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1、电学实验中的电路设计 l根据实验的要求，学会并熟练掌握通过测算、评估 、统筹等过程、方法，最优化地完成电学实验仪器 的选择、电学实验电路的设计。 【学习目标】 实验电路 测量电路 供电电路(控制电路） A V R 电流表外接法 A V R 电流表内接法 一、常见实验 电路的组成： 例题1. 在“测定金属的电阻率”的实验中，金属丝的电阻大约 为4，现要用伏安法测出金属丝的电阻在用伏安法测定 金属丝的电阻时，除被测电阻丝外，还有如下供选择的实 验器材： A .直流电源：电动势约4.5 V，内阻很小； B. 电流表A1：量程00.6 A，内阻0. 2； C .电压表V：量程03 V，内阻3 k； D
2、. 滑动变阻器R1：最大阻值30； E. 开关、导线等 根据所提供的器材，画出实验的测量电路部分 思考探究1. 伏安法测电阻的测量电路部分设计探究 1.测量电路的两种接法 A V R A V R 测量电路的选择 当 时时，选选用电电流表内接法。 时时，选选用电电流表外接法。 当 若已知待测电阻的大约值，电流表的内阻和电压表的内 阻，则 大内大，小外小 例题2. 有一待测的电阻器Rx，其阻值约在4050之间，实验室准备用来 测量该电阻值的实验器材有： 电压表V (量程010 V，内电阻约20 k) 电流表A （量程0300 mA，内电阻约4) 滑动变阻器R （最大阻值为10,额定电流为2 A)
3、直流电源E （电动势为9V，内电阻约为0. 5) 开关及若干导线 实验要求电表读数从零开始变化，并能多测出几组电流、电压值，以便画 出IU图线，请画出实验电路图 思考探究2. 伏安法测电阻的控制电路部分设计探究 2、（控制电路）限流和分压电路的选取 1.限流式 变变阻器起限流作用，待测测 电电阻Rx的电压电压 可调调范围围 ES R AB P Rx 2.分压式 变阻器起分压作用，待测 电阻Rx的电压可调范围 限流式电电路的特点: （1）电压电压 不能从零开始调节调节 ,调节调节 范围较围较 小， 但电电路结结构较为简单较为简单 。 （2）电能损耗较小。 分压压式电电路的特点: （1）电压可以从
4、零开始调节到电源电动势,调节范 围较大， 但电路结构较为复杂。 （2）电能损耗较大。 限流式 分压式 可调范围 变阻器 电能损耗 较大阻值较小阻值 较小较大 R10Rx，应选择应选择 限流式电电路 R10Rx，应选择应选择 分压压式电电路 若实验实验 要求电压电压 从零开始变变化，应选择应选择 分压压式电电路 如无此要求，则则 零起必分，滑小必分，烧表必分，滑大可限 二、电学实验电路设计遵循 的基本原则 1.安全性原则 2.精确性原则 3.可操作性（方便性）原则 例题题3. 在伏安法测电测电 阻的实验实验 中，实验实验 室备备有下列器材： A待测电测电 阻Rx，阻值约为值约为 10左右 B电压
5、电压 表Vl，量程6V，内阻约约2k C电压电压 表V2，量程15V，内阻约约10k D电电流表Al，量程0.6A，内阻约约0.2 E电电流表A2，量程3A，内阻约约0.02 F电电源：电动势电动势 E=12V，内阻可忽略不计计 G滑动变动变 阻器Rl，最大阻值值10，最大电电流为为2A H滑动变动变 阻器R2，最大阻值值50，最大电电流为为0.2A I导线导线 、电键电键 若干 (1) 为为了较较精确测测量电电阻阻值值，在上述器材中选选出该实验该实验 所用器 材_(填器材前面的字母代号)； (2) 请请画出该实验电该实验电 路图图。 问题探究3. 综合地通过测算、评估、统筹等 过程和方法，最
6、优化地进行实验电路设计探究 练习1：在“测定金属电阻率”的实验中，待测金属导线 的电阻Rx约为5 ，电池E(电动势为3 V，内阻r约 为0.3 )，另有开关S，导线若干，其他供选择的器 材有： A电压表V1(量程3 V，内阻约为15 k) B电压表V2(量程15 V，内阻约为75 k) C电流表A1(量程0.6A，内阻约为1 ) D电流表A2(量程3 A，内阻约为0.2 ) E变阻器R1(010 ，1 A) F变阻器R2(02 000 ，0.1 A) （1）为提高实验精度，实验中要求电压调节范围尽 可能大，则在上述器材中，电流表应该选 ， 电压表应该选择 ，变阻器应该选 。 （2）画出此实验的
7、原理图并标上所选择电表的符号 。 练习2、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小灯 泡为“6V，3W”，其他供选择的器材有： 电压表V1，（量程为6V，内阻20K）； 电压表V2，（量程为15V，内阻30K）； 电流表A1，（量程为3A，内阻0.2）； 电流表A2，（量程为0.6A，内阻1）； 变阻器R1（01000，0.5A）； 变阻器R2（020，2A）； 学生电源E（直流9V）； 开关S及导线若干， （1）实验中要求在电压表06V范围内读取并记录下12组左 右不同的电压值U和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线 ，则在上述器材中，电流表应该选 ，电压表应 该选择 ，变阻器应该选
8、 。 （2）在方框中画出此实验的原理图； （3）测量小灯泡电压时，调节小灯泡的电压的顺序是 。（填“从低到高”或“从高到低”） 练习3、有一个额定电压为2.8V，功率约为0.8W的小灯泡， 现要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线，有下列器材供选用 ： A电压表（03V，内阻6 k） B电压表（015 V，内阻30k） C电流表（03 A，内阻0.1） D电流表（00.6 A，内阻0.5） E滑动变阻器（10，2 A） F滑动变阻器（200 ，0.5 A） G蓄电池（电动势6V，内阻不计） 要求获取尽可能多的数据，画出实验所需的电路图 电压表应选用_，电流表应选用_，滑动变 阻器应选用_（用序号字母
9、表示） 通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图所示由图线可 求得此灯泡在正常工作时的电阻为_（保留两位 有效数字） U/V123 I/A 0 0.1 0.2 0.3 测算：根据题目所提供的电源的电动势数值、滑动 变阻器的阻值和待测电阻的大约阻值，测算在串联 限流接法下的电路中可能出现的电流值的范围。 评估：在坚持电路设计的三个基本原则：安全性、 精确性和可操作性原则前提下，根据测算出的电流 范围，看电流表和电压表的量程能否满足测量要求 （不超量程）；看电流表和电压表能否达到满偏的 2/3；看待测电阻允许通过的最大电流或滑动变阻 器允许通过的最大电流是否在此范围内；看是否满 足实验要求的电流和电压取值范围（如IU图像、 测量数据列表等显示的电流、电压范围）； 小结选择实验仪器，设计实 验电路的基本程序： 选择实验仪器，设计实验电路的基本程序： 看滑动变阻器是否有较大的安全滑动范围。 若不能满足上述要求，则应选择滑动变阻 器的并联分压接法并选用阻值较小的滑动 变阻器。 统筹选择：在统筹兼顾上述诸多因素的前 提下，选择合适量程的电流表和电压表， 确定测量电路的接法；选择合适的滑动变 阻器，确定控制电路的接法。 画电路图：注意开关的位置，标明电路中 仪器代号。
