解讀電學實驗中“三個選擇”

■山東省德州一中 高愛虎

解讀電學實驗中“三個選擇”

■山東省德州一中 高愛虎

電學儀器的選擇、電流表內接法和外接法的選擇、滑動變阻器限流式和分壓式的選擇是求解電學實驗問題時面臨的“三個選擇”。現深度解讀這“三個選擇”,以期幫助同學們對其深刻理解、熟練掌握、靈活運用。

一、電學儀器的選擇

電學實驗儀器的選擇應遵循“安全性”“精確性”“方便性”原則,同時兼顧“誤差小”“耗能少”等因素綜合考慮。

1.電學實驗儀器的選擇應該先考慮安全因素,再考慮誤差因素。

安全因素應考慮各電表的讀數不能超過量程,電阻類元件的電流、電壓不能超過其最大允許電流、電壓等。誤差因素一般應該使各電表的讀數為量程的三分之二左右,使用歐姆表測量電阻時應該使指針指在刻度盤的中間附近等。

2.選擇滑動變阻器時應該先考慮它的額定電流,再從減小電能損耗的角度考慮。

選擇電學儀器的一般步驟：

①找出唯一性的器材;

②畫出電路草圖(暫不把電表接入);

③估算電路中電流的最大值和最小值;

④考慮電表是否安全(確定滑動變阻器是選用分壓式還是限流式),以及能否使電表讀數為量程的三分之二左右。

二、電流表內接法和外接法的選擇

如果電壓表和電流表都是理想電表,那么兩種接法都能準確地測量出電阻的大小。在實際的實驗中,由于電流表、電壓表內阻的影響,則不管采用哪種接法都將引起誤差。為了減小實驗誤差,則需恰當地選擇電流表的連接方法。

1.內接法(如圖1所示)。

圖1

2.外接法(如圖2所示)。

圖2

如果遇到RA、RV均不知的情況,則可用試觸法判定,即通過改變電表的連接方式,觀察兩個電表的讀數變化情況,如果電流表變化明顯,則應采用電流表內接法(避免選用外接法使得電流表的讀數偏離真實值太多),如果電壓表變化明顯,則應采用電流表外接法。

三、滑動變阻器限流式和分壓式的選擇

滑動變阻器因能有效地改變電壓和電流的大小,而成為電學實驗控制電路中較重要、較常用的儀器。滑動變阻器在電路中有兩種常見的連接方式,即限流式和分壓式。設R為用電器電阻,R0為滑動變阻器的最大阻值,a、b為兩端接線柱,P為滑動觸頭,E為電源電動勢,電源內阻忽略不計。

1.限流式(如圖3所示)。

當R與R0相差不大或R＜R0時,一般選用限流式。此時電路中電流的變動范圍為即電流的調控范圍較大。

圖3

連接特點：負載與滑動變阻器的一部分串聯。

2.分壓式(如圖4所示)。

從減小電能損耗的角度考慮,通常滑動變阻器應選用限流式,但在下列三種情況下,必須選擇分壓式。

(1)若采用限流式,電路中的最小電流仍超過用電器的額定電流時。

(2)當用電器的電阻遠大于滑動變阻器的總電阻,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。

(3)要求回路中某部分電路的電壓從零開始可連續變化時。

連接特點：負載與滑動變阻器的一部分先并聯,再與另一部分串聯。

例題 某同學在實驗室先后完成下面兩個實驗：①測定一節干電池的電動勢和內阻;②描繪小燈泡的伏安特性曲線。

(1)用①實驗測量得到的數據作出U-I圖像如圖5所示,則該干電池的電動勢E= V,內阻r=Ω。

圖5

(2)在描繪小燈泡伏安特性曲線的實驗中,為了減小實驗誤差,方便調節,請在如圖6所示的四個電路圖和下面提供的三個滑動變阻器中選取適當的電路或器材,并將它們的編號填在橫線上。應選取的電路是,滑動變阻器應選取。

E.總阻值為1 5Ω,最大允許電流為2A的滑動變阻器

F.總阻值為2 0 0Ω,最大允許電流為2A的滑動變阻器

G.總阻值為10 0 0Ω,最大允許電流為1A的滑動變阻器

圖6

解析：(1)因為U-I圖像與縱軸的交點坐標是電源電動勢,U-I圖像斜率的絕對值是電源的內阻,所以該干電池的電動勢E= 1.5 0V,內阻

(2)滑動變阻器應采用分壓式,電流表應采用外接法,因此應選電路C。為了方便調節,滑動變阻器應選E。

點評：本題考查了求電源電動勢和內阻的方法、電流表內接法和外接法的選擇、滑動變阻器的選擇等問題。若想順利求解本題,則需同學們熟練掌握利用圖像法處理實驗數據的方法,以及電學實驗中的“三個選擇”等內容。

(責任編輯 張 巧)