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1、电路设计原理 1进行实验设计的总体原则进行实验设计的总体原则o（1）精确性：在实验误差允许的范围内，）精确性：在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案应尽可能选择误差较小的方案o（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，）安全性：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高不会对器材造成损害，且成功率高o（3）可操作性：实验应便于操作和读数，）可操作性：实验应便于操作和读数，便于进行数据处理便于进行数据处理 2实验设计的基本思路实验设计的基本思路o实验设计的关键在于实验设计的关键在于实验原理实验原理的设计，它是进行实验的依的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或
2、还需）哪些实验器材，应据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤而实验原理的设计测量哪些物理量，如何编排实验步骤而实验原理的设计又往往依赖于所又往往依赖于所提供的实验器材（条件）提供的实验器材（条件）和和实验要求实验要求，它，它们相辅相成，互为条件们相辅相成，互为条件实验原理举例o伏安法及变式伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：以测量电表的内阻为例：o（1）电流表、电压表各一只，可以测量它）电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻们的内阻VAVA实验原理举例o伏安法及变式伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：以测量电表的内阻为例：o（2）两只同种电表，若知
3、道一只的内阻，）两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻就可以测另一只的内阻A2A1V1V2实验原理举例o伏安法及变式伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：以测量电表的内阻为例：o（3）两只同种电表内阻都未知，则需要一）两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻只电阻箱才能测定电表的内阻RA1A2V2V1Ro伏安法及变式伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：以测量电表的内阻为例：o电流表、电压表各一只，可以测量它们的内电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻除伏安法外，还常用替代法、半偏法和闭阻除伏安法外，还常用替代法、半偏法和闭合电路欧姆定律（计算法）合电路欧姆定律（
4、计算法）o（ 4 ）替代法替代法实验原理举例G2R21V2R21SSG2V1实验原理举例o伏安法及变式伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：以测量电表的内阻为例：o（5）半偏法）半偏法GR2S2R1S1R1SVR2实验原理举例o伏安法及变式伏安法及变式:以测量电表的内阻为例：以测量电表的内阻为例：o（6）闭合电路欧姆定律（计算法）闭合电路欧姆定律（计算法）o电源电源(内阻不计内阻不计),电压表电压表 ,变阻箱变阻箱 ,单刀双掷开关单刀双掷开关VS2REr1电源内阻不计3电学实验的器材选择和电路设计电学实验的器材选择和电路设计o（1）电路结构）电路结构完整的实验电路包括三个部分：完整的实验电路包括
5、三个部分：o测量电路，测量电路，o控制电路（变阻器、开关），控制电路（变阻器、开关），o电源电源o（2）思路）思路测量电路测量电路器材选择器材选择配置配置控制电路控制电路电路选择电路选择控制控制调节调节举例说明3电学实验的器材选择和电路设计电学实验的器材选择和电路设计o（3 3）方法）方法( (控制电路设计方法控制电路设计方法) )o分压、限流电路选择分压、限流电路选择o在下列情况下应选择分压电路在下列情况下应选择分压电路o（1）实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变）实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化。化。o（2）限流不能保证安全，即限流电路中的最小电）限流不能保证安全，即限流电路中的
6、最小电流超过电表量程或用电器的额定电流常见于变阻流超过电表量程或用电器的额定电流常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况器全电阻远小于测量部分电阻的情况3电学实验的器材选择和电路设计电学实验的器材选择和电路设计o（3 3）方法）方法( (控制电路设计方法控制电路设计方法) )o分压、限流电路选择分压、限流电路选择o（3）限流能保证安全，但变阻器调节过程中，电）限流能保证安全，但变阻器调节过程中，电表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要求常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情求常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况况o在限流、分压两种电路
7、在限流、分压两种电路都都满足实验要求时满足实验要求时 ，由于，由于限流电路限流电路结构简单，损耗的电功率小，应结构简单，损耗的电功率小，应优先优先选用选用3电学实验的器材选择和电路设计电学实验的器材选择和电路设计o（3 3）方法）方法( (控制电路设计方法控制电路设计方法) )o滑动变阻器的粗调和微调滑动变阻器的粗调和微调o在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；器起微调作用；o在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反与
8、限流电路相反o在选择电阻时有还需注意电阻的额定电压、在选择电阻时有还需注意电阻的额定电压、额定功率或额定电流额定功率或额定电流3电学实验的器材选择和电路设计电学实验的器材选择和电路设计o（3 3）方法（电表的选择）方法（电表的选择）o电表选择电表选择：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先表时应先估算估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程最大偏转量都应接近量程o例例:电源电源E=6v Rx约约
9、15 变阻器阻器R=150oA1 3 A ; A2 0.6 A ; A3 50 mA A【例例1】用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ：待测电阻待测电阻Rx （阻值约为（阻值约为25k）电流表电流表A1：（量程：（量程100A，内阻，内阻2k）电流表电流表A2：（量程：（量程500A，内阻，内阻300）电压表电压表V1：（量程：（量程10V，内阻，内阻100k）电流表电流表V2：（量程：（量程50V，内阻，内阻500k）电源电源E：（电动势：（电动势15V，允许最大电流，允许最大电流1A）滑动变阻器滑动变阻器R：（最大阻值：（最大阻值1k）
10、电键电键S，导线若干，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据为了尽量减小实验误差，要求测多组数据（1）电流表应选）电流表应选_，电压表应选，电压表应选_o（2）画出实验电路图）画出实验电路图测量电路与器材选择 o从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理表及电表与电源间的配置要合理o注意到电源电动势远小于电压表注意到电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电的量程，而跟电压表压表V1的量程较接近，若选用电压表的量程较接近，若选用电压表V2来测量电来测量电压，其最大偏转量达不到量程的压，其最大偏转量达不到量程的1/3
11、，读数时偶，读数时偶然误差太大，所以选用然误差太大，所以选用V1较恰当；较恰当； o而此时通过电流表的最大电流，而此时通过电流表的最大电流，因此，电流表因此，电流表A2与与V1配置较好配置较好控制电路选择 o电路选择主要从滑动变阻器对电路的控制和调节的角度考虑o若采用限流电路控制，注意到测量部分的总电阻约为20k，远大于滑动变阻器的总电阻（1k），要保证电表安全，变阻器分得的电压至少为5V，阻值应调到10k，显然，限流不能起到保证电表安全的作用，更不能进行有效调节，所以，只能采用分压电路控制 【例例1】用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下 ：
12、待测电阻待测电阻Rx （阻值约为（阻值约为25k）电流表电流表A1：（量程：（量程100A，内阻，内阻2k）电流表电流表A2：（量程：（量程500A，内阻，内阻300）电压表电压表V1：（量程：（量程10V，内阻，内阻100k）电流表电流表V2：（量程：（量程50V，内阻，内阻500k）电源电源E：（电动势：（电动势15V，允许最大电流，允许最大电流1A）滑动变阻器滑动变阻器R：（最大阻值：（最大阻值1k）电键电键S，导线若干，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据为了尽量减小实验误差，要求测多组数据（1）电流表应选）电流表应选_，电压表应选，电压表应选_（2）画出实验电路图）画出实验电
13、路图A2V1【例2】 用以下器材测量一待测电阻用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值（的阻值（9001000）：）：电源电源E，具有一定内阻，电动势约为，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表电压表V1，量程为，量程为1.5V，内阻，内阻r1=750；电压表电压表V2，量程为，量程为5V，内阻，内阻r2=2500；滑线变阻器滑线变阻器R，最大阻值约为，最大阻值约为100；单刀单掷开关单刀单掷开关S，导线若干，导线若干（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量）测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻电阻Rx的一种实验电路原理图的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图原
14、理图中的元件要用题图中的相应的英文字母标注）中的相应的英文字母标注）o本题主要考查电阻测量的原理、电路设计、实物连线等知识，测试设计简单实验方案的能力对于内阻已知的电压表，可作电流表使用对于内阻已知的电压表，可作电流表使用使用电表时，必须考虑电表间的量程配置，本题要求电压表读数不小于量程的，因此，电压表V2与V1的位置不能互换进行实物连线时，应注意以下几个问题进行实物连线时，应注意以下几个问题：a直流电表的正、负接线柱（正接线柱应连接在电路电势高端，负接线柱应连接在电路电势低端）；b电表的内外接法；c滑动变阻器的接法（限流或分压，接通电路后，应使电表读数最小）；d开关的连接（应在干路上，闭合前电表读数为零）
