高考常考电学实验研究

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  摘要:对常考电学实验中电流表的内接法、外接法和滑动变阻器的分压式接法、限流式接法的选取作了一下简单的阐述。
  关键词:电学实验、内接法、外接法、分压式接法、限流式接法
  电学实验是高考中必考的,现在高中学生有一个共同特点,不喜欢做实验,于是出现了背实验比较觉。这样一来对电学实验题型就只是死记硬背,不清楚这类型的题如何去解。笔者针对这类型的题的求解方法做出以下的解析。
  一、电阻的测量
  1.原理:用电压表测出待测电阻两端的电压U,用电流表测出流过待测电阻中的电流,利用部分电路欧姆定律,可以计算出电阻的阻值Rx。
  2.测量电路:伏安法测电阻电路接法如下图1所示。
  a.电流表接在电压表两接线柱外侧,通常叫“外接法”
  b.电流表接在电压表两接线柱内侧,通常叫“内接法”
  因为电流表、电压表分别有分压、分流作用,因此两种方法测量电阻都有误差.伏安法测电阻的误差分析 ;
  (1)电流表外接法
  电压表示数UA=UR
  电流表示数IA=IR IV>IR
  R测=UVIA=URIR IV 即测量值偏小,适于测量小阻值电阻.
  说明:误差来源于电压表的分流,分流越小,误差越小.所以该电路适合测量小电阻,即R< (2)电流表内接法
  电压表示数UV=UR RA>UR
  电流表示数IA=IR R测=UVIA=UA URIA>R真=URIR
  即测量值偏大,适于测量大阻值电阻。
  说明:误差来源于电流表的分压,分压越少,误差越小.所以该电路适合测量大电阻,即R>>RA。
  二、電流表内外接法的选择
  所谓伏安法测电阻中的内外接法是相对电流表而言的,无论内接还是外接,由于电表内阻的影响,都会给测量带来影响,合理选择接法可以减小误差。
  1.阻值判断法:若RX、RA、RV的大小是知道的,可用以下三种方法来选择内外接法。
  待测电阻RX较大,若满足RX>>RA时,应采用内接法,因为电流表的分压较小
  当待测电阻RX较小,若满足RX< 2.倍率比较法。待测电阻RX的大小很难断定且满足RX>>RA而且满足RX  3.实验探测法。若RX、RA、RV的关系事先没有给定,可用试触法确定内外接法。可采用右图电路进行试触:
  只空出电压表的一个触头S,然后将S分别与a、b接触一下,并观察电压表和电流表的示数变化情况:
  ① 若电流表示数有显著变化,即 ΔII小>ΔUU小,说明电压表的分流作用较强,即Rx的阻值大,应选用电流表内接法。
  ② 若电压表示数有显著变化,即 ΔII小<ΔUU小,说明电流表的分压作用较强,即Rx阻值小,应选用电流表外接法。
  列1如图所示电流表和电压表的读数分别为10V和0.1A,电压表内阻为500Ω,那么待测电阻R的测量值比真实值,测量值为,真实值为.
  电压表的读数UA=UR=10V
  电流表示数IA=IR IV>IR
  R测=UVIA=URIR IV=100Ω
  IV=UVRv=0.02A IR=IA-IV=0.08A R真=URIR=125Ω
  即测量值偏小。
  答案:小,100Ω,125Ω
  列2一个未知电阻,无法估计其电阻值,某同学用伏安法测量此电阻,用如图(a)(b)两种电路各测一次,用(a)图所测数据为3.0V、3.0mA,用(b)图测得的数据是2.9V、4.0mA,由此可知,用图测得Rx的误差较小,测量值Rx=.
  分析:由ΔII小>ΔUU小得
  4.0mA-3.0mA3.0mA=13>3.0v-2.9v2.9v=129
  可知(a)图测得Rx的误差较小,即Rx的阻值大,应选用电流表内接法。
  R测=UVIA=3V3mA=1000Ω
  答案:(a),1000Ω
  三、滑动变阻器的两种接法
  1.限流接法(如图所示)
  RX的电压范围为:ERXRX R~E
  注意:合上开关前要使滑动变阻器的阻值最大
  限流接法要比分压接法省电
  2.分压接法(如图所示):
  RX的电压范围为:0~E
  注意:合上开关前,滑片P应滑到a端
  3.分压接法和限流接法的比较,如表3所示:
  (1)限流接法的优点是:电路连接简便,附加功率损耗较小;
  (2)分压接法的优点是:电压变化范围大,附加功率损耗较大。
  四、滑动变阻器两种接法的选择
  在题中没有特别要求,又满足安全性原则和方便性原则的基础上可优先选用“限流式”,但以下三种情况,滑动变阻器必须采用“分压式”接法:
  1.若题中要求所研究对象的电压从零开始连续增大时,则必须采用“分压式”;
  2.若采用限流电路,电路中的最小电流大于用电器的额定电流或超过电表的量程时,则滑动变阻器必须采用“分压式”接法;
  3.当用电器的电阻远大于滑动变阻器的最大阻值,且实验要求的电压变化范围较大或要求测量多组实验数据时,必须采用“分压式”。
  明确了上述基本要求之后,看下面的例证:
  例3 用伏安法测量一个定值电阻的阻值,備用器材如下:
  待测电阻Rx(阻值约30KΩ)
  A.电压表V11(量程0~15V,内阻50kΩ)   B.电压表V22(量程0~3V,内阻10kΩ)
  C.电流表A1(量程0~1mA,内阻250Ω)
  D.电流表A2(量程0~500μA,内阻500Ω)
  E.电源E1(电动势3V,内阻为:0.5Ω)
  F.电源E2(电动势16V,内阻为:2Ω)
  G.滑动变阻器(电阻0~200Ω)
  H.开关及导线若干
  (1)从上述器材中选出合适的器材
  (用字母表示)。
  (2)在方框中画出实验电路原理图。
  解析:因待测电阻Rx的阻值较大,故选大电源,提高电压和电流的值I=163.0×104mA=0.5mA
  由于E=16V,电压表选B
  (1)BDFGH
  其實验电路原理图如下:
  RX>>R变 ,选分压接法
  RX>>RA,选内接法
  学生按照以上几步骤和方法通过实际操作和相应实验题的练习,对高中电学实验的难点,基本上都能突破和掌握。
  列4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—8Ω,额定功率1W
  B.电流表A1:量程0—0.6A(内阻0.2Ω)
  C.电流表A2:量程0—3A(内阻0.05Ω)
  D.电压表V1:量程0—3V(内阻3KΩ)
  E.电压表V2:量程0—15V(内阻15KΩ)
  F.滑动变阻器R:0—100Ω
  G.蓄电池:电动势12V
  H.导线,电键.
  为了较准确的测量,并保证器材安全,电流表应选,电压表应选,并画出电路图。
  分析:(1)先确定测量电路额定电压,应选电压表V1。
  额定电流,应选电流表A1
  由 知,应选外接法
  (2)再确定控制电路
  由R=100Ω>10Rx知,应选择限流式电路
  其电路图如图所示。
  参考文献:
  [1] 毛永辉. 电流表内、外接法选择依据的理论分析[J].《物理通报》, 2006(2):63-64.
  [2] 张修文. 电流表的内外接法选择[J].《物理教学探讨》, 2005, 23(19):38-39 .
  [3]周双玲. 滑动变阻器的分压式、限流式接法巧选择[J].《数理化解题研究:高中版》, 2010(2):36-38.
  [4] 刘会芹. 例谈限流式电路与分压式电路的选择[J].《物理教學探讨》, 2007, 25(8):38-39.
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