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1、电学实验中的电路设计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、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。选择、电学实验电路的设计。【学习目标学习目标】实验电路实验电路测量电路测量电路供电电路供电电路(控制电路）控制电路）AVR电流表外接法电流表外接法AVR电流表内接法电流表内接法一、常见实验电路的组成：例题例题1. 在在“测定金属的电阻率测定金属的电阻率”的实验中，金属丝的电阻大的实验中，金属丝的电阻大约为约为4，现要用伏安法测出金属丝的电阻在用伏安
2、法测，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：实验器材： A .直流电源：电动势约直流电源：电动势约4.5 V，内阻很小；，内阻很小； B. 电流表电流表A1：量程：量程00.6 A，内阻，内阻0. 2； C .电压表电压表V：量程：量程03 V，内阻，内阻3 k； D. 滑动变阻器滑动变阻器R1：最大阻值：最大阻值30； E. 开关、导线等开关、导线等根据所提供的器材，画出实验的测量电路部分根据所提供的器材，画出实验的测量电路部分思考探究思考探究1. 伏安法测电阻的测量电路部分设计探
3、究伏安法测电阻的测量电路部分设计探究1.1.测量电路的两种接法测量电路的两种接法 AVRAVR测量电路的选择测量电路的选择 当当时时，选选用用电电流表内接法。流表内接法。时时，选选用用电电流表外接法。流表外接法。当当若已知待测电阻的大约值，电流表的内阻和电压表的内若已知待测电阻的大约值，电流表的内阻和电压表的内阻，则阻，则大内大，小外小大内大，小外小例题例题2. 有一待测的电阻器有一待测的电阻器Rx，其阻值约在，其阻值约在4050之间，实验室准备用来之间，实验室准备用来测量该电阻值的实验器材有：测量该电阻值的实验器材有： 电压表电压表V (量程量程010 V，内电阻约，内电阻约20 k) 电流
4、表电流表A （量程（量程0300 mA，内电阻约，内电阻约4) 滑动变阻器滑动变阻器R （最大阻值为（最大阻值为10,额定电流为额定电流为2 A) 直流电源直流电源E （电动势为（电动势为9V，内电阻约为，内电阻约为0. 5) 开关及若干导线开关及若干导线 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，以便画出出IU图线，请画出实验电路图图线，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 2、（控制电路）限流和分压电路的选取、（控制电路）限流和分压电路的选取 1.1.限流式限流式 变变阻器起限流作
5、用，阻器起限流作用，待待测测电电阻阻R Rx x的的电压电压可可调调范范围围ESRABPRx2.2.分压式分压式 变阻器起分压作用，变阻器起分压作用，待测待测电阻电阻Rx的电压可调范围的电压可调范围限流式限流式电电路的特点路的特点: :（1 1）电压电压不能从零开始不能从零开始调节调节, ,调节调节范范围较围较小，但小，但电电路路结结构构较为简单较为简单。 （2）电能损耗较小。）电能损耗较小。分分压压式式电电路的特点路的特点: :（1 1）电压可以从零开始调节到电源电动势）电压可以从零开始调节到电源电动势, ,调节范调节范围较大，围较大， 但电路结构较为复杂。但电路结构较为复杂。（2）电能损耗
6、较大。）电能损耗较大。限流式限流式 分压式分压式 可调范围可调范围变阻器变阻器电能损耗电能损耗较大阻值较大阻值较小阻值较小阻值较小较小较大较大R R10R10Rx x，应选择应选择限流式限流式电电路路R R10R10Rx x，应选择应选择分分压压式式电电路路若若实验实验要求要求电压电压从零开始从零开始变变化化，应选择应选择分分压压式式电电路路如无此要求，如无此要求，则则零起必分，滑小必分，烧表必分，滑大可限零起必分，滑小必分，烧表必分，滑大可限二、电学实验电路设计遵循二、电学实验电路设计遵循的基本原则的基本原则1.安全性原则安全性原则2.精确性原则精确性原则3.可操作性（方便性）原则可操作性（
7、方便性）原则例例题题3. 在伏安法在伏安法测电测电阻的阻的实验实验中，中，实验实验室室备备有下列器材：有下列器材： A待待测电测电阻阻Rx，阻，阻值约为值约为10左右左右 B电压电压表表Vl，量程，量程6V，内阻，内阻约约2k C电压电压表表V2，量程，量程15V，内阻，内阻约约10k D电电流表流表Al，量程，量程0.6A，内阻，内阻约约0.2 E电电流表流表A2，量程，量程3A，内阻，内阻约约0.02 F电电源：源：电动势电动势E=12V，内阻可忽略不，内阻可忽略不计计 G滑滑动变动变阻器阻器Rl，最大阻，最大阻值值10，最大，最大电电流流为为2A H滑滑动变动变阻器阻器R2，最大阻，最大
8、阻值值50，最大，最大电电流流为为0.2A I导线导线、电键电键若干若干 (1) 为为了了较较精确精确测测量量电电阻阻阻阻值值，在上述器材中，在上述器材中选选出出该实验该实验所用器材所用器材_(填器材前面的字母代号填器材前面的字母代号)； (2) 请请画出画出该实验电该实验电路路图图。问题探究问题探究3. 综合地通过测算、评估、统筹等综合地通过测算、评估、统筹等过程和方法，最优化地进行实验电路设计探究过程和方法，最优化地进行实验电路设计探究练习练习1：在：在“测定金属电阻率测定金属电阻率”的实验中，待测金属导的实验中，待测金属导线的电阻线的电阻Rx约为约为5 ，电池，电池E(电动势为电动势为3
9、 V，内阻，内阻r约为约为0.3 )，另有开关，另有开关S，导线若干，其他供选择的，导线若干，其他供选择的器材有：器材有：A电压表电压表V1(量程量程3 V，内阻约为，内阻约为15 k)B电压表电压表V2(量程量程15 V，内阻约为，内阻约为75 k)C电流表电流表A1(量程量程0.6A，内阻约为，内阻约为1 )D电流表电流表A2(量程量程3 A，内阻约为，内阻约为0.2 )E变阻器变阻器R1(010 ，1 A)F变阻器变阻器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）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，电流表应该选可能大，则
10、在上述器材中，电流表应该选，电压表应该选择电压表应该选择，变阻器应该选，变阻器应该选。（2）画出此实验的原理图并标上所选择电表的符号。）画出此实验的原理图并标上所选择电表的符号。练习练习2、在、在“描绘小灯泡的伏安特性曲线描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，使用的小的实验中，使用的小灯泡为灯泡为“6V，3W”，其他供选择的器材有：，其他供选择的器材有：电压表电压表V1，（量程为，（量程为6V，内阻，内阻20K）；）；电压表电压表V2，（量程为，（量程为15V，内阻，内阻30K）；）；电流表电流表A1，（量程为，（量程为3A，内阻，内阻0.2）；）；电流表电流表A2，（量程为，（量程为0.6A，
11、内阻，内阻1）；）；变阻器变阻器R1（01000，0.5A）；）；变阻器变阻器R2（020，2A）；）；学生电源学生电源E（直流（直流9V）；）；开关开关S及导线若干，及导线若干，（1）实验中要求在电压表）实验中要求在电压表06V范围内读取并记录下范围内读取并记录下12组左组左右不同的电压值右不同的电压值U和对应的电流值和对应的电流值I，以便作出伏安特性曲线，以便作出伏安特性曲线，则在上述器材中，电流表应该选则在上述器材中，电流表应该选，电压表应该，电压表应该选择选择，变阻器应该选，变阻器应该选。（2）在方框中画出此实验的原理图；）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
12、的电压的顺序是）测量小灯泡电压时，调节小灯泡的电压的顺序是 。（填。（填“从低到高从低到高”或或“从高到低从高到低”）练习练习3、有一个额定电压为、有一个额定电压为2.8V，功率约为，功率约为0.8W的小灯泡，的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的现要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线，有下列器材供选用：图线，有下列器材供选用：A电压表（电压表（03V，内阻，内阻6 k） B电压表（电压表（015 V，内阻，内阻30k）C电流表（电流表（03 A，内阻，内阻0.1） D电流表（电流表（00.6 A，内阻，内阻0.5）E滑动变阻器（滑动变阻器（10，2 A） F滑动变阻器（滑动变阻器（200 ，0.5
13、 A）G蓄电池（电动势蓄电池（电动势6V，内阻不计），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压表应选用_，电流表应选用，电流表应选用_，滑动变阻器应，滑动变阻器应选用选用_（用序号字母表示）（用序号字母表示）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得此灯泡在正常工作时的电阻为_（保留两位有效（保留两位有效数字）数字）U/V123I/A00.10.20.3 测算：测算：根据题目所提供的电源的电动势数值、滑动根据题目所提供的电源的电动势数
14、值、滑动变阻器的阻值和待测电阻的大约阻值，测算在串联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限流接法下的电路中可能出现的电流值的范围。电流值的范围。 评估：评估：在坚持电路设计的在坚持电路设计的三个基本原则三个基本原则：安全性、：安全性、精确性和可操作性原则前提下，根据测算出的电流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（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；看待测电阻允许通过
15、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（如足实验要求的电流和电压取值范围（如IU图像、图像、测量数据列表等显示的电流、电压范围）；测量数据列表等显示的电流、电压范围）；小结选择实验仪器，设计实小结选择实验仪器，设计实验电路的基本程序：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：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。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器的并联分压接法并选用阻值较小的滑动变阻器。变阻器。 统筹选择：统筹选择：在统筹兼顾上述诸多因素的前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，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。阻器，确定控制电路的接法。 画电路图：画电路图：注意开关的位置，标明电路中注意开关的位置，标明电路中仪器代号。仪器代号。
