A）；电源（直流9V）；开关一只、

导线若干，为使实验误差尽量小，请 画出合理电路图。

解析：由于电压表内阻远大于灯泡的

ε V Rx A R0 K 图3

最大阻值，故选用电流表外接法，电路图如图3所示。 3、供电电路的选择

3

供电电路一般由电源和滑动变阻器按一定的连接方式组成，滑动变阻器在供电电路中有两种连接方式：如图4为限流式：如图5为分压式，限流式可省一个耗电支路，具有节省电能、电路连接简单的优点，分压电路具有较大的电压可调范围。

RX ε R0 RX R0 ε K 图4

K 图5

选择原则：设滑动变阻器的全电阻为R0，被测电阻的阻值为RX 当R0＜

RX2时，用分压电路；

当R0＞10RX时，用限流电路； 当

R02＜R0＜10RX时，两种电路均可，优先采用限流电路。

例3 有一电阻Rx（阻值约5Ω，额定功率1w），需测定其阻值，现有下列器材：

电池组ε（电动势为6V，内阻约0.5Ω） 电压表V1（量程0-3V，内阻3KΩ） 电压表V2（量程0-15V，内阻15KΩ） 电流表A1（0-0.6A，内阻0.2Ω） 电流表A2（0-3A，内阻0.05Ω） 滑动变阻器R1（0-10Ω，额定电流1A） 滑动变阻器R2（0-1700Ω，额定电流1A）

4

开关K及导线若干，实验中要求多测几组电流、电压值。

（1）在实验中电压表、电流表应选 ，滑动变阻器应选 。

（2）画出实验电路图。

解析：先考虑测量电阻的方法，从题中给出的仪器，考虑用伏安法测电阻，（学生可讨论替代法、半偏法等等） （1）确定了伏安法之后，考虑电压表、电流表的选择，

U额?PRx?2.2V， I额?P?0.45A Rx电流表、电压表的量程应大于且接近被测电阻的额定值，所以电流表选A1，电压表选V1。

（2）测量电路确定：临界电阻的阻值R=RARV=24.5Ω，因为RX＜R，采用电流表外接法。 （3）供电电路确定

先考虑限流接法，假设用滑动变阻器R2，此时电流变化范围的最大值约0.45A，据此估算变阻器所需电阻值范围约9-60Ω，而变阻器总阻值为1700Ω，变阻器的

V 有效调节长度太小，滑动头稍在移动， 电流变化很大，不方便调节和测量多组 数据。选用滑动变阻器R1，若用限流接

A Rx R0 ε K 图6

法，则电流变化约0.4-0.45A,没有满足测量多组数据,故采用分压式接法。电路图如图6所示

综合上述，掌握考纲中所要求测电阻、测电源电动势的方法、

5

原理，熟练掌握以上仪器和电路选择原则，就可以根据题目的要求设计出合理电路。

6

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/be7r.html