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07高考二轮-电路设计与仪器选择-新人教.ppt

1、2006-2007高考复习 第二轮能力专题:电路设计与仪器选择 2007、3实验电路设计的原则1、安全性 2、精确性 3、方便性 4、误差小 5、仪器少 6、耗电少 专题解说 知识概要与方法 专题解说 一.仪器的选择对实验仪器的选择,在进行正确测量的前提下,一般遵循以下原则:安全性原则:要保证所用仪器的安全,注意考虑电源的电压、电表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流等。选择电表时,保证其电流和电压均不超过使用的量程。选择滑动变阻器时,流经滑动变阻器的电流不能超过允许通过的最大电流。精确性原则:尽量减小实验误差。选择电表时,在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下,合理选择量程。务必使指针有较

2、大偏转(一般取满偏度的2/3),一般能用小时不用大。选择滑动变阻器时,注意其阻值的大小对实验操作和对实验的影响,一般能用小时不用大。对某个实验来讲,精确程度够用即可,并不是精度越高越好。专题解说 操作性原则:实验时需考虑调节方便,便于操作,如滑动变阻器的选择,既要考虑它的额定电流,又要考虑它的阻值范围,在二者都能满足实验要求的情况下,还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。选择的一般步骤是:找出唯一性的器材;草画电路图(暂不把电表接入);估算最大值(在限流电路中把滑动变阻器触头推向最小值);考虑能否都使电表达到满偏的1/3以上。专题解说 二.供电电路与滑动变阻器的选择 限流电路 设路端

3、电压为U,滑动变阻器的有效电阻为接线柱a和P之间的电阻RaP,灯泡的电阻为RL,则通过灯泡的电流强度为RLPab灯泡两端的电压为LapUI=R+RLLLapR UU=R+R若滑动变阻器的总阻值为R,则灯泡两端电压的变化范围是LLLR UR+R可见滑动变阻器的总阻值R越大,灯泡两端电压的变化范围越大。但若R比RL大得多,则滑动头稍有移动,电流电压便有很大变化,则不便于调节RL两端的电压,不宜采用。专题解说 分压电路 设路端电压恒为U,这个电压分布在滑动变阻器的全部电阻丝上,而灯只分得其中接线柱a和P之间的电压。移动滑动变阻器的滑片P,增加a和P之间的电阻RaP,灯泡两端的电压就会随之增大。RLp

4、ab灯泡两端电压的变化范围是L0U如果只从用电器两端电压的变化范围看,好像滑动变阻器的阻值多大都行,但是滑动变阻器的阻值越大越不便于调节用电器两端电压,且耗能越大.使用限流电路时,一般选用滑动变阻器的全电阻和用电器的电阻相差不多或大几倍,在25倍为好,这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.若过小,则不能有效地控制电流,过大则控制电流不平稳,会造成电流值跳跃太大.专题解说 a用电器两端电压要求变化范围较大,或从零开始连读可调,应选分压电路。b如果采用限流电路时,电路中最小电流等于或大于用电器的额定电流,应选分压电路。c如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值小得多,为了能使用电器两端电压有

5、较大变化,应选分压电路。d如果滑动变阻器的全阻值比用电器的阻值相差不多,两种电路都可以对用电器的电压(电流)进行有效方便的控制,可以任选其中一种电路。此时假如从节省电能和电路简单考虑,应选限流电路。使用分压电路时,一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在0.10.5倍之间为好。即阻值小些,以获得较大的电流输出。选用限流电路还是选用分压电路,以下几点可作参考:由于电流表、电压表内阻的影响,不管采用电流表内接还是外接都将会引起实验的误差。(如在伏安法测电阻时,内接法测量结果偏大,外接法测量结果偏小。)内接法的测量误差是由于电流表的 分压作用而产生的,由串联电路中电 压与电阻成正比,可知当RA

6、R时,电压表的分流作用可忽略不计,此时测量值很接近真实值,可见,测量小电阻时宜采用外接法。专题解说 三、测量电路的选择VAR内接法VAR外接法 专题解说 如何确定R值是较大还是较小?当被测电阻与电压表内阻的关系满足RVR即RV/R1时应采用“外接法”较准确;当被测电阻与电流表的内阻相比满足 RAR即RA/R R/RA即R时,电流表的分压作用较电压表的分流作用明显,应采用外接电路AVRR当RV/R时,电压表的分流作用较电流表的分压作用明显,应采用内接电路AVRR四.实验设计要求误差小.仪器少.耗电少.为减小实验误差,在设计电路时,要注意实验原理的完善,尽量选用精密的仪器;选择合适的量程(使指针有

7、较大偏转);读数时至少保证一个表(电流表或电压表)的指针与刻度线对齐。专题解说 在进行实验的设计时,根据实验要求选择必须的实验仪器,要充分发挥仪器的功能,在能完成实验的前提下,尽可能地减少仪器的使用数目。同时也还要求实验电路的耗电要少,节约能源。如在用滑动变阻器作为控制电路时,滑动变阻器的限流接法较分压接法节省电能,不是非用分压接法不可的时候,通常用限流接法。专题解说 五.如何正确的读数,记录正确的实验数据?1、读数前要明确实验中所用电表的量程,最小刻度是多少;2、掌握读数最基本的原则:最小刻度的下一位要估读;人眼估读时通常是将最小刻度等分为十等分,然后估计指针的位置是多少等分,最后确定估读数

8、;3、根据高中实验要求,仪器的最小刻度除以2,所得数字的首位即为估读到的位数;如量程为00.6A的电流表,其最小刻度是0.02A,误差出现在电流表的百分位上(0.02A/2=0.01A)。专题聚焦 例1.某电压表的内阻在20 k50 k之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用器材:待测电压表V(量程3 V),电流表A(量程200 A),电流表A2(量程5 mA),电流表A3(量程0.6),滑动变阻器R(最大阻值1 k),电源E(电动势4 V),电键S.(1)所提供的电流表中,应选用_(填写字母代号).(2)为了尽量减小误差,要求测量多组数据,试在图中画出符合要求的实验电路图(电源和电键及连线

9、已画出).解:电源电动势E=4V,电压表内阻最大50k,故电流最小值I=3VE4=R5010VA1 =80A,A2、A3量程都太大,故选A1.由于RV在20k50k之间,远大于滑动变阻器的阻值1k,故应连成分压电路.专题聚焦 例2.用伏安法测量某电阻的阻值,现有实验器材如下:待测电阻Rx(阻值大约为5,额定功率为1W);电流表A1(量程为00.6A,内阻为0.2);电流表A2(量程为03A,内阻为0.05);电压表V1(量程为03V,内阻为3K);电压表V2(量程为015V,内阻为15K);滑动变阻器R(050);蓄电池(电动势为6V),开关、导线。为了较准确测量Rx的阻值,保证器材的安全,以

10、及操作方便,电流表、电压表应选择 ,并画出实验电路图。1、确定电压表、电流表 被测电阻Rx的额定电压、额定电流分别为2.2V和0.45A,则电流表选用A1,电压表选用V1。解 2、确定测量电路 由于待测电阻Rx的阻值大约是5,而所用电流表的内阻为0.2,所用电压表内阻为3K,即RvRx,故采用电流表的外接法。3、确定控制电路 因滑动变阻器的全值R0大于被测电阻阻值Rx,故考虑滑动变阻器的限流接法(采用限流接法时,通过Rx的最大电流为0.45A,最小电流为0.11A,较符合实验要求)。专题聚焦 专题聚焦 例3.有一电阻R,其阻值大约在40至50之间,需进一步测定其阻值,现有下列器材:电池组,电动

11、势为9V,内阻忽略不计;电压表,量程为0至10,内阻20;电流表A1,量程为0至50,内阻约20;电流表A2,量程为0至300m,内阻约4;滑动变阻器R1,阻值范围为0至100,额定电流1A;滑动变阻器R2,阻值范围为0至1700,额定电流0.3;开关及导线若干 实验电路图如图所示,实验中要求多测几组电流、电压值在实验中应选 电流表和 滑动变阻器 VARXrR解:首先估算电路中可能达到的最大电流值,假设选电流表A1,则Im XA 1R+R0.14A 超过了 A1的量程.专题聚焦 假设选电流表 A2,则I/m XA 2R+R 0.18A,未超出A2的量程,故应选电流表A2.对滑动变阻器的选择。假

12、没选R1,电路中的最小电流约为 Imin 0.06A,XA 21R+R+R故电路中的电流强度范围为0.06A0.18A XA 21R+R+R假设选R2,电路中的最小电流约为 I/min 0.005A,故电路中的电流强度范围为0.005A-0.18A,因为电流表A2的量程为0.3,电流强度为0.06时,仅为电流表A2量程的1/5,如果移动滑动变阻器阻值再增大,其电流表的示数将更小,读数误差会更大,因此对于R2而言,有效的调节长度太小,将导致电流强度值随滑动片位置的变化太敏感.调节不方便,故应选滑动受阻器R1.专题聚焦 例4.(04全国)用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(9001000):电源E

13、,具有一定内阻,电动势约为9.0V;电压表V1,量程为1.5V,内阻r1=750;电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500;滑线变阻器R,最大阻值约为100;单刀单掷开关K,导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注)13解:电源电动势约为9.0V、而电压表中最大量程只有5V,故经滑线变阻器分压后才可使被测电阻两端的电压不超过5V.题中给出的两个都是已知内电阻的电压表,应将其中的一个已知内电阻的电压表当作电流表来使用,以实现电流值的间接测量.专题聚焦 若选择外接法:应将电压表V2作电流表使用,因为电 压表

14、V2的量程较大,电压表V1与被测 电阻Rx并联后再与作电流表使用的 电压表V2 串联,这样在不超过V1、V2 量程的前提下,可使电压表V1上的示数尽可能地接近满偏(1.5V),从而减小电压值测量的读数误差,提高测量精确程度.若选择内接法:因为电压表V1的量程较小,应将电压表 V1作电流表使用,电压表V2的量程较大,应将电压表V2作测量电压表使用.电压 表V1与被测电阻Rx串联后再与作电压 表使用的电压表V2并联,这样在不超过 V1、V2量程的前提下,可使电压表V1上的示数尽可能地接近满偏(1.5V),从而减小电压值测量的读数误差,提高测量精确程度.专题聚焦 根据你所画的电路原理图在题给的实物图

15、上画出联线.专题聚焦 若电压表V1的读数用U1表示,电压表V2的读数用U2表示,则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=_。解:外接法:电压表V1上的读数值是被测电阻Rx上的真实压降值,而电压表V2中通过的电流值是流过V1、Rx中电流的和,闭合电键K,调节滑线变阻器的滑动头,使V1、V2尽可能地接近满偏,读出V1、V2两表的读数值U1、U2,由欧姆定律和串并联电路电压、电流的分配关系,有 RI211xx21UUU R=(-)Rrr(RI211 1 2x212 11 2UUU rr=-)R=rrU r-U r 专题聚焦 内接法:电压表V1上的读数值间接地测量出被测电阻Rx上的真实电流值,而电压表

16、V2 测量的是 V1、Rx上两部分的电压降之和,闭合电键K,调节滑线变阻器的滑动头,使 V1、V2 尽可能地接近满偏,读 V1、V2 两表的读数值U1、U2,由欧姆定律和串并联电路电压、电流的分配关系,有 RI12121xXX111UU-UU-U=R=RR=rrU 例5.(00全国)利用下表中的实验器材,设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据,画出电路图,标明器材代号;若选测量数据中的一组来计算r,则所用的表达式为_,式中各符号的意义是:_。专题聚焦 器材(代号)规格 电流表()电流表()电压表(V)电阻(R)滑动变阻器(R)电池(E)电键

17、(K)导线若干 量程10 m,内阻r待测(约40)量程500 A,内阻750 量程10 V,内阻10 k 阻值约100,作保护电阻用 总阻值约50 电动势1.5 V,内阻很小 专题聚焦 解:题中直接判定必选的器材是电池E,电键K,导线若干.由A1量程是10mA,r1约为40,E是电动势1.5V,可判定必须再选电阻R1,滑动变阻器R作为保护,才保证通过A1的电流不至于超过10mA.要测1的电阻,通过A1的电流值I1可由1读出,只要能测出A两端的电压U,则可求出r 11IU11UI测电压要用电压表,但是若将电压表与A1并联,电流表A1上的电压最多是1 1111.5r=R+r100+40 40V0.

18、43V 而电压表的量程是10V,对0.43V的电压来说,电压表的指针只是稍微偏转了一点点,这样测得的阻值误差太大.不符合题目要求,因而不能用电压表测电压.A1R1VA2。R2。ES 专题聚焦 而电流表A的内阻r知道,通过电流表A的电流I可以读出,因而A两端的电压.若将A与并联,则即A两端的电压,由此可以求出A的内阻r 212 21UII rI式中I1、2分别是电流表A、A2的读数,r1、r2分别是电流表A1、A2的内阻.滑动变阻器R 限流,分压接法均可.A1R1。A2A1ESR1R2ES。A2A1R2R1 例6.(03上海)图1为某一热敏电阻R(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的I-

19、U关系曲线图。为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线,在图2和图3两个电路中应选择的是图 ;简要说明理由:。(电源电动势为9V,内阻不计,滑线变阻器的阻值为0-100)2电压可从0V调到所需电压,调节范围较大I/mAU/V1 23 456 7500图110203040图3VA图2VA 专题聚焦 专题聚焦 在图4电路中,电源电压恒为9V,电流表读数为70mA,定值电阻R1=250。由热敏电阻的I-U关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为_V;电阻R2的阻值为。举出一个可以应用热敏电阻的例子:_。5.2 111.6112.0 热敏温度计解:I1=9/250=0.036A=36mA I2=34mA

20、 由图1得 UR=5.2V R2=(9-5.2)/0.034=111.8 AR1R2热敏电阻9V图4R 例7.(04年江苏)某同学对黑箱中一个电学元件的伏安特性进行研究通过正确测量,他发现该元件两端的电压Uab(Uab=Ua-Ub)与流过它的电流I 之间的变化关系有如下规律 当-15V Uab (1)如答图往保温杯中加入一些热水,待温度稳定时读出温度计值;调节滑动变阻器,快速测出电流表和电压表的值;重复,测量不同温度下的数据;绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线。专题训练 (04北京)为了测定电流表A1的内阻,采用如图1所示的电路。其中:A1是待测电流表,量程为300A内阻约为100;A2是

21、标准电流表,量程是200A;R1是电阻箱,阻值范围0999.9;R2是滑动变阻器;R3是保护电阻 E是电池组,电动势为4V,内阻不计;S1是单刀单掷开关,S2是单刀双掷开关。(1)根据电路图1,请在图2中画出连线,将器材连接成实验电路.专题训练(2)连接好电路,将开关S2扳到接点a处,接通开关S1,调整滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150A;然后将开关S2扳到接点b处,保持R2不变,调节电阻箱R1,使A2的读数仍为150A.若此时电阻箱各旋钮的位置如图3所示,电阻箱R1的阻值是,则待测电流表A1的内阻R3=.86.386.3 专题训练 (3)上述实验中,无论怎样调整滑动变阻器R2的滑动端位置,都要保证两块电流表的安全。在下面提供的四个电阻中,保护电阻R3应选用:(填写阻值相应的字母)。A200K B20K C15K D20(4)下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用。即要满足上述实验要求,又要调整方便,滑动变阻器 (填写阻值相应的字母)。A1k B5k C10k D25k BC 专题训练

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