王新芝

中學(xué)電學(xué)實(shí)驗(yàn)因其原理豐富、操作容易、現(xiàn)象明顯、誤差相對(duì)較小且易于減小實(shí)驗(yàn)誤差等特點(diǎn)，成為各類考試考察中長(zhǎng)盛不衰的“熱點(diǎn)”，高考中更是年年必考.其中難點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)儀器和電路的選擇，它能充分反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和步驟等的理解掌握情況以及對(duì)實(shí)驗(yàn)器材性能和操作的熟練程度，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn).下面分析如何解決這一類型的習(xí)題.

一、總原則

選擇儀器和電路的目的是為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，使測(cè)量盡量準(zhǔn)確.因此，為了使測(cè)量盡量準(zhǔn)確和保護(hù)儀器，選擇儀器和電路時(shí)應(yīng)注意如下總原則.

1.電表的選擇：①盡量選擇較理想（即安培表內(nèi)阻越小越好，伏特表內(nèi)阻越大越好）的電表（電壓表，電流表）；②選量程時(shí)應(yīng)盡量使指針達(dá)半偏以上，這樣有利于減小誤差.

2.變阻器的選擇：原則上要便于調(diào)節(jié).所以在限流接法中其電阻值應(yīng)接近待測(cè)電阻，不要過大，也不要過?。辉诜謮航臃ㄖ?，盡量選阻值小的.額定電流則越大越好.

3.安培表內(nèi)、外接法的選擇：當(dāng)RxRARVRx時(shí)，即測(cè)大電阻時(shí)用安培表內(nèi)接法.

4. 分壓、限流電路的選擇：①選擇電路時(shí)優(yōu)先考慮限流電路，當(dāng)電路中最小電流仍超過電流表量程（或電路中額定電流）時(shí)，就用分壓電路；②要求負(fù)載電壓從零開始或盡量多測(cè)幾組試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，用分壓電路；③用圖線法處理數(shù)據(jù)時(shí)，用分壓電路.

二、例題解析

例1（2013·北京·21）某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定一個(gè)阻值約為5 Ω的電阻Rx的阻值.

（1）現(xiàn)有電源（4V，內(nèi)阻可不計(jì)）、滑動(dòng)變阻器（0～50 Ω，額定電流2A）、開關(guān)和導(dǎo)線若干，以及下列電表：

A.電流表（0～3 A，內(nèi)阻約0.025 Ω）

B.電流表（0～0.6 A，內(nèi)阻約0.125 Ω）

C.電壓表（0～3 V，內(nèi)阻約3 kΩ）

D.電壓表（0～15 V，內(nèi)阻約15 kΩ）

為減小測(cè)量誤差，在實(shí)驗(yàn)中，電流表應(yīng)選用，電壓表應(yīng)選用（選填器材前的字母）；實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)采用圖1中的（選填“甲”或“乙”）.

圖1（2）圖2是測(cè)量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線.請(qǐng)根據(jù)在（1）問中所選的電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線補(bǔ)充完成圖中實(shí)物間的連線.

圖2（3）接通開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器滑片P的位置，并記錄對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)I、電壓表示數(shù)U.某次電表示數(shù)如圖3所示，可得該電阻的測(cè)量值Rx=UI=Ω（保留兩位有效數(shù)字）.

圖3（4）若在（1）問中選用甲電路，產(chǎn)生誤差的主要原因是；若在（1）問中選用乙電路，產(chǎn)生誤差的主要原因是.（選填選項(xiàng)前的字母）

A.電流表測(cè)量值小于流經(jīng)Rx的電流值

B.電流表測(cè)量值大于流經(jīng)Rx的電流值

C.電壓表測(cè)量值小于Rx兩端的電壓值

D.電壓表測(cè)量值大于Rx兩端的電壓值

解析（1）為了減小誤差，應(yīng)使電表讀數(shù)為量程的13～23，電源電動(dòng)勢(shì)為4 V，故電壓表選C.估算通過Rx的最大電流約為Im=35A=0.6 A，所以電流表應(yīng)選B.因?yàn)镽VRx>RxRA，所以電流表應(yīng)外接，即應(yīng)采用甲電路，測(cè)量誤差較小.

（2）如圖4所示.

圖4（3）電流表、電壓表的讀數(shù)分別為I=0.50 A，U=2.60 V，所以Rx=2.600.50Ω=5.2 Ω.

（4）甲電路中產(chǎn)生誤差的主要原因是電壓表的分流作用，選項(xiàng)B正確.乙電路中產(chǎn)生誤差的主要原因是電流表的分壓作用，故選項(xiàng)D正確.

例2在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，若待測(cè)金屬絲的電阻約為5 Ω，要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，提供以下器材供選擇：

A.電池組（3 V，內(nèi)阻1 Ω）

B.電流表（0～3 A，內(nèi)阻0.012 5 Ω）

C.電流表（0～0.6 A，內(nèi)阻0.125 Ω）

D.電壓表（0～3 V，內(nèi)阻4 kΩ）

E.電壓表（0～15 V，內(nèi)阻15 kΩ）

F.滑動(dòng)變阻器（0～20 Ω，允許最大電流1 A）

G.滑動(dòng)變阻器（0～2 000 Ω，允許最大電流0.3 A）

H.開關(guān)、導(dǎo)線若干

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)從上述器材中選用（填寫儀器前的字母代號(hào)）；

（2）測(cè)電阻時(shí)，電流表、電壓表、待測(cè)金屬絲電阻Rx在組成測(cè)量電路時(shí)，應(yīng)采用電流表（選填“外”或“內(nèi)”）接法，待測(cè)金屬絲電阻的測(cè)量值比真實(shí)值偏（選填“大”或“小”）；

圖5（3）若用螺旋測(cè)微器測(cè)得金屬絲的直徑d的讀數(shù)如圖5所示，則讀數(shù)為mm；

（4）若用L表示金屬絲的長(zhǎng)度，d表示直徑，測(cè)得電阻為R，請(qǐng)寫出計(jì)算金屬絲電阻率的表達(dá)式ρ=.

解析（1）電池組電壓是3 V，流過金屬絲的最大電流Im=Er+Rx=0.5 A，故電流表選C，電壓表選D；滑動(dòng)變阻器選總阻值小的，便于調(diào)節(jié)，故選F；另外要選導(dǎo)線、開關(guān).

（2）因?yàn)镽xRA=40，RVRx=800，故電流表選擇外接法，外接法測(cè)量值偏小.

（3）根據(jù)千分尺的讀數(shù)規(guī)則知，讀數(shù)是0.5 mm+40.0×0.01 mm=0.900 mm.

（4）R=ρLS=ρ4Lπd2，解得ρ=πRd24L.

例3物理興趣小組的同學(xué)們從實(shí)驗(yàn)室中找到一只小燈泡，其標(biāo)稱功率值為0.75 W，額定電壓值已模糊不清.他們想測(cè)定其額定電壓值，于是先用歐姆表直接測(cè)出該燈泡的電阻約為2 Ω，然后根據(jù)公式計(jì)算出該燈泡的額定電壓U=PR=0.75×2 V=1.22 V.他們懷疑所得電壓值不準(zhǔn)確，于是，再利用下面可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，測(cè)量通過燈泡的電流和它兩端的電壓并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)繪制燈泡的U-I圖線，進(jìn)而分析燈泡的額定電壓.

A.電壓表V（量程3 V，內(nèi)阻約3 kΩ）

B.電流表A1（量程150 mA，內(nèi)阻約2 Ω）

C.電流表A2（量程500 mA，內(nèi)阻約0.6 Ω）

D.滑動(dòng)變阻器R1（0～20 Ω）

E.滑動(dòng)變阻器R2（0～100 Ω）

F.電源E（電動(dòng)勢(shì)4.0 V，內(nèi)阻不計(jì)）

G.開關(guān)S和導(dǎo)線若干

H.待測(cè)燈泡L（額定功率0.75 W，額定電壓未知）

（1）在下面所給的虛線框中畫出他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的電路原理圖，指出上述器材中，電流表選擇（填“A1”或“A2”）；滑動(dòng)變阻器選擇（填“R1”或“R2”）.

（2）在實(shí)驗(yàn)過程中，該同學(xué)將燈泡兩端的電壓由零緩慢地增加，當(dāng)電壓達(dá)到1.23 V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡亮度很暗，當(dāng)達(dá)到2.70 V時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡已過亮，便立即斷開開關(guān)，并將所測(cè)數(shù)據(jù)記錄在下邊表格中.