人教高中物理专题强化十二 实验器材选取与电路设计.docx

专题强化十二　实验器材选取与电路设计
命题点一　测量电路与控制电路的选择
1.电压表和电流表的内、外接法
(1)两种接法比较
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压U测＝Ux＋UA
电压表分流I测＝Ix＋IV
电阻测量值
R测＝＝Rx＋RA＞Rx
测量值大于真实值
R测＝＝＜Rx
测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
适用于测量
大阻值电阻
小阻值电阻
(2)两种电路的选择
①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大，小外偏小”。
②临界值计算法：Rx＜时，用电流表外接法；Rx＞时，用电流表内接法。
③实验试触法：按图1所示接好电路，让连接电压表的导线P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，说明电流表分压更明显，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，说明电压表分流更明显，则可采用电流表内接法。
图1
2.滑动变阻器两种连接方式
(1)滑动变阻器两种接法的对比
限流接法
分压接法
对比说明
电路图
串、并联关系不同
负载R上电压调节范围(不计电源内阻)
≤U≤E
0≤U≤E
分压电路调节范围大
负载R上电流调节范围(不计电源内阻)
≤I≤
0≤I≤
分压电路调节范围大
闭合S前滑片位置
b端
a端
都是为保护电路元件
(2)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。
(3)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。
【例1】 (2020·北京市第13中学开学测试)在设计“伏安法测小灯泡的电阻”实验电路时，要思考以下两个问题：
(1)电流表内接还是外接？
如图2所示，某同学采用试接的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡的阻值与__________(填写“电流表”或“电压表”)的阻值接近，应选择电流表__________(填写“内接”或“外接”)的电路。
图2
(2)如何选择滑动变阻器？
图3
有三种规格的滑动变阻器，它们的最大阻值分别是R1＝20 Ω，R2＝200 Ω，R3＝1 750 Ω。将它们分别接入图3所示电路。保持M、N间电压恒定，从左向右移动滑片P，研究小灯泡两端的电压U与滑片的滑动距离L(滑片从左向右滑动的最大距离为L0)的关系，如图4所示中“×”为根据实验数据描出的点，请你结合如图4所示判断该实验中选择哪一种规格的滑动变阻器最合适__________，并简要说明理由。
图4
答案　(1)电流表　外接　(2)R1　理由见解析
解析　(1)如图2所示，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点，观察两次电表的示数变化，电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡
的阻值与电流表的阻值接近，为减小实验误差，应选择电流表外接的电路。
(2)由图示图线可知，移动相等长度图甲所示图线电压变化范围小，方便实验操作，另外两图线电压变化范围大，不方便操作，因此应选择电阻R1。
【变式1】 (2020·北京市第二次合格性考试)图5为某同学用电流表和电压表测量电阻的部分实验电路图。在某次测量中，电压表的示数为12.0 V时，电流表的示数为0.30 A，根据测量数据可计算出电阻R＝__________ Ω。由于电表内阻的影响，电阻R的测量值__________(选填“大于”或“小于”)真实值。
图5
答案　40　大于
解析　在该电路中，由欧姆定律可得R＝＝ Ω＝40 Ω，考虑电表的内阻，电流表有分压作用，故R两端电压偏大，电阻R的测量值偏大。
命题点二　电阻测量的“三种”方法
方法一　“伏安法”测电阻
1.电路图
2.特点：大内小外(内接法测量值偏大，测大电阻时应用内接法测量，外接法测量值偏小，测小电阻时应采用外接法测量)。
【例2】 (2020·山东省等级考试第二次模拟卷)某同学先后用多用电表和伏安法测量一个未知电阻Rx的阻值。
(1)该同学选用倍率为“×100”的电阻挡时，指针位置如图6甲所示；他应选用倍率为__________(填“×1”或“×10”)的电阻挡再次测量，当其选择合适的倍率后，指针位置如图乙所