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1、学 海 无 涯,1,电学实验 训练,电学实验总结超详细总结 和 力学实验训练 一、难点形成的原因,1、对电流表、电压表的读数规则认识模糊，导致读数的有效数字错误 2、对滑动变阻器的限流、分压两种控制电路的原理把握不准，导致控制电路选用不当 3、对实验测量电路、电学仪器的选用原则把握不准，导致电路、仪器选用错误 4、对电学实验的重点内容“电阻的测量”方法无明确的归类，导致思路混乱 5、对于创新型实验设计平时缺乏对实验思想方法（如模拟法，转换法，放大法，比较法， 替代法等）进行归纳，在全新的实验情景下，找不到实验设计的原理，无法设计合理可行的 方案。受思维定势影响，缺乏对已掌握的实验原理，仪器的使
2、用进行新情境下的迁移利用， 缺乏创新意识。 二、难点突破 1、电流表、电压表的读数规则： 电流表量程一般有两种0.10.6A，03A；电压表量程一般有两种03V，015V。 如图 10-1 所示：,流、 错。,因为同一个 电压值不相 下面是不同 电压表、电,电流表、电压表有不同的量程，因此，对应不同的量程，每个小格所代表的电 同，所以电流表、电压表的读数比较复杂，测量值的有效数字位数比较容易出 表，不同量程下的读数规则： 流表若用 03V、03A 量程，其最小刻度（精确度）分别为 0.1V、0.1A，为,10,分度仪表读数，读数规则较为简单，只需在精确度后加一估读数即可。 如图所示，电压表读数
3、为 1.88V，电流表读数为 0.83A。若指针恰好指在 2 上，则读数为 2.00V （或A）。 电压表若用 015V 量程，则其最小刻度为 0.5V，为 2 分度仪表读数，所读数值小数点后只 能有一位小数，也必须有一位小数。 如图所示，若指针指在整刻度线上，如指在 10 上应读做 10.0V，指在紧靠 10 刻度线右 侧的刻度线上（即表盘上的第 21 条小刻度线）读数为 10.5V，若指在这两条刻度线间的中 间某个位置，则可根据指针靠近两刻度线的程度，分别读做 10.1V，或 10.2V，或 10.3V， 或 10.4V，即使是指在正中央，也不能读做 10.25V，若这样，则会出现两位不准
4、确的数，即 小数点后的 2 和 5，不符合读数规则，如上图中所示，读数应为 9.3V。 电流表若用 0-0.6A 量程，则其最小刻度为 0.02A，为 5 分度仪表读数，其读数规则与 015V 电压表相似，所读数值小数点后只能有两位小数，也必须有两位小数。 如上图所示，电流表读数为 0.17A，若指针指在第 11 条刻度线上，则读数为 0.22A，指 在第 10 条刻度线上，读数为 0.20A，指在第 12 条刻度线上，读数为 0.24A。 2、滑动变阻器应用分析 滑动变阻器是电学实验中常用的仪器，近几年高考电学设计性实验命题对其应用多次直接或 渗透考查.如何选择滑动变阻器的接法设计控制电路仍
5、是历届考生应考的难点. 滑动变阻器的限流接法与分压接法的特点：如图 10-2 所示的两种电路中，滑动变阻器（最 大阻值为R0）对负载 RL 的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图（a）电路称为限 流接法，图（b）电路称为分压接法.,图 10-1,图 10-2,学 海 无 涯,RL E E 限流法.如图（a）所示，待测电阻上电压调节范围为 RL R0.显然，当 R0RL 时，滑动触头在从 b 向 a 滑动的过程中，先是电流表、电压表的示数 变化不大，后来在很小的电阻变化范围内，电流表、电压表的读数变化很快，也不方便读数， 只有当 RL 与 R0 差不多大小时，才能对电流、电压有明显的调控作用
6、.在同样能达到目的的 前提下，限流法较为省电，电路连接也较为简单. 分压法.如图（b）所示，待测电阻上电压调节范围为 0E，且 R0 相对于 RL 越小，R 上 的电压变化的线性就越好.当 R0RL 时，尽管 UL 变化范围仍是 0E，但数据几乎没有可 记录性，因为在这种情况下，滑片从左端滑起，要一直快到右端时，电压表上示数一直几乎 为零，然后突然上升到 E，对测量几乎没有用处.因此，分压接法要用全阻值较小的滑动变 阻器。 滑动变阻器的限流接法与分压接法：两种电路均可调节负载电阻电压和电流的大小，但在不 同条件下，调节效果大不一样，滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、精确性、 节能性、
7、方便性原则综合考虑，灵活选取. 1.下列三种情况必须选用分压式接法 要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时（如：测定导体的伏安 特性、校对改装后的电表等电路），即大范围内测量时，必须采用分压接法. 当用电器的电阻 RL 远大于滑动变阻器的最大值 R0 时，必须采用分压接法.因为按图 （b）连接时，因 RLR0Rap,所以 RL 与 Rap 的并联值 R 并Rap，而整个电路的总阻值 U 约为 R0，那么 RL 两端电压 UL=IR 并= R0 Rap，显然 ULRap,且 Rap 越小，这种线性 关系越好，电表的变化越平稳均匀，越便于观察和操作. （3）若采用限流接法，电路中实
8、际电压（或电流）的最小值仍超过 RL 的额定值时，只能 采用分压接法. 2.下列情况可选用限流式接法 测量时对电路中的电流或电压没有要求从零开始连续调节，只是小范围内测量，且 RL 与 R0 相差不大或 RL 略小于 R0，采用限流式接法. 电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小，不能满足分压式接法的要求时，采用,2,学 海 无 涯 限流式接法. （3）没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和 节能因素优先采用限流式接法. 例 1：如图 10-3 所示，滑动变阻器电阻最大值为 R，负载电阻 R1=R， 电源电动势为E,内阻不计. 当 K 断开，滑动头 c 移
9、动时，R1 两端的电压范围是多少？ 当 K 闭合，滑动头 c 移动时，R1 两端的电压范围是多少？ 设 R 的长度 ab=L,R 上单位长度的电阻各处相同，a、c 间 长度为 x，当 K 接通后，加在R1 上的电压U1 与 x 的关系如何？,【审题】电键断开或闭合导致电路出现两种截然不同的控制电路： 限流和分压，把握限流和分压电路的原理是关键,E 【解析】（1）若 K 断开，则该控制电路为滑动变阻器的限流接法，故 2 U1E （2）若 K 闭合，则该控制电路为滑动变阻器的分压接法，故 0U1E,x R R,（3）U1=IR 并，R 并=,I=,E,L x R RR (L x) R L,并,EL
10、x,L 得 ：U1= L2 x2 Lx,【总结】该题考察两种控制电路的原理即两者获取的控制电压范围不同 例 2：用伏安法测量某一电阻 Rx 阻值，现有实验器材如下：待测电阻 Rx（阻值约 5 ,额 定功率为 1 W）；电流表 A1（量程 00.6 A,内阻 0.2 ）;电流表 A2（量程 03 A，内阻 0.05 ）;电压表V1（量程 03 V，内阻 3 k）;电压表 V2（量程 015 V，内阻 15 k）;滑动 变阻器 R0（050 ）,蓄电池（电动势为 6 V）、开关、导线. 为了较准确测量 Rx 阻值，电压表、电流表应选 ，并画出实验电路图. 【审题】该题要求选择实验仪器、测量电路及控
11、制电路，因为滑动变阻器的全阻值大于被测 电阻Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法 【解析】由待测电阻 Rx 额定功率和阻值的大约值，可以计算待测电阻 Rx 的额定电压、额 定电流的值约为,U=,PR P / R ,1 5 V2.2 V,I=1/ 5 A=0.45 A.,则电流表应选A1，电压表应选V1.,又因,RA RV ,0.2 3000 =24.5 Rx，则电流表必须外接.,因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻 Rx，故首先考虑滑动变阻器的限流接法，若用限流,E6,接法，则被测电阻 Rx 上的最小电流为 Imin= Ex R5 50 =0.11 AI 额，因该实验没有对电流、电压的调节范围未
12、作特殊要求，故 用限流电路.电路如图 10-4 所示. 【总结】滑动变阻器全阻值相对待测电阻较大，用分压接法不便于,调节，故限流接法是首选，只要能保证安全且有一定的调节范围即 可。,图 10-3,图 10-4,3,图 10-5,学 海 无 涯 例 3：用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻 Rx（约 100 ）;直流电流表 （量程 010 mA、内阻 50 ）;直流电压表（量程 03 V、内阻 5 k）;直流电源（输出电压 4 V、内阻不计）；滑动变阻器（015 、允许最大电流 1 A）；开关 1 个，导线若干.根据器 材的规格和实验要求画出实验电路图. 【审题】本题只需要判断测量电
13、路、控制电路的接法，各仪器的量程和电阻都已经给出，只 需计算两种接法哪种合适。 【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于 Rx RA Rv ，故电流表应采用外接法.在控制电路中，若采用变阻器的限流接法，当滑动变阻器 E 阻值调至最大，通过负载的电流最小，Imin= R RA Rx =24 mA10 mA,此时电流仍超过 电流表的量程，故滑动变阻器必须采用分压接法.如图 10-5 所示.,【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全，这是电学实验 的首要原则 ，限流接法虽然简洁方便，但必须要能够控制电路不 超过电流的额定值，同时，能够保证可获取一定的电压、电流范 围，
14、该题中，即便控制电流最小值不超过电流表的量程，因滑动 变阻器全阻值相对电路其它电阻过小，电流、电压变化范围太小， 仍不能用限流接法。 3、实验电路和电学仪器的选择 （1）电路的选择 安培表内、外接电路的选择,由于电压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，应慎重选择电流表的内外接法，选择方法如下： 1、直接比较法： 当待测电阻阻值RxRA 时，安培表分压很小，选择安培表内接电路。 2、临界值计算比较法： 当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，如何确定被测电阻 R 是较大还是较,RV,R,当 R,小呢？我们要计算两种接法
15、的相对误差，可用 R 与 RA 相比较. RV R,RA 即 R ,RV RA 时，宜采用电流表外接法；,当 R,RV R,RA 即 R ,RV RA 时，宜采用电流表内接法；,而 R ,4,RV RA 时，电流表内外接法效果是一样的.此时的被测电阻值 R 我们称为临界电阻。,3、测试判断法（试触法） 若 Rx、RA、RV 的大小关系事先没有给定，可借助试触法确定内、外接法.具体做法是: 如图 10-6 所示组成电路，其中电流表事先已经接好，拿电压表的一个接线柱去分别试触 M、,U,如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即 I,学 海 无 涯 N 两点，观察先后两次试触时两电表的示数变化情
16、况。 I U,)，说明接 M 点时电压表分流作,U,如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即 I,用引起的误差大于接N 点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法(即电压表接 N 点)。 I U,)，说明接N 点时电流表分压作,用引起的误差大于接 M 点时电压表分流作用引起的误差，这时 应采用外接法(即电压表接M 点).,（口决：“内字中间有个大，大内偏大，小外偏小”，即内接法 适合测大电阻且系统误差偏大，即测量值大于真实值，外接法 适合测小电阻且系统误差偏小，即测量值小于真实值，） 控制电路（即滑动变阻器的接法）的选择，见难点 2 （2）电路实验器材和量程的选择，应考虑以下几点： 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。 能否满足实验要求（常常要考虑便于多次测量求平均值）。,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。根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表.首先保证流
