高二物理恒定电流实验教案总汇.doc

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序：《电学实验仪器和电路的选择》
在中学电学实验中，如用伏安法测电阻，测电源的电动势和内阻，测某一用电器的伏安特性曲线，都存在如何选择电学实验仪器，合理地设计电路。如何学会电路设计和顺利进行实验，应从下面几方面考虑。
1、实验仪器的选择
根据中学教学大纲要求，电学仪器的选择主要是：电表、滑动变阻器、电源等仪器。
（1）电表的选择原则是：不使电表受损和尽量减少误差。首先保证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）。
（2）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。
在分压接法中应选择总阻值较小而额定电流较大的电阻；
在限流接法中，变阻器的总阻值应与电路中其他电阻阻值比较接近。
【例1】：有一电阻Rx，其阻值大约在40Ω-50Ω之间，需进一步测定其阻值，现有下列器材：
A
V
ε
Rx
R
图1
K
电池组ε（电动势为12V，内阻约0.5Ω）
电压表V（量程0-3-15V，内阻20KΩ）
电流表A1（0-50mA，内阻20Ω）
电流表A2（0-300mA，内阻4Ω）
电流表A3（0-1A，内阻0.1Ω）
滑动变阻器R1（0-100Ω，额定电流1A）
滑动变阻器R2（0-1700Ω，额定电流0.3A）
开关K及导线若干，实验电路如图1所示，实验中要求多测几组电流、电压值。
在实验中电流表应选，电压表的量程应选，滑动变阻器应选。
解析：电源电动势为12V，考虑耗电少，加在被测电阻两端电压可达12V，故电压表量程应选取0-15V。估算被测电阻可达到最大电流值，假设选电流表A1，则，超过了A1的量程；假设选电流表A2，则，未超过A2的量程，又从电流表读数精确度来考虑，应选电流表A2。对滑动变阻器的选择，因为滑动变阻器R1和R2的额定电流都大于0.27A，从节电、方便，满足测多组电流、电压值的要求，选用阻值较小的变阻器R1。
2、测量电路的选择
电压表和电流表连入电路有两种方法：一种是内接法（电流表内接电路）；另一种是外接法（电流表外接电路）。不管采用哪种接法，由于电表内阻的影响，计算值都有误差，我们可以画出其电路图，如图甲、乙所示，它们各自特点如下：
（1）电流表内接法电路：如图甲所示。结果：测量值偏大，即R测>R，简称“内大”
（2）电流表外接法电路：如图乙所示。结果：测量值偏小，即R测<R，简称“外小”

为什么会出现偏差呢？在图中电流表内接法中，电流表示数与R中电流相等，但电流表自身有电阻，RA≠0，即电流表两端有电压UA＝IRA，电压表示数为R两端电压和电流表两端电压之和，使电压表读数大于R两端实际电压，由求得的电阻值偏大。
那电流表的外接法呢？在图乙电流表的外接法中，电压表示数为R两端电压，但电流表示数为通过R的电流IR与通过电压表的电流IV之和，即I＝IR＋IV，计算时用的是I，实际上应为IR，I>IR，由知，U较准确而I偏大，故R测偏小即R测<R。
为了减少误差，常用如下方法选择测量电路。
方法1临界值计算法：
当内、外接法相对误差相等时，有，即（RA＜＜RV）为临界值。
当RX＞＞RA或RX＞时，选择“内接法”；简称“大内”
RX
A
V
K
b
M
N
a
图2
当RX＜＜RV或RX＜时，选择“外接法”；简称“小外”
当时，内、外接法均可。
方法2测试判断法（也叫试触法）。
当RX、RA、RV、均不知的情况下，可用试接法选择电路。如图2所示，将单刀双掷开关K分别接触a、b点，设接触a、b点时，电流表示数分别为Ia、Ib，电压表示数分别为Ua、Ub。
当＞时，选用“内接法”；当＜时，选用“外接法”。
注意：如果已知电压表的准确内阻，那么不论是测量阻值大的电阻还是测量阻值小的电阻，都应该采用外接法，因为这时电压表的分流可以准确计算出来，于是通过被测电阻的电流也可以准确地计算出来．同理，如果已知电流表的准确内阻，那么不论是测量阻值大的电阻还是测量阻值小的电阻，都应该采用内接法，因为这时电流表的分压可以准确计算出来，于是被测电阻两端的电压可以准确计算出来．
【例2】：有一小灯泡上标有“3V、0.6W”，现要用伏安法测量这个灯泡的I-U图线，可选用仪器有：电流表（0-0.3A，内阻约1Ω）；电压表（0-3V，内阻约20KΩ）；滑动变阻器（0-50Ω，额定电流2A）；电源（直流9V）；开关一只、导线若干，为使实验误差尽量小，请画出合理电路图。
解析：由于电压表内阻远大于灯泡的最大阻值，故选用电流表外接法，电路图如图3所示。
Rx
R0
图3
A
V