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1、1高考电学设计性实验中器材与电路的选择江苏省前黄高级中学（江苏省前黄高级中学（213172） 顾国富顾国富电学实验是高中实验教学的重点内容之一，而电学实验设计则是高中学生必须掌握 的基本实验操作技能，因而电学设计性实验成为历年高考的热点之一。由于中学电学实 验原理丰富，涉及的器材种类较多，每一种器材对应有不同的量程，所以电学实验设计 的难点在于对电路和器材的选择。电学实验设计能充分反映学生对实验目的、原理、方 法和步骤理解掌握情况及对实验器材性能和操作的熟练程度，是对学生实验能力的一种 综合性考查，往往具有一定的难度。笔者在近几年的高考阅卷过程中发现对这一类问题 大部分学生的得分率都较低，因此
2、有必要对这一个问题作一些探讨。下面我们就来介绍 有关电学实验器材和电路选择的基本原则和方法。 电学实验器材和电路选择的总的原则是安全、精确和方便。器材的选择与实验所用 的电路密切相关，因此在选择器材前首先要根据实验目的和实验原理设计测量精确、安 全可靠、操作方便的实验电路，再根据实验电路的需要选择器材。选择器材和电路时， 为了使测量结果精确和保护仪器，应遵循以下原则： 电表的选择电表的选择 通过估算确定电路中通过电流表的最大电流和电压表两端的最大电压，所选择的电 表的量程应大于最大电流和最大电压，以确保电表的安全；通过估算确定电路中通过电 流表的最小电流和电压表两端的最小电压，选择的电表的量程
3、应使电表的指针摆动的幅 度较大，一般应使指针能达到半偏以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度；在满足 上述两个条件以后，在不计电表内阻时应选用内阻较小的电流表和内阻较大的电压表， 以减小系统误差。 变阻器的选择变阻器的选择 所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确保变阻器的 安全；为满足实验中电流变化的需要和调节的方便，在分压式接法中，应选用电阻较小 而额定电流较大的变阻器，在限流式接法中，应选用电阻与待测电阻比较接近的变阻器。电源的选择电源的选择 一般可以根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。 电流表内接法、外接法的选择电流表内接法、外接法的选择为了减
4、小系统误差，当待测电阻x时，采用电流表内接法；当待测电阻VARRx时，采用电流表外接法；VARR分压式和限流式电路的选择分压式和限流式电路的选择 在选择变阻器分压式和限流式电路两种接法时应优先考虑限流式接法，为了能使实 验正常进行和操作方便，当电路中的最小电流仍然超过电流表的量程或待测电阻的额定2电流，或者待测电阻远远大于变阻器的最大值或者需要在待测电阻两端从零开始测量电 压、电流时采用分压式接法。 例 1 （1986/全国高考卷）有一电阻 RX，其阻值大约在 4050 之间，需要进一步 测定其阻值，手边现有下列器材： 电池组 E，电动势 9V，内阻约 0.5； 伏特表 V, 量程 10V，内
5、阻 20k； 毫安表 A1，量程 50mA，内阻 20； 毫安表 A2，量程 300mA，内阻 4； 滑动变阻器 R1，阻值范围 0100，额定电流 1A； 滑动变阻器 R2，阻值范围 01700，额定电流 0.3A； 开关 S，导线若干。 有两种可供选择的电路，如图甲、乙所示，实验要求多测几组电流、电压值，画出电 流电压关系图。 为了实验能正常进行减小测量误差，而且要求滑动变阻器便于调节，在实验中应选 用图 所示的电路，应选用代号 的毫安表和代号 的滑动变阻器。 分析：由于待测电阻 RX阻值大约在 40-50 之 间，为了电流调节方便，滑 动变阻器只能选择 R1。电 路中的最大电流,mARI
6、200459max毫安表 A1的量程小于最大电流，故电流表只能选毫安表 A2； 由于282.8，待测电阻x，应采用电流表外接VARR420000VARR法，即选甲图。 例 （1997/全国高考卷 17 题）某电压表内阻在 20-50K 之间，现要测量其内阻， 实验室中提供了下列可供选用器材: 待测电压表 V，量程 3V； 电流表 A1，量程 20 0A； 电流表 A2，量程 5mA； 电流表 A3，量程 0.6A； 滑线变阻器，最大电阻 1K； 电源 E，电动势 4V； 开关 S，导线若干。 (1)所提供的电流表中，应选用 。VA1E S 图V mA V mA Rx Rx E S R E S
7、R 甲 乙 图 3(2)为了尽可能减小测量误差，要求测多组数据，试在方框中画出符号要求的实验电 路图。(其中电源和开关及其连线已画出) 分析：要求测量电压表的内阻，可以把电压表看作一只能读出两端电压的电阻。在 本题中由于电压表内阻远远大于滑动变阻器的最大电阻，若此时采用限流式接法，通过 待测电压表中的电流变化范围比较小，不可能达到多测几组数据的要求，无法精确测量 电压表的内阻，故只能采用分压式接法，如图所示。电路中通过电压表的电流的最大值，因此为了使电ARI200200004minmax流表指针能达到半偏以上只能选 A1。 例 （2000/全国高考卷 16 题）从下表中选 出适当的实验器材，设
8、计一个电路来测量电流表 A1 的内阻 r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度， 并能测得多组数据。 电流表 A1 (量程 10mA，内阻 r1待测约 40) 电流表 A2 (量程 500A，内阻 r2=750) 电压表 V (量程 10V，内阻 r3=10k) 电阻 R1 (阻值约为 100，起保护电阻 用) 滑动变阻器 R2 (总阻值约 50) 电池 E (电动势 1.5V，内阻很小) 开关 S 导线若干。 分析：根据本题所给的条件，若采用伏安法，电压表测量的最大电压为 1.5 伏，指针 偏转角度过小，无法精确测量，故只能采取两电流表并联，利用电流表的电流与电阻成 反比进行测量。如图 3
9、所示，保护电阻串联在干路中，两电流表并联以后的阻值约为38，若采用变阻器的限流式接法，干路中的电流范围约为 7.910.8mA，通过两电流表 的电流大小约分别为 400500A、7.510.36m，两电流表指针偏转范围较小，操作 不方便，另一方面测得的数据比较密集，误差较大，不符合题目要求。因此可以采用滑 动变阻器的分压式接法，使得通过两电流表的电流大小可以从零开始连续变化，当滑片 滑到右侧时，通过两电流表的电流最大可以接近量程，就可以测得多组数据 例 （2001/全国高考理科综合卷 29 题）实验室中现有器材如实物图所示(图略)，有 电池 E，电动势约 10V，内阻 1； 电流表 A1，量程
10、 10A，内阻 r1约为 0.2； 电流表 A2，量程 300mA，内阻 r2约为 5； 电流表 A3，量程 250mA，内阻 r3约为 5； 电阻箱 R1，最大电阻 999.9，阻值最小改变量为 0.1； 滑线变阻器 R2，最大电阻 100； A1A2R2 R1 图 4开关 S，导线若干。 要求用图 4 所示的电路测定图中电流表 A 的内阻。 (1)在所给的三个电流表中,那几个可用此电路来精 确测出其内阻?答 。 (2)在可测的电流表中,任选一个作为测量对象,在实 物图上连成测量电路。 (3)你要读出的物理量是 。用这些物理量表 示待测内阻的计算公式是 。 分析：电阻箱 R1和电流表 A 并
11、联，通过的电流与阻值成反比，因此干路中的电流将 大部分通过电流表 A，通过电流表 A/与电流表 A 的电流强度数值相差不大，两电流表的 量程应相差不大，根据题设条件所提供的三只电流表只能选用 A2、A3。另一方面整个电 路的最大电阻的大约在 110，最小电流约为 91mA，为了提高测量精确度，也应采用 A2、A3表。 此题型的解题思路如下： 1 由确定的器材估算电路中电流或电压的极值（最大值或最小值） ； 2 由电流或电压的极值确定电路（分压式或限流式） ； 3 由电流或电压的极值确定电表量程； 4 由电表内阻与待测电阻的关系确定安培表接法（内接与外接） ； 5 画好电路图。AA/R1 R2 E S 图
