一、電學(xué)實(shí)驗(yàn)原理

1.電路設(shè)計(jì)原則：選擇儀器和設(shè)計(jì)電路有一定的靈活性，需要在掌握和遵循“正確性”“安全性”“方便性”“精確性”等基本原則的基礎(chǔ)上，兼顧“誤差小”“儀器少”“耗電少”等各方面因素綜合考慮。

（1）正確性：實(shí)驗(yàn)原理所依據(jù)的原理應(yīng)當(dāng)符合物理學(xué)的基本原理。

（2）安全性：實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施要安全可靠，實(shí)施過(guò)程中不應(yīng)對(duì)儀器及人身造成危害。要注意到各種電表均有量程、電阻均有最大允許電流和最大功率，電源也有最大允許電流等，不能燒壞儀器。

（3）方便性：實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)便于操作，便于讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

（4）精確性：在實(shí)驗(yàn)方案、儀器、儀器量程的選擇上，應(yīng)使實(shí)驗(yàn)誤差盡可能的小。

2.電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇：

（1）根據(jù)不使電表受損和盡量減小誤差的原則選擇電表。首先保證流過(guò)電流表的電流和加在電壓表上的電壓均不超過(guò)其量程，然后合理選擇所需量程，保證使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般要大于滿偏值的一），以減小讀數(shù)誤差。

（2）根據(jù)電路中可能出現(xiàn)的電流或電壓范圍選擇滑動(dòng)變阻器，注意流過(guò)滑動(dòng)變阻器的電流不超過(guò)它的額定值，選擇大阻值的變阻器時(shí)，若滑動(dòng)頭稍有移動(dòng)，便使電流、電壓有很大變化的，則不宜采用。

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的基本要求選擇儀器，只有熟悉實(shí)驗(yàn)原理，才能做出恰當(dāng)?shù)倪x擇。最優(yōu)選擇的原則是：實(shí)驗(yàn)誤差盡可能小;間接測(cè)量值盡可能有較多的有效數(shù)字位數(shù)，直接測(cè)量值的測(cè)量使讀數(shù)誤差盡可能小，且不超過(guò)儀表的量程;實(shí)現(xiàn)較大范圍的靈敏調(diào)節(jié);在大功率裝置（電路）中盡可能節(jié)省能量，在小功率電路里，在不超過(guò)用電器額定值的前提下，適當(dāng)提高電流、電壓值，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路：

二、電學(xué)實(shí)驗(yàn)中用到的基本知識(shí)

1.實(shí)驗(yàn)原理公式：在近幾年的電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，電阻的測(cè)量（包括變形，如電表內(nèi)阻的測(cè)量）、測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻是考查頻率較高的實(shí)驗(yàn)。此類實(shí)驗(yàn)用到的原理公式為R=U/I，E=U+Ir。由此可見，對(duì)電路中電壓U及電流I的測(cè)量是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵所在，這兩個(gè)物理量的直接測(cè)量和間接測(cè)量的方法多種多樣，因此成為歷年來(lái)高考試題的著力點(diǎn)。同學(xué)們?cè)诟呷A段的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中應(yīng)熟練掌握基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)及方法，做到以不變應(yīng)萬(wàn)變。

2.伏安法測(cè)電阻時(shí)測(cè)量電路的選擇。

（1）電流表內(nèi)、外接法的選擇：電流表外接法，如圖1甲所示，待測(cè)電阻為小電阻時(shí)，用電流表外接法;電流表內(nèi)接法，如圖1乙所示，待測(cè)電阻為大電阻時(shí)，用電流表內(nèi)接法。

方法一：計(jì)算臨界電阻R0=。若Rxgt;R0，則判斷待測(cè)電阻為大電阻，用電流表內(nèi)接法;若R.lt;lt;R。，則判斷待測(cè)電阻為小電阻，用電流表外接法。總結(jié)為“大電阻，內(nèi)接法;小電阻，外接法”，為了便于記憶，可簡(jiǎn)化為“大內(nèi)小外”

方法二：在R、V、RA均不知的情況下，可采用試觸法。如圖2所示，分別將電壓表的a端與b、c接觸，如果前后兩次電流表示數(shù)變化比電壓表示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電壓表的分流作用大，應(yīng)采用電流表內(nèi)接法;如果前后兩次電壓表示數(shù)變化比電流表示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電流表的分壓作用大，應(yīng)采用電流表外接法。

（2）滑動(dòng)變阻器限流、分壓接法的選擇：滑動(dòng)變阻器是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的儀器，近幾年高考電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)命題多次直接或滲透考查對(duì)滑動(dòng)變阻器限流、分壓接法的選擇。

滑動(dòng)變阻器的限流接法與分壓接法的特點(diǎn)：在如圖3所示的兩種電路中，滑動(dòng)變阻器（最大阻值為R0）對(duì)負(fù)載R。的電壓、電流都起到了控制調(diào)節(jié)作用，通常把圖甲電路稱為限流接法，把圖乙電路稱為分壓接法。

①滑動(dòng)變阻器限流接法：如圖3甲所示，待測(cè)電阻上電壓的調(diào)節(jié)范圍為

顯然，當(dāng)R0《Rx時(shí)，在移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P的過(guò)程中，電流的變化范圍很小，總電流幾乎不變，U。也幾乎不變，無(wú)法讀取數(shù)據(jù);當(dāng)R。》R。時(shí)，滑動(dòng)觸頭P在從b端向a端滑動(dòng)的過(guò)程中，先是電流表、電壓表的示數(shù)變化不大，后來(lái)在很小的電阻變化范圍內(nèi)，電流表、電壓表的讀數(shù)變化很快，也不方便讀數(shù);只有當(dāng)R。與R。差不多大小時(shí)，才能對(duì)電流、電壓有明顯的調(diào)控作用。在同樣能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯拢蘖鹘臃ǖ膬?yōu)點(diǎn)是較為省電，電路連接也較為簡(jiǎn)單。

②滑動(dòng)變阻器分壓接法：如圖3乙所示，待測(cè)電阻上電壓的調(diào)節(jié)范圍為0～E，且R。相對(duì)于R。越小，R。分擔(dān)的電壓變化的線性就越好。當(dāng)R?！稲。時(shí)，盡管U，的變化范圍仍是0～E，但是數(shù)據(jù)幾乎沒(méi)有可記錄性，因?yàn)樵谶@種情況下，滑動(dòng)觸頭P從a端滑起，要一直滑到快到b端時(shí)，電壓表的示數(shù)一直幾乎為零，然后突然上升到E。因此，選用滑動(dòng)變阻器分壓接法的前提是要用全阻值較小的滑動(dòng)變阻器。

小結(jié)：滑動(dòng)變阻器的限流接法與分壓接法均可調(diào)節(jié)負(fù)載電阻電壓和電流的大小，但在不同條件下，調(diào)節(jié)效果大不一樣，滑動(dòng)變阻器以何種接法接入電路，應(yīng)遵循安全性、精確性、節(jié)能性、方便性等原則綜合考慮。

3.半值法（半偏法）實(shí)驗(yàn)電路的解讀。

測(cè)電流表內(nèi)阻和測(cè)電壓表內(nèi)阻時(shí)都可以用到半值法，實(shí)驗(yàn)電路如圖4所示。

選用甲圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，先斷開開關(guān)S'，閉合開關(guān)S，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R。1（限流法連接），使電流表A滿偏（指針指到最大刻度線處）;再閉合開關(guān)S'，調(diào)整電阻箱Rr，使電流表A的指針恰好指到半滿刻度線處，讀出此時(shí)電阻箱的阻值R，則電流表A的內(nèi)阻rA=R。（測(cè)量結(jié)果較實(shí)際值偏小）

選用乙圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，先閉合開關(guān)S'及S，調(diào)整滑動(dòng)變阻器Ro2（分壓法連接），使電壓表V滿偏;再斷開開關(guān)S'，調(diào)整電阻箱R2，使電壓表V的指針恰好指到半滿刻度線處，讀出此時(shí)電阻箱的阻值R，則電壓表V的內(nèi)阻rv=R。（測(cè)量結(jié)果較實(shí)際值偏大）

三、實(shí)物圖連接的基本方法和注意事項(xiàng)

1.基本方法：

（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。

（2）分析各元件的連接方式，明確電流表與電壓表的量程。

（3）畫線連接各元件（用鉛筆畫線，以便改錯(cuò)），連線方式應(yīng)是單線連接，連線順序應(yīng)先畫串聯(lián)電路，再畫并聯(lián)電路。具體步驟一般先從電源正極開始，再到開關(guān)，然后到滑動(dòng)變阻器等;先將干路中要串聯(lián)的元件依次串聯(lián)起來(lái)，再連接支路，然后將要并聯(lián)的元件并聯(lián)到電路中去。

（4）連接完畢，應(yīng)進(jìn)行檢查，檢查電路也應(yīng)按照連線的方法和順序逐步進(jìn)行。

2.注意事項(xiàng)：

（1）連接電表應(yīng)注意量程選用正確，正、負(fù)接線柱不要接錯(cuò)。

（2）各導(dǎo)線都應(yīng)接在接線柱上，不應(yīng)在導(dǎo)線中間出現(xiàn)分叉。

（3）對(duì)于滑動(dòng)變阻器的連接，要搞清楚接入電路的是哪部分電阻，在接線時(shí)要特別注意不能將導(dǎo)線接到滑動(dòng)觸頭上。

四、高頻考題解析

例1 如圖5所示，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為____mm;螺旋測(cè)微器的讀數(shù)為____mm。

解析：游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為12mm，游標(biāo)尺上第8個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊，則游標(biāo)尺讀數(shù)為8X0.05mm=0.40mm，所以游標(biāo)卡尺的最終讀數(shù)為12mm+0.40mm=12.40mm。螺旋測(cè)微器的固定刻度為1.5mm，可動(dòng)刻度為18.3X0.01mm=0.183mm，則螺旋測(cè)微器的最終讀數(shù)為1.5mm+0.183mm=1.683mm，又因?yàn)樾枰雷x，所以所填數(shù)值可以為1.683±0.002。

備考建議

對(duì)于基本測(cè)量?jī)x器（如游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器等）要了解其原理，要能正確使用這些基本儀器進(jìn)行有關(guān)測(cè)量。

例2 現(xiàn)要測(cè)量某一電壓表的內(nèi)阻，給定的器材有：

待測(cè)電壓表V（量程2V，內(nèi)阻約4kQ）;電流表mA（量程1.2mA，內(nèi)阻約500D）;

直流電源E（電動(dòng)勢(shì)約2.4V，內(nèi)阻不計(jì)）;

定值電阻3個(gè)，R：=4000s，R2=10000Q，R.=15000Q;

開關(guān)S及導(dǎo)線若干。

要求測(cè)量時(shí)兩電表指針偏轉(zhuǎn)均超過(guò)其量程的一半。

（1）試從3個(gè)定值電阻中選用1個(gè)，與其他器材一起組成測(cè)量電路，并畫出測(cè)量電路的原理圖。（要求電路中各器材用題中給定的符號(hào)標(biāo)出）

（2）電路接通后，若電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，則電壓表內(nèi)阻Rv=____。

解析：（1）實(shí)驗(yàn)電路如圖6所示。若選用電阻R，與待測(cè)電壓表并聯(lián)，則并聯(lián)電阻約為

0.00096A=0.96mAgt;0.6mA，因此選用定值電阻R，符合要求。同理可以判斷定值電阻R2、R3不符合要求，故選R1。

（2）電路接通后，通過(guò)定值電阻R1的電流I1=，則通過(guò)電壓表的電流I2=，所以電壓表的內(nèi)阻Rv=

備考建議

本題涉及實(shí)驗(yàn)器材選取和電路設(shè)計(jì)等，對(duì)考生的分析綜合能力提出了較高要求。解答此類試題必須根據(jù)測(cè)量要求和所提供的器材，由儀表的選擇原則和基本規(guī)律為分析的入手點(diǎn)。