电表、电路测量及设计

纵观历年高考物理实验试题，第一重点和热点首推“电学试验”，而剖解试题内容不难发现主要关键词是“电表”、“测量”、“设计”。本文围绕这三个关键词就电学实验复习作一归类分析。

1电表的认识：

1.1电流表串联于电路中测电流I；电压表并联于电路中测电压U。

1.2电表的“双重性”：作为实际电表，内阻均不可忽略，所以本质上讲实际电表就是一个可读I或U的定值电阻。

1.4电表读数越接近满偏值相对误差越小，故一般正确读数要求范围为：1／3满偏~满偏，这是实验中电表量程准确选择的主要依据。

2电路测量的目标量设定多为电阻，具体包括定值电阻、电表内阻、电源内阻及非线性电阻的伏安特性。电阻测量的几种常见方法：

2.1欧姆表直接测量(注意不能在通电电路中进行)

2.2半偏法(常针对于测小阻值，如A内阻)

――也可延伸为比例法

2.3等效替代法

S连1，调节R1，使A为某读数；S连2,凋节R2，使A为同读数。则有Rx=R2。

3如何认识伏安法?

伏安法是进行电阻测量的主要方法之一，更因兼以实验误差的分析和实验电路的设计而成为高考的热点。其理论基础为欧姆定律R=U/I，而因电表为实际电表（内阻不可忽略，由此产生对电路的分流或分压)，则有两种接法。

总之，伏安法测电阻中，伏、安两表总是“一准一误”，为鱼和熊掌不可兼得，实验取舍区别为：哪一种接法带来的相对误差更小而已。

4电路设计的指导思想

电路设计思想是考查学生电路知识、电学器材的基本运用、误差分析和实验能力等综合素质的好载体，尤其于培养、挖掘和检查学生创造性思维能力和实际应用能力为一个不可替代的好题型。故历年为高考的重热点所在。如何进行电路设计?基本指导思想为分解电路结构：测量部分+控制部分+供电部分，进而分而理之。

4.1测量电路部分：对伏安测量电表的正确连接，以达到减小实验误差。分三种常见情形：

4.1.3反常规伏安法(前提已知RV或RA而题目要求是“准确测量”―即排除系统误差的测量)

例已知电流表(0-0.6A，内阻约10Ω)；电压表(0-6V，内阻RV=2kΩ)：要求准确测量Rx约为1kΩ的待测电阻阻值。(审题关注：“准确测量”要求，及两电表内阻给予的用词区别“约”和“=”)

4.2控制电路部分：实验电路都需借助滑动变阻器进行电路的安全控制或多次测量减小偶然误差，而作为电路控制的滑动变阻器在电路中有两种接法：

两种接法对测量电路部分工作电压Ux实际控制范围比较如下(取测量电路电阻为Rx、滑动动变阻器总电阻为R0、电源内阻r不计)：

两种接法实际工作电压UX范围结论

由于限流式接法简明，能耗小，故一般情况下取限流式，而针对下列几种情形则需取分压式。

①测量范围尽可能大(或要求用图像法进行结果处理);

②测量范围及0(电表的校准、要求或只允许小电压、小电流进行工作);

③Rx »R0――限流式的测量范围实在小。

4.3供电部分：电源+电键

例1用伏安法较准确的测定一个阻值约为100Ω的电阻，所给的器材规格如下：

A.电流表(0-0.6A，内阻0.1Ω)；

B.电压表(0-6V，内阻5kΩ)；

C.电池(4.5V，内阻不计)；

D.滑动变阻器(0-50Ω，1A)；

E.开关一个；

F.导线若干。

在用图象法求Rx，试画出所采用的电路图。

分析这是一道典型的电路设计问题。而简化此类问题的常用方法就是“分而理之”：第一供电部分：电源+电键；第二控制部分：滑动电阻器分压或限流的选择；第三测量部分：伏安内外接法的选择。

由于一般情况下滑动变阻器的限流接法具有接法简明、能耗低的优点而为优先选择。运用分压接法时，题目必有所指――“范围大”(特别是从0开始)，此也是我们审题的着眼所在。本题要求用分压法的所指用词就是“在用图象法求RX”，图象法即要求尽可能多次测量。而测量部分由于满足RxRA，故采用A内接法。

例2用如图所示的两个电路测量同一个电阻R，用(a)图的电路时，伏特表示数为U1=6.0V，电流表示数I1=6.0mA。用(b)图的电路时，伏特表示数为U2=5.9V，电流表示数I2=10.0mA．问：①用哪个电路所测电阻误差较小?测量值是多少?测量值是偏大还是偏小?②如果已知RA=2Ω，则待测电阻的真实值为多大?③如果P、Q间电压恒定不变，则待测电阻R的真实值多大?

分析本题是伏安接法结果处理及误差分析、误差修正的延伸和拓展。

(2)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______。

分析此题的关键点在于只有V表而没有A表，则还能运用伏安法吗?答案是肯定的,由于告知V表内阻RV，由V读数来间接得到所测电流IV=UV/RV，正是命题意图所在，这就是所谓的“电表另用”。由题目要求电压表读数不小于其量程的13，可选定两表的连接位置。而题设Rx的阻值（900Ω~1000Ω）滑动变阻器R最大阻值约为100Ω，故控制电路采用分压式。由上分析可得设计图如下。

注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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