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高考热点专题——电学实验器材的选择及电路设计


高考热点专题——电学实验器材的选择及电路设计 电路实验,不仅涉及测量电路的合理设计或选取、涉及控制电路的合理选取、涉及实际电路的连接以及电路初态的设置 问题,而且涉及各测量电表及可变电阻器等器材的合理选配问题。这些问题的正确处理,可反应学生实验方面分析、设计、 操作等综合能力。 一、实验器材的选择 1.对实验器材和装置的选择,应遵循以下几条主要原则。 ①安全性原则:即实验过程中,

不产生由于器材或装置选择不当而使仪器发生损坏等不良后果。在电学实验中,主要表 现为电流表,电压表使用中,正、负接线柱不能接反;各电表的读数不能超过其量程,电阻类元件的电流不能超过其最大允 许电流等;电源的最大输出电流不超过其额定电流等。 ②准确性原则:要求实验误差尽量小,精度尽量高。即要求实验能尽量减小系统误差和偶然误差。在电学实验中,应选 择适当的实验电路,选择电流表、电压表、欧姆表的适当量程进行测量。电压表、电流表的指针应指到满偏刻度的三分之一 以上。欧姆表读数时应使指针指到中值电阻(满偏二分之一处)附近(可更换不同的倍率档调整),注意每次改变倍率档时 要欧姆调零。 ③方便性原则:在保证实验能够顺利进行的条件下,使实验操作方便易行。在电学实验中,主要表现在滑动变阻器规格 的选择、分压式电路与限流式电路的选择等。在分压接法中,一般选择电阻较小而额定电流较大的;在限流接法中,变阻器 的阻值应与电路中其他电阻的阻值比较接近。 ④经济性原则:损耗最小为原则。 2、对器材选择的一般步骤是: ①选出唯一性器材。 ②草画电路图(暂不接入电流表、电压表)。 ③估算电流和电压的最大值,在考虑电表指针有较大偏转但不超量程的情况下,结合已知实验器材的规格,确定实验电 路和其他实验器材。 二、电路设计 电学设计型实验大体可分为两部分: 被测量部分的电路和电表选择与设计, 提供电压部分的电路和变阻器的选择与设计。 前一部分涉及到电阻的基本测量方法和电表的内外接法,后一部分主要涉及到滑动变阻器的分压接法和限流接法。 1、变阻器的限流和分压作用的选择 滑动变阻器有两种基本连接方法:限流式接法和分压式接法。变阻器的分压与限流接法是高考的热点,虽然两种电路均 可调节负载电阻电压和电流的大小,但在不同条件下,调节效果大不一样。 下表是对两种连接方式的比较: 滑动变阻器的连接方式及特点 接法 限 流 式 接 法 分 压 式 接 法 2.R0 上电压调节范围为 ~E 电路图 特点 适用条件 1. 用电器 R0 与滑动变阻器 R 的部分电 R0 与 R 的阻值差不多,且不 阻串联,另一部分不起作用 要求 R0 上电压能调至零 1. 用电器 R0 与滑动变阻器的部分电阻 1.要求电压调节能从 0 开始 并联后再与另一部分串联 2.R0 上电压调节范围为 0~E 增大 2.R 比 R0 小,一般取 说明: ①负载电阻的阻值 Rx 远大于变阻器的总电阻 R,须用分压电路。 ②要求负载上电压或电流变化范围较大,且从零开始连续可调,须用分压式电路。 ③负载电阻的阻值 Rx 小于变阻器总电阻 R 或相差不多,且电压电流变化不要求从零调起时,可采取限流接法。 ④两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流法总功消耗较小。 ⑤特殊问题中还要根据电压表和电流表量程以及电阻允许通过的最大电流值来反复推敲, 以更能减小误差的连接方式为 好。 2、电流表的内接法、外接法的选择 (1)两种测量电路的比较 类别 电流表内接法 电流表外接法 实验电路 误差来源 电流表的分压 测量值大于真值 电压表的分流 测量

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