浅谈电学实验中的电路设计

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1、浅析电学实验中的电路设计型试题钟名涛分宜四中在《恒定电流》的学习中，电学实验中的电路设计历来是一个难点和重点，很多学生觉得电路设计型题型难以理解，无从下手，不好掌握。而且教师在教学中也感到不容易把这类问题讲解得很透彻。而且，近年來，随着素质教育的深入，高考中电路设计型试题的增多，电路设计型题型已经引起了大量关注。下面笔者就如何在教学中把握这类题型的谈谈自己的看法，希望与同行切磋。电学实验中电路的设计要遵循的基本原则是：安全、精确、方便、经济。设计的顺序是：先找出实验中唯一性器材，画出实验电路原理图，估算待测电路中I、U的最大值，考虑能否使电表半偏以上，选择合适量程的电压表、

2、电流表、合适阻值的滑动变阻器及电压合适的电源。在设计中要把握好几个方面：一、电流表的内接法、外接法的选择。理想的电流表和电压表分别的电阻为零和无穷大，但是在实际的实验中，由于电流表和电压表的内阻的影响，不管用哪种接法，都将导致系统误差。采用电流表内接法时，如图1,由于电流表的分压影响，测出的电阻比真实值要偏大些，采用电流表外接法时，如图2,由于电压表的分流影响，测出的电阻的真实值要偏小些。为了减小实验误差，我们可以这样选择：1、如果已知电压表、电流表、待测电阻的大约阻值，可用以下办法：①当Rv»Rx,即电压表内阻远大于待测电阻吋，应采用电流表外接法。②当Rx»Ra,即待测阻

3、值远人丁电流表内阻时，应采用电流表外接法。2、如果在以上情况中，不易判断是否符合“远大于”的条件吋，可用比值法进行判断，即当Rv/Rx>Rx/Ra时深用外接法；当Rv/Rx

4、接a、c两点。C图3二、变阻器的限流和分压作用的选择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端滑动吋，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。图4图5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

5、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R>Rx,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耍大）。例1:用伏安法测量一个定值电阻，有以下实

6、验器材：待测电阻Rx,（约100Q）；直流毫安表（量程0〜10mA,r=50Q）；直流电压表（量程0〜3V,r=5kQ）；直流电源（E=4V,内阻不计）；滑动变阻器（0〜15欧，1A）；屯键一个；导线若干。根据器材的规格和实验要求，请设计实验电路图。分析：先确定采用电流表内接法还是外接法，Rx/Ra=100/50=2；Rv/Rx二5000/100二50,采用电流表外接法。再确定变阻器采用限流式接法还是分压式接法，若用限流式接法，当变阻器阻值最大时，电路中电流最小I=E/（Rx+Ra+R）=0.024A,已超过电流表量程，故必须用分压式。实验屯路如图6：图6三、实验器材的选择

7、对实验器材的选择，一般是根据实验原理，掌握“可行”、“精确”、和“方便”的原则。“可行”是指选用的实验器材要能保证实验的正常运行，比如，线路中的限流电阻必须满足要求，确保电流不能超过允许值；通过电流表的电流或加在电压表上的电压均不能超过它们的量程；通过电源、滑动变阻器的电流不能超过额定值。所有的器件都必须符合实验要求。“精确”是指选用的实验器材要考虑尽可能的减少实验误差。比如，如果实验原理不考虑电源和电流表的内阻及电压表的分流作用，就必须选用内阻小的电源和电流表及内阻大的电压表；电流表和电压表在使用时，要用尽可能使