■山東省德州一中 高愛虎

解讀電學(xué)實(shí)驗(yàn)中“三個(gè)選擇”

■山東省德州一中 高愛虎

電學(xué)儀器的選擇、電流表內(nèi)接法和外接法的選擇、滑動(dòng)變阻器限流式和分壓式的選擇是求解電學(xué)實(shí)驗(yàn)問題時(shí)面臨的“三個(gè)選擇”。現(xiàn)深度解讀這“三個(gè)選擇”,以期幫助同學(xué)們對(duì)其深刻理解、熟練掌握、靈活運(yùn)用。

一、電學(xué)儀器的選擇

電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇應(yīng)遵循“安全性”“精確性”“方便性”原則,同時(shí)兼顧“誤差小”“耗能少”等因素綜合考慮。

1.電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇應(yīng)該先考慮安全因素,再考慮誤差因素。

安全因素應(yīng)考慮各電表的讀數(shù)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(yīng)該使各電表的讀數(shù)為量程的三分之二左右,使用歐姆表測(cè)量電阻時(shí)應(yīng)該使指針指在刻度盤的中間附近等。

2.選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)應(yīng)該先考慮它的額定電流,再?gòu)臏p小電能損耗的角度考慮。

選擇電學(xué)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(dòng)變阻器是選用分壓式還是限流式),以及能否使電表讀數(shù)為量程的三分之二左右。

二、電流表內(nèi)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(zhǔn)確地測(cè)量出電阻的大小。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中,由于電流表、電壓表內(nèi)阻的影響,則不管采用哪種接法都將引起誤差。為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,則需恰當(dāng)?shù)剡x擇電流表的連接方法。

1.內(nèi)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(gè)電表的讀數(shù)變化情況,如果電流表變化明顯,則應(yīng)采用電流表內(nèi)接法(避免選用外接法使得電流表的讀數(shù)偏離真實(shí)值太多),如果電壓表變化明顯,則應(yīng)采用電流表外接法。

三、滑動(dòng)變阻器限流式和分壓式的選擇

滑動(dòng)變阻器因能有效地改變電壓和電流的大小,而成為電學(xué)實(shí)驗(yàn)控制電路中較重要、較常用的儀器?；瑒?dòng)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(shè)R為用電器電阻,R0為滑動(dòng)變阻器的最大阻值,a、b為兩端接線柱,P為滑動(dòng)觸頭,E為電源電動(dòng)勢(shì),電源內(nèi)阻忽略不計(jì)。

1.限流式(如圖3所示)。

當(dāng)R與R0相差不大或R＜R0時(shí),一般選用限流式。此時(shí)電路中電流的變動(dòng)范圍為即電流的調(diào)控范圍較大。

圖3

連接特點(diǎn)：負(fù)載與滑動(dòng)變阻器的一部分串聯(lián)。

2.分壓式(如圖4所示)。

從減小電能損耗的角度考慮,通?；瑒?dòng)變阻器應(yīng)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(shí)。

(2)當(dāng)用電器的電阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻,且實(shí)驗(yàn)要求的電壓變化范圍較大(或要求測(cè)量多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))時(shí)。

(3)要求回路中某部分電路的電壓從零開始可連續(xù)變化時(shí)。

連接特點(diǎn)：負(fù)載與滑動(dòng)變阻器的一部分先并聯(lián),再與另一部分串聯(lián)。

例題 某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室先后完成下面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：①測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻;②描繪小燈泡的伏安特性曲線。

(1)用①實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)作出U-I圖像如圖5所示,則該干電池的電動(dòng)勢(shì)E= V,內(nèi)阻r=Ω。

圖5

(2)在描繪小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)中,為了減小實(shí)驗(yàn)誤差,方便調(diào)節(jié),請(qǐng)?jiān)谌鐖D6所示的四個(gè)電路圖和下面提供的三個(gè)滑動(dòng)變阻器中選取適當(dāng)?shù)碾娐坊蚱鞑?并將它們的編號(hào)填在橫線上。應(yīng)選取的電路是,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選取。

E.總阻值為1 5Ω,最大允許電流為2A的滑動(dòng)變阻器

F.總阻值為2 0 0Ω,最大允許電流為2A的滑動(dòng)變阻器

G.總阻值為10 0 0Ω,最大允許電流為1A的滑動(dòng)變阻器

圖6

解析：(1)因?yàn)閁-I圖像與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)是電源電動(dòng)勢(shì),U-I圖像斜率的絕對(duì)值是電源的內(nèi)阻,所以該干電池的電動(dòng)勢(shì)E= 1.5 0V,內(nèi)阻

(2)滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓式,電流表應(yīng)采用外接法,因此應(yīng)選電路C。為了方便調(diào)節(jié),滑動(dòng)變阻器應(yīng)選E。

點(diǎn)評(píng)：本題考查了求電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法、電流表內(nèi)接法和外接法的選擇、滑動(dòng)變阻器的選擇等問題。若想順利求解本題,則需同學(xué)們熟練掌握利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法,以及電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“三個(gè)選擇”等內(nèi)容。

(責(zé)任編輯 張 巧)