高考常考电学实验研究

王海+杨为民

摘要：对常考电学实验中电流表的内接法、外接法和滑动变阻器的分压式接法、限流式接法的选取作了一下简单的阐述。

关键词：电学实验、内接法、外接法、分压式接法、限流式接法

电学实验是高考中必考的，现在高中学生有一个共同特点，不喜欢做实验，于是出现了背实验比较觉。这样一来对电学实验题型就只是死记硬背，不清楚这类型的题如何去解。笔者针对这类型的题的求解方法做出以下的解析。

一、电阻的测量

1.原理：用电压表测出待测电阻两端的电压U，用电流表测出流过待测电阻中的电流，利用部分电路欧姆定律，可以计算出电阻的阻值Rx。

2.测量电路：伏安法测电阻电路接法如下图1所示。

a.电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法”

b.电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法”

因为电流表、电压表分别有分压、分流作用，因此两种方法测量电阻都有误差.伏安法测电阻的误差分析 ；

（1）电流表外接法

电压表示数UA=UR

电流表示数IA=IR+IV>IR

R测=UVIA=URIR+IV 即测量值偏小，适于测量小阻值电阻.

说明：误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小.所以该电路适合测量小电阻，即R< （2）电流表内接法

电压表示数UV=UR+RA>UR

电流表示数IA=IR R测=UVIA=UA+URIA>R真=URIR

即测量值偏大，适于测量大阻值电阻。

说明：误差来源于电流表的分压，分压越少，误差越小.所以该电路适合测量大电阻，即R>>RA。

二、電流表内外接法的选择

所谓伏安法测电阻中的内外接法是相对电流表而言的，无论内接还是外接，由于电表内阻的影响，都会给测量带来影响，合理选择接法可以减小误差。

1.阻值判断法：若RX、RA、RV的大小是知道的，可用以下三种方法来选择内外接法。

待测电阻RX较大，若满足RX>>RA时，应采用内接法，因为电流表的分压较小

当待测电阻RX较小，若满足RX< 2.倍率比较法。待测电阻RX的大小很难断定且满足RX>>RA而且满足RX

3.实验探测法。若RX、RA、RV的关系事先没有给定，可用试触法确定内外接法。可采用右图电路进行试触：

只空出电压表的一个触头S，然后将S分别与a、b接触一下，并观察电压表和电流表的示数变化情况：

① 若电流表示数有显著变化，即 ΔII小>ΔUU小，说明电压表的分流作用较强，即Rx的阻值大，应选用电流表内接法。

② 若电压表示数有显著变化，即 ΔII小<ΔUU小，说明电流表的分压作用较强，即Rx阻值小，应选用电流表外接法。

列1如图所示电流表和电压表的读数分别为10V和0.1A，电压表内阻为500Ω，那么待测电阻R的测量值比真实值，测量值为，真实值为.

电压表的读数UA=UR=10V

电流表示数IA=IR+IV>IR

R测=UVIA=URIR+IV=100Ω

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

即测量值偏小。

答案：小，100Ω，125Ω

列2一个未知电阻，无法估计其电阻值，某同学用伏安法测量此电阻，用如图（a）（b）两种电路各测一次，用（a）图所测数据为3.0V、3.0mA，用（b）图测得的数据是2.9V、4.0mA，由此可知，用图测得Rx的误差较小，测量值Rx=.

分析：由ΔII小>ΔUU小得

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

可知（a）图测得Rx的误差较小，即Rx的阻值大，应选用电流表内接法。

R测=UVIA=3V3mA=1000Ω

答案：（a），1000Ω

三、滑动变阻器的两种接法

1.限流接法（如图所示）

RX的电压范围为：ERXRX+R～E

注意：合上开关前要使滑动变阻器的阻值最大

限流接法要比分压接法省电

2.分压接法（如图所示）：

RX的电压范围为：0～E

注意：合上开关前，滑片P应滑到a端

3.分压接法和限流接法的比较，如表3所示：

（1）限流接法的优点是：电路连接简便，附加功率损耗较小；

（2）分压接法的优点是：电压变化范围大，附加功率损耗较大。

四、滑动变阻器两种接法的选择

在题中没有特别要求，又满足安全性原则和方便性原则的基础上可优先选用“限流式”，但以下三种情况，滑动变阻器必须采用“分压式”接法：

1.若题中要求所研究对象的电压从零开始连续增大时，则必须采用“分压式”；

2.若采用限流电路，电路中的最小电流大于用电器的额定电流或超过电表的量程时，则滑动变阻器必须采用“分压式”接法；

3.当用电器的电阻远大于滑动变阻器的最大阻值，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，必须采用“分压式”。

明确了上述基本要求之后，看下面的例证：

例3 用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：

待测电阻Rx（阻值约30KΩ）

A.电压表V11（量程0～15V，内阻50kΩ）

B.电压表V22（量程0～3V，内阻10kΩ）

C.电流表A1（量程0～1mA，内阻250Ω）

D.电流表A2（量程0～500μA，内阻500Ω）

E.电源E1（电动势3V，内阻为：0.5Ω）

F.电源E2（电动势16V，内阻为：2Ω）

G.滑动变阻器（电阻0～200Ω）

H.开关及导线若干

（1）从上述器材中选出合适的器材

（用字母表示）。

（2）在方框中画出实验电路原理图。

解析：因待测电阻Rx的阻值较大，故选大电源，提高电压和电流的值I=163.0×104mA=0.5mA

由于E=16V，电压表选B

（1）BDFGH

其實验电路原理图如下：

RX>>R变 ，选分压接法

RX>>RA，选内接法

学生按照以上几步骤和方法通过实际操作和相应实验题的练习，对高中电学实验的难点，基本上都能突破和掌握。

列4用伏安法测量某电阻Rx的阻值，现有实验器材如下：

A.待测电阻Rx：范围在5—8Ω，额定功率1W

B.电流表A1：量程0—0.6A（内阻0.2Ω）

C.电流表A2：量程0—3A（内阻0.05Ω）

D.电压表V1：量程0—3V（内阻3KΩ）

E.电压表V2：量程0—15V（内阻15KΩ）

F.滑动变阻器R：0—100Ω

G.蓄电池：电动势12V

H.导线，电键.

为了较准确的测量，并保证器材安全，电流表应选，电压表应选，并画出电路图。

分析：（1）先确定测量电路额定电压，应选电压表V1。

额定电流，应选电流表A1

由 知，应选外接法

（2）再确定控制电路

由R=100Ω>10Rx知，应选择限流式电路

其电路图如图所示。

参考文献：

[1] 毛永辉. 电流表内、外接法选择依据的理论分析[J].《物理通报》， 2006（2）：63-64.

[2] 张修文. 电流表的内外接法选择[J].《物理教学探讨》， 2005， 23（19）：38-39 .

[3]周双玲. 滑动变阻器的分压式、限流式接法巧选择[J].《数理化解题研究：高中版》， 2010（2）：36-38.

[4] 刘会芹. 例谈限流式电路与分压式电路的选择[J].《物理教学探讨》， 2007， 25（8）：38-39.