2018高中物理电学实验器材和电路的选择

8731617

　　高中物理电学实验器材和电路的选择
摘要:电学实验是高中实验教学的重点内容,电学实验设计是高中学生必须掌握的基本实验操作技能,因而电学设计性实验成为历年高考的热点之一。由于中学电学实验原理丰富,涉及的器材种类较多,每一种器材对应有不同的量程,所以电学实验设计的难点在于对电路和器材的选择。电学实验器材和电路选择主要是针对电源、电表、变阻器的选择,总的原则是安全、适用、方便和准确。
　　关键词:电学实验;器材;电路;选择
　　中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2010)8(S)-0008-3
　　
　　 高中物理电学实验是近几年重庆高考实验题的必考题,考试的形式开放,内容源于教材上的电学实验基础,但又不拘泥于书本知识,需要学生在深刻领会基本知识的同时应用于新的实践。本文着重从器材和电路的选择上,谈谈笔者的一些见解。
　　
　　1 基本器材的选择
　　
　　1.1 电源的选择
　　一般根据实验要求来选择。如电火花计时器直接用220V的交流电源;电磁打点计时器则应选用4～6V的低压交流电源;电场中等势线的描绘使用直流6V电源;而测量电源电动势和内电阻则用一节使用旧的干电池等等。一般都没有多大的变化,而选择低压电源是一般控制在6～12V的范围内。  

　　1.2 电流表和电压表的选择
　　电表的选择原则是:保证使用时流过电流表的电流和加在电压表的电压均不超过使用量程;然后考虑电压表、电流表在使用时,指针有较大偏转(一般取满偏度的2/3左右)。
　　电流表和电压表的选择依据主要是:①根据电源的参数来选择。比如,测量电源电动势和内电阻这个实验中,我们选择一节使用旧的干电池作为电源,那么我们选用量程为3V的电压表就足够了。②根据电路中的最大电流(或者电压)来选择。这往往需要我们的同学根据题目中已知的电学参数计算,电表的量程只要稍大于最大值即可。③根据用电器的额定电流(或者电压)来选择。比如我们在描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验中,如果我们研究的小灯泡是3V,2.5W那么我们就可以此为依据选择电表的量程。
　　1.3 滑动变阻器的选择
　　滑动变阻器是电学实验中的必备仪器,在电阻中主要起调节电压和电流的作用。滑动变阻器选择原则:考虑被测对象要求的电流或电压变化范围,并且方便、节能。注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值。对高阻值的变阻器,如果滑动头稍有移动,电流、电压变化很大的,不宜采用,应选用阻值小的变阻器。
　　例题1 如图1所示的电路中,电源E=5V,R是阻值0～10000,额定电流1A的滑动变阻器,电压表的量程为0～6V ,电流表的量程为0～0.6A, Rx为阻值约为10的电阻。   
　　这个实验中滑动变阻器的选择就论文联盟有问题,这就会导致滑动变阻器先滑动很少,电流表就会有很大的变化;后滑动很长一段,而电流表的读数几乎不变。
　　
　　2 基本原则
　　
　　2.1 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,主要表现在电流表、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。
　　例题2 为了测定一段金属丝的电阻(阻值大约为10),主要备选仪器如下:
　　A.电动势是6V的直流电源
　　B.量程是0～600mA、内阻为2的电流表
　　C.量程是0～100mA、内阻为15的电流表
　　D.量程是0～3V、内阻为3k的电压表
　　E.量程是0～15V、内阻为15k的电压表
　　F.阻值为0～10、额定电流为1.0A的滑动变阻器
　　①电流表应选用______。
　　②电压表应选用______。(用代号表示)
　　解 首先必须估算出电路中可能的最大电流值及电路两端的最大电压值,当滑动变阻器接入电路的电阻为零时,电路中电流最大。根据闭合电路欧姆定律可得:Imax?/R=0.6A。故应选电流表B。同理,当电路中电流达到最大时,电阻两端的电压也为最大,其值可能达6V,故伏特表应选E。  代写论文 http://
　　2.2 适用性原则
　　所谓适用性原则,就是选择的仪器必须适用可行,能保证实验正常地顺利地进行,应使实验的测量范围符合实验要求。
　　例题3 有一改装的安培表A1需要与一个标准安培表A2进行核对,采用如图3所示电路,其中为直流电源(三节蓄电池串联而成),R0为一定值电阻,R为一可变电阻,S为电键。实验中已有的器件及仪器的规格如下:
　　A.固定电阻(阻值8,额定电流2A)
　　B.固定电阻(阻值15,额定电流2A)
　　C.滑动变阻器(阻值范围0～20,额定电流2A)
　　D.滑动变阻器(阻值范围0～200,额定电流2A)
　　已知两个表的刻度盘上都将量程均分为6大格,要求从0.1A起对每条刻度线一一进行核对。为此,从备用的电阻器中R0应选用______,R应选用______(用字母代号填入)。
　　解 定阻电阻器R0在电路中称为限流电阻,它的作用是限制电路中的最大电流。使之不超出安培表的量程过多,从而对安培表起保护作用。滑动变阻器R为调节电阻,它的作用是调节电路中的电流强度,从而实现对电路中的电流强度起控制作用。从题中的要求看,即电流应在0.1～0.6A的范围内,I=U/R,即电阻的最小值小于10,最大值应大于60,即R0应选用A,R应选用D。  论文代写 http://
　　2.3 方便性原则
　　所谓方便性原则,就是在保证实验能够顺利进行的条件下(安全性、适用性符合要求),如何恰当地选择器材或实验装置使实验操作方便易行。这一原则在电学实验中也很突出,主要表现在滑动变阻器的选择、分压电路与限流电路的选择等。
　　滑动变阻器在电路中有两种接法:分压式接法和限流式接法。 当滑动变阻器用作限流时,其连接如图4所示,它是把滑动变阻器串联在电路中,用以控制或调节电路中的电流。此电路中待测电阻Rx两端的电压的调节范围是[ERx/(Rx+R)]~E。
　　当滑动变阻器用作分压时,其连接如图5所示,它是从滑动变阻器上分出一部分电压加在待测电阻上。其优点是当它的滑片从a端向b端滑动时,待测电阻Rx两端的电压可从零开始连续变化到所需电压(限流式则不能),且电压的调节范围是0~E,比用作限流时要大。
　　变阻器的接法的选择可以根据以下条件判断:
　　(1)以下几种情况一般选分压电路:
　　①要求被测电阻两端电压变化范围较大,如有些实验要求画出U-I图象的,或要求电压从零开始连续可调的。
　　②若用限流接法接成电路,电路中的最小电流仍大于待测电阻的额定电流或电路中电流的额定值的。
　　③滑动变阻器的电阻R?Rx,为使电流有明显的变化也应用分压电路。   
　　(2)若滑动变阻器的阻值RRx,两种电路都符合要求,选限流接法,具有省电、电源负担轻、电路连接简便的优点,应用限流法。
　　(3)限流式适合测量阻值小的电阻(跟滑动变阻器的总电阻相比相差不大或比滑动变阻器的总电阻还小)。分压式适合测量阻值较大的电阻(一般比滑动变阻器的总电阻要大)。
　　2.4 准确性原则
　　所谓准确性原则,就是要求实验误差小,精度高。这一原则是物理实验的普遍原则之一。要减小实验误差,途径是多方面的,这里只介绍如何选择实验器材和实验装置,以期使实验误差减小到最低限度。主要是电压表的内接法和外接法的选择。
  http://