解读电学实验中“三个选择”

■山东省德州一中 高爱虎

解读电学实验中“三个选择”

■山东省德州一中 高爱虎

电学仪器的选择、电流表内接法和外接法的选择、滑动变阻器限流式和分压式的选择是求解电学实验问题时面临的“三个选择”。现深度解读这“三个选择”,以期帮助同学们对其深刻理解、熟练掌握、灵活运用。

一、电学仪器的选择

电学实验仪器的选择应遵循“安全性”“精确性”“方便性”原则,同时兼顾“误差小”“耗能少”等因素综合考虑。

1.电学实验仪器的选择应该先考虑安全因素,再考虑误差因素。

安全因素应考虑各电表的读数不能超过量程,电阻类元件的电流、电压不能超过其最大允许电流、电压等。误差因素一般应该使各电表的读数为量程的三分之二左右,使用欧姆表测量电阻时应该使指针指在刻度盘的中间附近等。

2.选择滑动变阻器时应该先考虑它的额定电流,再从减小电能损耗的角度考虑。

选择电学仪器的一般步骤：

①找出唯一性的器材;

②画出电路草图(暂不把电表接入);

③估算电路中电流的最大值和最小值;

④考虑电表是否安全(确定滑动变阻器是选用分压式还是限流式),以及能否使电表读数为量程的三分之二左右。

二、电流表内接法和外接法的选择

如果电压表和电流表都是理想电表,那么两种接法都能准确地测量出电阻的大小。在实际的实验中,由于电流表、电压表内阻的影响,则不管采用哪种接法都将引起误差。为了减小实验误差,则需恰当地选择电流表的连接方法。

1.内接法(如图1所示)。

图1

2.外接法(如图2所示)。

图2

如果遇到RA、RV均不知的情况,则可用试触法判定,即通过改变电表的连接方式,观察两个电表的读数变化情况,如果电流表变化明显,则应采用电流表内接法(避免选用外接法使得电流表的读数偏离真实值太多),如果电压表变化明显,则应采用电流表外接法。

三、滑动变阻器限流式和分压式的选择

滑动变阻器因能有效地改变电压和电流的大小,而成为电学实验控制电路中较重要、较常用的仪器。滑动变阻器在电路中有两种常见的连接方式,即限流式和分压式。设R为用电器电阻,R0为滑动变阻器的最大阻值,a、b为两端接线柱,P为滑动触头,E为电源电动势,电源内阻忽略不计。

1.限流式(如图3所示)。

当R与R0相差不大或R＜R0时,一般选用限流式。此时电路中电流的变动范围为即电流的调控范围较大。

图3

连接特点：负载与滑动变阻器的一部分串联。

2.分压式(如图4所示)。

从减小电能损耗的角度考虑,通常滑动变阻器应选用限流式,但在下列三种情况下,必须选择分压式。

(1)若采用限流式,电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时。

(2)当用电器的电阻远大于滑动变阻器的总电阻,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组实验数据)时。

(3)要求回路中某部分电路的电压从零开始可连续变化时。

连接特点：负载与滑动变阻器的一部分先并联,再与另一部分串联。

例题 某同学在实验室先后完成下面两个实验：①测定一节干电池的电动势和内阻;②描绘小灯泡的伏安特性曲线。

(1)用①实验测量得到的数据作出U-I图像如图5所示,则该干电池的电动势E= V,内阻r=Ω。

图5

(2)在描绘小灯泡伏安特性曲线的实验中,为了减小实验误差,方便调节,请在如图6所示的四个电路图和下面提供的三个滑动变阻器中选取适当的电路或器材,并将它们的编号填在横线上。应选取的电路是,滑动变阻器应选取。

E.总阻值为1 5Ω,最大允许电流为2A的滑动变阻器

F.总阻值为2 0 0Ω,最大允许电流为2A的滑动变阻器

G.总阻值为10 0 0Ω,最大允许电流为1A的滑动变阻器

图6

解析：(1)因为U-I图像与纵轴的交点坐标是电源电动势,U-I图像斜率的绝对值是电源的内阻,所以该干电池的电动势E= 1.5 0V,内阻

(2)滑动变阻器应采用分压式,电流表应采用外接法,因此应选电路C。为了方便调节,滑动变阻器应选E。

点评：本题考查了求电源电动势和内阻的方法、电流表内接法和外接法的选择、滑动变阻器的选择等问题。若想顺利求解本题,则需同学们熟练掌握利用图像法处理实验数据的方法,以及电学实验中的“三个选择”等内容。

(责任编辑 张 巧)