高考常考電學實驗研究

王海+楊為民

摘要：對常考電學實驗中電流表的內接法、外接法和滑動變阻器的分壓式接法、限流式接法的選取作了一下簡單的闡述。

關鍵詞：電學實驗、內接法、外接法、分壓式接法、限流式接法

電學實驗是高考中必考的，現在高中學生有一個共同特點，不喜歡做實驗，于是出現了背實驗比較覺。這樣一來對電學實驗題型就只是死記硬背，不清楚這類型的題如何去解。筆者針對這類型的題的求解方法做出以下的解析。

一、電阻的測量

1.原理：用電壓表測出待測電阻兩端的電壓U，用電流表測出流過待測電阻中的電流，利用部分電路歐姆定律，可以計算出電阻的阻值Rx。

2.測量電路：伏安法測電阻電路接法如下圖1所示。

a.電流表接在電壓表兩接線柱外側，通常叫“外接法”

b.電流表接在電壓表兩接線柱內側，通常叫“內接法”

因為電流表、電壓表分別有分壓、分流作用，因此兩種方法測量電阻都有誤差.伏安法測電阻的誤差分析 ；

（1）電流表外接法

電壓表示數UA=UR

電流表示數IA=IR+IV>IR

R測=UVIA=URIR+IV 即測量值偏小，適于測量小阻值電阻.

說明：誤差來源于電壓表的分流，分流越小，誤差越小.所以該電路適合測量小電阻，即R< （2）電流表內接法

電壓表示數UV=UR+RA>UR

電流表示數IA=IR R測=UVIA=UA+URIA>R真=URIR

即測量值偏大，適于測量大阻值電阻。

說明：誤差來源于電流表的分壓，分壓越少，誤差越小.所以該電路適合測量大電阻，即R>>RA。

二、電流表內外接法的選擇

所謂伏安法測電阻中的內外接法是相對電流表而言的，無論內接還是外接，由于電表內阻的影響，都會給測量帶來影響，合理選擇接法可以減小誤差。

1.阻值判斷法：若RX、RA、RV的大小是知道的，可用以下三種方法來選擇內外接法。

待測電阻RX較大，若滿足RX>>RA時，應采用內接法，因為電流表的分壓較小

當待測電阻RX較小，若滿足RX< 2.倍率比較法。待測電阻RX的大小很難斷定且滿足RX>>RA而且滿足RX

3.實驗探測法。若RX、RA、RV的關系事先沒有給定，可用試觸法確定內外接法。可采用右圖電路進行試觸：

只空出電壓表的一個觸頭S，然后將S分別與a、b接觸一下，并觀察電壓表和電流表的示數變化情況：

① 若電流表示數有顯著變化，即 ΔII小>ΔUU小，說明電壓表的分流作用較強，即Rx的阻值大，應選用電流表內接法。

② 若電壓表示數有顯著變化，即 ΔII小<ΔUU小，說明電流表的分壓作用較強，即Rx阻值小，應選用電流表外接法。

列1如圖所示電流表和電壓表的讀數分別為10V和0.1A，電壓表內阻為500Ω，那么待測電阻R的測量值比真實值，測量值為，真實值為.

電壓表的讀數UA=UR=10V

電流表示數IA=IR+IV>IR

R測=UVIA=URIR+IV=100Ω

IV=UVRv=0.02A IR=IA-IV=0.08A R真=URIR=125Ω

即測量值偏小。

答案：小，100Ω，125Ω

列2一個未知電阻，無法估計其電阻值，某同學用伏安法測量此電阻，用如圖（a）（b）兩種電路各測一次，用（a）圖所測數據為3.0V、3.0mA，用（b）圖測得的數據是2.9V、4.0mA，由此可知，用圖測得Rx的誤差較小，測量值Rx=.

分析：由ΔII小>ΔUU小得

4.0mA-3.0mA3.0mA=13>3.0v-2.9v2.9v=129

可知（a）圖測得Rx的誤差較小，即Rx的阻值大，應選用電流表內接法。

R測=UVIA=3V3mA=1000Ω

答案：（a），1000Ω

三、滑動變阻器的兩種接法

1.限流接法（如圖所示）

RX的電壓范圍為：ERXRX+R～E

注意：合上開關前要使滑動變阻器的阻值最大

限流接法要比分壓接法省電

2.分壓接法（如圖所示）：

RX的電壓范圍為：0～E

注意：合上開關前，滑片P應滑到a端

3.分壓接法和限流接法的比較，如表3所示：

（1）限流接法的優點是：電路連接簡便，附加功率損耗較小；

（2）分壓接法的優點是：電壓變化范圍大，附加功率損耗較大。

四、滑動變阻器兩種接法的選擇

在題中沒有特別要求，又滿足安全性原則和方便性原則的基礎上可優先選用“限流式”，但以下三種情況，滑動變阻器必須采用“分壓式”接法：

1.若題中要求所研究對象的電壓從零開始連續增大時，則必須采用“分壓式”；

2.若采用限流電路，電路中的最小電流大于用電器的額定電流或超過電表的量程時，則滑動變阻器必須采用“分壓式”接法；

3.當用電器的電阻遠大于滑動變阻器的最大阻值，且實驗要求的電壓變化范圍較大或要求測量多組實驗數據時，必須采用“分壓式”。

明確了上述基本要求之后，看下面的例證：

例3 用伏安法測量一個定值電阻的阻值，備用器材如下：

待測電阻Rx（阻值約30KΩ）

A.電壓表V11（量程0～15V，內阻50kΩ）

B.電壓表V22（量程0～3V，內阻10kΩ）

C.電流表A1（量程0～1mA，內阻250Ω）

D.電流表A2（量程0～500μA，內阻500Ω）

E.電源E1（電動勢3V，內阻為：0.5Ω）

F.電源E2（電動勢16V，內阻為：2Ω）

G.滑動變阻器（電阻0～200Ω）

H.開關及導線若干

（1）從上述器材中選出合適的器材

（用字母表示）。

（2）在方框中畫出實驗電路原理圖。

解析：因待測電阻Rx的阻值較大，故選大電源，提高電壓和電流的值I=163.0×104mA=0.5mA

由于E=16V，電壓表選B

（1）BDFGH

其實驗電路原理圖如下：

RX>>R變 ，選分壓接法

RX>>RA，選內接法

學生按照以上幾步驟和方法通過實際操作和相應實驗題的練習，對高中電學實驗的難點，基本上都能突破和掌握。

列4用伏安法測量某電阻Rx的阻值，現有實驗器材如下：

A.待測電阻Rx：范圍在5—8Ω，額定功率1W

B.電流表A1：量程0—0.6A（內阻0.2Ω）

C.電流表A2：量程0—3A（內阻0.05Ω）

D.電壓表V1：量程0—3V（內阻3KΩ）

E.電壓表V2：量程0—15V（內阻15KΩ）

F.滑動變阻器R：0—100Ω

G.蓄電池：電動勢12V

H.導線，電鍵.

為了較準確的測量，并保證器材安全，電流表應選，電壓表應選，并畫出電路圖。

分析：（1）先確定測量電路額定電壓，應選電壓表V1。

額定電流，應選電流表A1

由 知，應選外接法

（2）再確定控制電路

由R=100Ω>10Rx知，應選擇限流式電路

其電路圖如圖所示。

參考文獻：

[1] 毛永輝. 電流表內、外接法選擇依據的理論分析[J].《物理通報》， 2006（2）：63-64.

[2] 張修文. 電流表的內外接法選擇[J].《物理教學探討》， 2005， 23（19）：38-39 .

[3]周雙玲. 滑動變阻器的分壓式、限流式接法巧選擇[J].《數理化解題研究：高中版》， 2010（2）：36-38.

[4] 劉會芹. 例談限流式電路與分壓式電路的選擇[J].《物理教學探討》， 2007， 25（8）：38-39.