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习题课五　电路设计、器材的选择
与电学实验图像问题
素养 目标定位
目标素养
1.能运用伏安法测电阻,会进行误差分析
2.理解滑动变阻器限流式和分压式两种接法的优缺点及适用范围,能根据具体问题选择合适的接法并能解决实际问题
3.学会根据实验要求选择实验器材
4.理解图像,学会用图像处理实验数据
课堂 要点解读
一 电流表的两种接法
知识讲解
1.两种接法的比较。
电流表的两种接法 内接法 外接法
电路图

误差分析
电流表的两种接法 内接法 外接法
误差原因 电流表分压UV=URx+UA 电压表分流IA=IRx+IV
电阻测量值
适用条件 RA Rx RV Rx
适用于测量 大阻值电阻 小阻值电阻
(3)试触法:适用于Rx、RV、RA的阻值关系都不能确定的情况,如图所示,把电压表的可动接线端分别试接b、c两点,观察两电表的示数变化,若电流表的示数变化明显,说明电压表的分流作用对电路影响大,应选用内接法,若电压表的示数有明显变化,说明电流表的分压作用对电路影响大,所以应选外接法。
典型例题
【例1】 在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200 Ω,电压表V的内阻约为2 kΩ,电流表A的内阻约为10 Ω,测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示。
甲
乙
Rx1
大于
小于
二 滑动变阻器的使用方法
知识讲解
1.两种接法的特点。
(1)限流式接法耗能低,但电压调节范围小。
(2)分压式接法电压调节范围大,并且可从零开始变化。
2.滑动变阻器的两种接法及其应用。
(1)滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况。
①要求电压表能从零开始读数。
②当待测电阻Rx R(滑动变阻器的最大阻值)时。
③若采用限流式接法,电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流。
(2)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化,通常情况下,由于限流式结构简单、耗能少,优先使用限流式接法。
典型例题
【例2】 在电学实验中,常常需要测量电学元件的电阻值,如小灯泡、金属丝、电流表内阻、电压表内阻、待测电阻等。利用伏安法测量某电阻的阻值,有如下实验器材:
A.待测电阻,阻值约为100 Ω
B.电流表(量程0~0.3 A,内阻约0.125 Ω)
C.电压表(量程0~15 V,内阻约5 kΩ)
D.电源15 V
E.滑动变阻器(阻值0~10 Ω,允许最大电流2 A)
F.开关一个,导线若干
请根据器材的规格和实验要求尽量减小误差,先画出实验电路图,再连接实物图。
答案:见解析
甲
乙
三 实验器材的选择
知识讲解
1.器材的选择原则
(1)安全原则;(2)精准原则;(3)可操作性原则;(4)简单原则。
典型例题
【例3】 某同学用伏安法测定待测电阻Rx的阻值(约为10 kΩ),除了Rx、开关S、导线外,还有下列器材供选用:
A.电压表(量程0~1 V,内阻约10 kΩ)
B.电压表(量程0~10 V,内阻约100 kΩ)
C.电流表(量程0~1 mA,内阻约30 Ω)
D.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.05 Ω)
E.电源(电动势1.5 V,额定电流0.5 A,内阻不计)
F.电源(电动势12 V,额定电流2 A,内阻不计)
G.滑动变阻器R0(阻值范围0~10 Ω,额定电流2 A)
(1)为使测量尽量准确,电压表选用　　　,电流表选用　　　,电源选用　　　　。(均选填正确选项前的标号)
(2)在虚线框内画出测量Rx阻值的实验电路图。
(3)该同学选择器材、连接电路和操作均正确,从实验原理上看,待测电阻测量值会　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)其真实值,原因是　 　 。
B
C
F
大于
电压表的示数大于待测电阻两端的实际电压
解析:(1)若电源选用E,则通过Rx的最大电流为0.15 mA,电流表选用C还达不到半偏,故电源应选用F。电压表内阻应远大于被测电阻阻值且量程接近电源电压,故电压表选用B。由以上分析可知所测电路中的最大电流约为1 mA,故电流表选用C。
(2)因为待测电阻阻值较大,所以电流表应采用内接法。因为滑动变阻器的阻值很小,若采用限流接法接入电路起不到多大的限流作用,所以滑动变阻器应采用分压接法,实验电路图如图所示。
成果验收站
1.用电流表(内阻约4 Ω)和电压表(内阻约3 kΩ)测量电阻R的阻值。某次按照如图所示电路的测量情况:电流表的示数是5 mA,电压表的示数是2.5 V,正确的说法是(　　)
A.电阻R的值为500 Ω
B.电阻R的值略大于500 Ω
C.电阻R的值略小于500 Ω
D.如果采用电流表外接法测量,结果更加精确
答案:C
2.如图所示,有一未知电阻Rx,为了较准确地测出其电阻值,某同学通过以下两组测量数据,判断电压表S端是接a点还是接b点。当电压表的S端接a点时,两个电表的示数分别为11 V、1.9 A;当电压表的S端接b点时,两个电表的示数分别为10 V、2.0 A,那么该电阻的测量值较为准确的数值应等于　　　 Ω,测量值与真实值的偏差情况是　　　(选填“偏大”或“偏小”)。
答案:5.0　偏小
3.用伏安法测量某电阻Rx的阻值,现有实验器材如下:
A.待测电阻Rx:范围在5~8 Ω,额定电流0.45 A
B.电流表A1:量程0~0.6 A(内阻0.2 Ω)
C.电流表A2:量程0~3 A(内阻0.05 Ω)
D.电压表V1:量程0~3 V(内阻3 kΩ)
E.电压表V2:量程0~15 V(内阻15 kΩ)
F.滑动变阻器R:0~10 Ω
G.电源12 V
H.导线、开关
为了较准确地测量,并保证器材安全,电流表应选　　　,电压表应选　　　　,并在虚线框中画出电路图。(均选填正确选项前的标号)
B
D
4.某同学用如图所示的电路测量一未知电阻的阻值,有以下器材可供选择。
待测电阻Rx(阻值约为10 Ω);
电压表V1(量程为0~6 V,内阻约为2 kΩ);
电压表V2(量程为0~15 V,内阻约为10 kΩ);
电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻约为0.2 Ω);
电流表A2(量程为0~3 A,内阻约为0.02 Ω);
单刀双掷开关;
滑动变阻器R(最大阻值为10 Ω,允许通过的最大电流为2 A);
电源E(电动势为12 V,内阻忽略不计);
单刀单掷开关;
导线若干。
(1)为了较准确地测出待测电阻的阻值,电压表应选择　　　,电流表应选择　　　　。
(2)电路对应的实物图如图所示,请用笔画线代替导线将实物图补充完整。
V1
A1
(3)进行测量时,单刀双掷开关应掷于　　(选填“a”或“b”)处,该电阻的测量值　　　　(选填“>”“=”或“<”)真实值。
a
<
解析:(1)若选用量程为0~15 V的电压表,由于电源的电动势为12 V,则回路中最大电流约为1.2 A,选择电流表A1量程太小,选择电流表A2量程又太大,故电压表只能选V1,此时通过电流表的最大电流约为0.6 A,故电流表选择A1。
(2)实物图连接如图所示。
(3)进行测量时,由于电压表的内阻远大于待测电阻的阻值,因此电流表应采用外接法,单刀双掷开关应掷于a处,此时代入计算的电流值偏大,因此电阻的测量值小于真实值。

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