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1、第5讲 电学实验（一） 5.1 电路和仪器的选择知识点睛1. 滑动变阻器应用分析（控制电路）滑动变阻器是电学实验中常用的仪器，近几年高考电学实验命题中对其应用进行过多次考查。如何选择滑动变阻器的接法仍是历届考生应考的难点。图12-3滑动变阻器的接法有限流接法与分压接法两种。如图所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为）对负载的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图电路称为限流接法，图电路称为分压接法。负载上电压调节范围（忽略电源内阻）负载上电流调节范围（忽略电源内阻）相同条件下电路消耗的总功率限流接法分压接法比较分压电路调节范围较大分压电路调节范围较大限流电路能耗较小 限流法：如上页图所示，
2、待测电阻上电压调节范围为。显然，当时，在移动滑动触头的过程中，电流的变化范围很小，总电流几乎不变，也几乎不变，无法读取数据；当时，滑动触头在从向滑动的过程中，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、电压表的读数又会变化很快，也不方便读数，只有当与差不多大小时，才能对电流、电压有明显的调控作用。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。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，且与相差不大或略小于。从便于操作的角度来看，滑动变阻器不宜太大，一般取滑动变阻器的阻值是被控电阻的35倍即可。 电源的
3、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，采用限流式接法。 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。 分压法：如上页图所示，待测电阻上电压调节范围为，且相对于越小，上的电压变化的线性就越好。当时，尽管变化范围仍是，但数据几乎没有可记录性，因为在这种情况下，滑片从左端滑到右端的过程中，电压表上示数一直几乎为零，当滑片快滑到右端时，然后突然上升到，这样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。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
4、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。 当滑动变阻器的最大值远小于用电器的电阻时，必须采用分压接法。按上页图连接时，因，所以与的并联值，整个电路的总阻值约为，那么两端电压，显然，且越小，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。 若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过的额定值时，则只能采用分压接法。2. 安培表内、外接电路的选择（实验电路）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： 直接比较法：当待测电阻阻值时，伏特表分
5、流很小，选择安培表外接电路；当待测电阻阻值时，安培表分压很小，选择安培表内接电路。 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，如何确定被测电阻是较大还是较小呢？我们要计算两种接法的相对误差，可用与相比较。当即时，宜采用电流表外接法；当即时，宜采用电流表内接法；而时，电流表内外接法效果是一样的。此时的被测电阻值我们称为临界电阻。 测试判断法（试触法）若、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、两点，观察先后两次试触时两电表的示数变化情况。如果电流表的示数变化比电压表示数变化明
6、显(即)，说明接点时电压表分流作用引起的误差大于接点时电流表分压作用引起的误差，这时应采用内接法(即电压表接点)。如果电压表的示数变化比电流表示数变化明显(即)，说明接点时电流表分压作用引起的误差大于接点时电压表分流作用引起的误差，这时应采用外接法(即电压表接点)。（口诀：“内大外小”，内接法测大电阻且系统误差偏大，即测量值大于真实值；外接法测小电阻且系统误差偏小，即测量值小于真实值）3. 实验器材和量程的选择 保证安全，误差尽可能小。 在不超过电表量程的条件下，选择量程较小的电表（以便测量时示数能在满刻度的2/3左右）。 实现较大范围的灵敏调节。如要通过变阻器的电阻改变来读取不同的电流、电压
7、值时，要注意避免出现变阻器滑片稍有移动电流或电压就会有很大变化的情况，也要避免出现滑片从一头滑到另一头，电流或电压几乎没有变化的情况。例题精讲滑动变阻器应用分析【例1】如图所示，滑动变阻器电阻最大值为，负载电阻，电源电动势为,内阻不计。 当断开，滑动头c移动时，两端的电压范围是多少？ 当闭合，滑动头c移动时，两端的电压范围是多少？ 设R的长度，上单位长度的电阻各处相同，、间长 度为，当接通后，加在上的电压与的关系如何？【答案】 电路选择【例2】用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻（约）；直流电流表（量程、内阻）；直流电压表（量程、内阻）；直流电源（输出电压、内阻不计）；滑动变阻器（
8、、允许最大电流）；开关个，导线若干。根据器材的规格和实验要求画出实验电路图。【答案】5.2 电阻的测量方法（一）知识点睛在高中电学实验中，涉及最多的问题就是电阻的测量，电阻的测量方法比较多，最常用的有：欧姆表测量和伏安法（本节讲解），比较法和半偏法（下节讲解）。1. 欧姆表测量：最直接测电阻的方法。但是一般用欧姆表测量只能进行粗测，为下一步的测量提供一个参考依据。用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。2. 伏安法：伏安法的测量依据是欧姆定律（包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律），需要的基本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表时，可以用标准电阻（电阻箱或给一个定值电阻）代替；当电表的内阻已知时
9、，根据欧姆定律，电压表同时可以当电流表使用，同样根据，电流表也可以当电压表用。 电流表外接法电压表示数：，电流表示数：，测量值偏小，适于测量小阻值电阻。 电流表内接法电压表示数：，电流表示数：，测量值偏大，适于测量大阻值电阻。例题精讲仪器选择、电路选择【例3】 来源:学。科。网用伏安法测量某一电阻阻值，现有实验器材如下：待测电阻（阻值约，额定功率为）；电流表（量程，内阻）;电流表（量程，内阻）；电压表（量程，内阻）;电压表（量程，内阻）；滑动变阻器（）,蓄电池（电动势为）、开关、导线。为了较准确测量阻值，电压表、电流表应选_，并画出实验电路图。【答案】 电流表应选，电压表应选仪器选择、电路选择
10、【例4】某电压表的内阻在之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表(量程)，电流表(量程)，电流表(量程)，电流表(量程)，滑动变阻器(最大阻值)，电源(电源电压为)，开关。 所提供的电流表中应选用 (填字母代号)。 为了尽量减小误差，要求多测几组数据，试在方框中画出符合要求的实验电路(其中电源和开关及连线已画出)。【解析】 电流表 伏安法测电阻变式【例5】用伏安法测电阻时，由于电压表、电流表内阻的影响，不论使用电流表内接法还是电流表外接法，都会产生系统误差。为了消除系统误差，某研究性学习小组设计了如图所示的测量电路。 请完成下列操作过程：第一步：先将的滑动头调到最左端，单刀
11、双掷开关合向，然后闭合电键，调节滑动变阻器和，使电压表和电流表的示数尽量大些（不超过量程），读出此时电压表和电流表的示数、。第二步：保持两滑动变阻器的滑动触头位置不变， 。 根据以上记录数据写出被测电阻的表达式 。 根据实验原理图连接好实物图【答案】 第二步：将单刀双掷开关合向，读出此时电压表和电流表的示数、。 。 图略【例6】若图1为某磁敏电阻在室温下的特性曲线，其中,分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值。请按要求完成下列实验。改图纵坐标 设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图2的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已
12、给出，待测磁场磁感应强度大小约为，不考虑磁场对电路其它部分的影响)。要求误差较小。提供的器材如下：A. 磁敏电阻，无磁场时阻值B. 滑动变阻器，全电阻约C. 电流表，量程，内阻约D. 电压表，量程，内阻约E. 直流电源，电动势，内阻不计F. 开关，导线若干 正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表1234560.000.450.911.501.792.710.000.300.601.001.201.80根据上表可求出磁敏电阻的测量值 结合图1可知待测磁场的磁感应强度 。 试结合图1简要回答，磁感应强度在和范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同? 某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁
13、敏电阻在一定温度下的特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论?【答案】 略 1500 0.90 在范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在范围内，磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)。 磁场反向。磁敏电阻的阻值不变。5.3测定金属的电阻率5.1 电路和仪器的选择知识点睛1. 实验目的：用伏安法间接测定某种金属导体的电阻率；练习使用螺旋测微器。2. 实验原理：根据电阻定律公式，只要测量出金属导线的长度和它的直径，计算出导线的横截面积，并用伏安法测出金属导线的电阻，即可计算出金属导线的电阻率。3. 实验电路图：4. 注意事项： 测量被测金属导线的有效长度
14、，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度，测量时应将导线拉直。 本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法。 实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路（闭合电路），然后再把电压表并联在待测金属导线的两端。 闭合电键之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置 在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流强度的值不宜过大（电流表用量程），通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大。例题精讲【例7】在“测定金属的电阻率”的实验中，某同学进行了如下操作：0010545 用毫米刻度尺测量接入电路中的金属丝的有效长度。再用螺旋测微器测量金属丝的直径，某次测量结果如图所示，则这次测量的读数 。ESVAbca 已知金属丝的阻值大约为，现使用电流表和电压表准确测量金属丝的阻
