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　　合理地選擇實驗器材和實驗裝置（在本講中主要討論實驗電路）是完成實驗的前提．實驗器材和實驗裝置選擇適當，不僅可以保證實驗的順利進行，而且可能使實驗操作更便利，實驗誤差更�。_地選擇實驗器材與實驗裝置，概括起來說，必須遵循以下幾個原則
　　
　　一、安全性原則
　　
　　所謂安全性原則，就是在實驗中，不產(chǎn)生由于器件或裝置選擇不當使儀器發(fā)生損壞等不良后果。這一原則對電學實驗十分重要。主要體現(xiàn)在電表（電壓表、電流表）的量程的選擇以及通過滑動變阻器（或其它電學器件），電源的最大電流不超過其額定電流等等。
　　
　　【例1】為了測定一段金屬絲的電阻（阻值大約為10Ω），主要備選儀器如下：
　　
　　（A）電動勢是6V的直流電源
　　
　�。˙）量程是0～600mA、內(nèi)阻為2Ω的電流表
　　
　�。–）量程是0～100mA、內(nèi)阻為15Ω的電流表
　　
　�。―）量程是0～3V、內(nèi)阻為3kΩ的電壓表
　　
　�。‥）量程是0～15V、內(nèi)阻為15kΩ的電壓表
　　
　�。‵）阻值為0～10Ω、額定電流為1.0A的滑動變阻器
　　
　�、匐娏鞅響x用②電壓表應選用。（用代號表示）
　　
　　解：首先必須估算出電路中可能的最大電流值及電路兩端的最大電壓值，當滑動變阻器接入電路的電阻為零時，電路中電流最大．根據(jù)閉合電路歐姆定律可得：Imax≈ε/R＝0.6A。故應選電流表B。同理，當電路中電流達到最大時，電阻兩端的電壓也為最大，其值可能達6V，故伏特表應選E．
　　
　　二、適用性原則
　　
　　所謂適用性原則，就是選擇的儀器必須適用可行。能保證實驗正常地順利地進行，應使實驗的測量范圍符合實驗要求．
　　
　　【例2】有一改裝的安培表A1需要與一個標準安培表A2進行核對，采用如圖所示電路，其中ε為直流電源（三節(jié)蓄電池串聯(lián)而成），R0為一定值電阻，R為一可變電阻，S為電鍵．實驗中已有的器件及儀器的規(guī)格如下
　　
　�。ˋ）固定電阻（阻值8Ω，額定電流2A）
　　
　�。˙）固定電阻（阻值15Ω，額定電流2A）
　　
　�。–）滑動變阻器（阻值范圍0～20Ω，額定電流2A）
　　
　�。―）滑動變阻器（阻值范圍0～200Ω，額定電流2A）
　　
　　已知兩個表的刻度盤上都將量程均分為6大格，要求從0．1A起對每條刻度線一一進行核對．為此，從備用的電阻器中R0應選用R，應選用（用字母代號填入）
　　
　　解：定阻電阻器R0在電路中稱為限流電阻，它的作用是限制電路中的最大電流．使之不超出安培表的量程過多，從而對安培表起保護作用．滑動變阻器R為調(diào)節(jié)電阻，它的作用是調(diào)節(jié)電路中的電流強度，從而實現(xiàn)對電路中的電流強度起控制作用．從題中給出的電阻器可見，電路中電阻器的配置共有四種方案，即A和C，A和D，B和C，B和D．究竟哪種方案是適用可行的，需要進行有關估算．方案是否可行的根據(jù)是，電路中電流強度的調(diào)節(jié)范圍能否滿足實驗的要求．顯然，當滑動變阻器接入電路的電阻值為零時，電路中的電流強度最大；當滑動變阻器接入電路的電阻值最大時，電路中的電流強度最�。驗殡娫词怯扇�(jié)蓄電池串聯(lián)而成．所以電源電動勢可認為是6V．由歐姆定律可估算出四種方案的電流強度范圍（見下表）．
　　
　　方案代號
　　
　　配置方式
　　
　　Imax(A)
　　
　　Imin(A)
　　
　　一
　　
　　A、C
　　
　　0.75
　　
　　0.21
　　
　　二
　　
　　A、D
　　
　　0.75
　　
　　0.03
　　
　　三
　　
　　B、C
　　
　　0.40
　　
　　0.17
　　
　　四
　　
　　B、D
　　
　　0.40
　　
　　0.03
　　
　　從表中數(shù)據(jù)可見，方案一不適用，因為Imin＞0．1A；方案四不適用，因為Imax<0．6A；方案三不適用，因為Imax<0．6A，Imin＞0．1A；因為方案二中的最小電流小于0．1A，最大電流大于0．6A（通過調(diào)節(jié)R可使電路中的電流強度在0．1A～0．6A范圍內(nèi)變化），故方案二是適用的，即R0應選用A，R應選用D．
　　
　　【例3】實驗室有下列器材
　　
　�。ˋ）電流表（0～100μA、1．5kΩ）；
　　
　�。˙）電流表（0～lmA，1kΩ）；
　　
　�。–）變阻器（0～300Ω）；
　　
　�。―）變阻器（0～800Ω）；
　　
　�。‥）干電池（1．5V，r＝0）．
　　
　　現(xiàn)要安裝一只歐姆表，在上述實驗器材中，電流表應選用，變阻器應選用。
　　
　　解歐姆表的原理電路圖如圖所示．本題的關鍵是選用什么表頭，變阻器與電源E組成該電路才能適用可行；如何選取表頭與變阻器呢？我們知道，當兩個表筆短接時，調(diào)節(jié)變阻器R應使表頭滿偏，即通過表頭的電流應為Ig（稱為歐姆表調(diào)零）．這是我們選取表頭與變阻器R的理論依據(jù)．因為本題提供了兩只表頭與兩只變阻器，故有四種搭配方案。
　　
　　方案一：若選電流表A、變阻器C，則流過表頭的最小電流強度為Imin＝ε/(Rg+R)≈0.83×10-3A，流過表頭的最大電流強度為Imax＝ε/Rg≈1.0×10-3A，即當兩表筆短接時，流過表頭的電流強度范圍為0．83mA～lmA．顯然該方案不適用．
　　
　　方案二：若選電流表A、變阻器D，同理可求得當兩表筆短接時，流過表頭的電流強度為0.65～1毫安，顯然該方案也不適用．
　　
　　方案三：若選電流表B、變阻器C，同理可求得當兩表筆短接時，流過表頭的電流強度為1．15～1．5毫安，顯然該方案也不適用．
　　
　　方案四：若途電流表B、變阻器D，當兩表筆短接時，流過表頭的電流強度范圍為0．83mA～1．5mA．顯然該方案是適用的，當兩表筆短接時，只要調(diào)節(jié)變阻器D，就可使表頭滿偏．故本題答案為：電流表選B，變阻器選D，電池選E．
　　
　　三、方便性原則
　　
　　所謂方便性原則，就是在保證實驗能夠順利進行的條件下（安全性、適用性符合要求），如何恰當?shù)剡x擇器材或?qū)嶒炑b置使實驗操作方便易行．這一原則在電學實驗中也很突出，主要表現(xiàn)在滑動變阻器的選擇、分壓電路與限流電路的選擇等．
　　
　�。ㄒ唬╇娏鞅韮�(nèi)、外接法的選擇
　　
　　利用電流表和電壓表測電阻通常叫做伏安法測電阻，如圖所示有（a）、（b）兩種接法．(a)叫（電流表）外接法，(b)叫（電流表）內(nèi)接法．其中外接法的系統(tǒng)誤差是由電壓表的分流引起的，使電阻的測量值總小于真實值．當被測電阻為小阻值電阻時應采用外接法．內(nèi)接法的系統(tǒng)誤差是由電流表的分壓引起的，使電阻的測量值總大于真實值．當被測電阻力大阻值電阻時應采用內(nèi)接法．如果無法估計被測電阻的阻值大小，可以利用試觸法：如圖所示，將電壓表的左端接a點，將右端接到圖中的b點，記下電流表和電壓表的示數(shù)．再將右端改接到圖中的C點，記下電流表和電壓表的示數(shù)．比較兩次測量中電流表和電壓表示數(shù)的變化，若電流表讀數(shù)變化大，說明被測電阻是大電阻，應該用內(nèi)接法測量；若電壓表讀數(shù)變化大，說明被測電阻是小電阻，應該用外接法測量（這里所說的變化大小，是指相對變化，即ΔI/I和ΔU/U）．如果已知電壓表的準確內(nèi)阻，那么不論是測量阻值大的電阻還是測量阻值小的電阻，都應該采用外接法，因為這時電壓表的分流可以準確計算出來，于是通過被測電阻的電流也可以準確地計算出來．同理，如果已知電流表的準確內(nèi)阻，那么不論是測量阻值大的電阻還是測量阻值小的電阻，都應該采用內(nèi)接法，因為這時電流表的分壓可以準確計算出來，于是被測電阻兩端的電壓可以準確計算出來．
　　
　　（二）滑動變阻器分壓、限流接法的選擇
　　
　　電學實驗中，為了多測幾組數(shù)據(jù)取平均值以減小偶然誤差，電路中需要用滑動變阻器調(diào)節(jié)電流和電壓．滑動變阻器在電路中有圖所示的（a）、（b）兩種常用的接法：（a）叫限流接法，（b）叫分壓接法．其中利用分壓接法時，被測電阻Rx上電壓的調(diào)節(jié)范圍大．當要求電壓從零開始調(diào)節(jié)，或要求電壓調(diào)節(jié)范圍盡量大時應該用分壓接法．用分壓接法時，為了調(diào)節(jié)方便，所用的滑動變阻器應該選用阻值小的．限流法接線比較簡單，用限流接法時，為了調(diào)節(jié)方便，滑動變阻器應該選用阻值和被測電阻阻值接近的．
　　
　　【例4】有一電阻Rx，其阻值大約在40Ω～50Ω之間，需要進一步測定其阻值，手邊有下列器材：
　　
　　電池組ε，電動勢9V，內(nèi)阻約0．5Ω；
　　
　　伏特表V，量程0～10V，內(nèi)阻20kΩ；
　　
　　毫安表A1，量程0～50mA，內(nèi)阻約20Ω；
　　
　　毫安表A2，量程0～300mA，內(nèi)阻約4Ω；
　　
　　滑動變阻器R1、阻值范圍0～100Ω，額定電流1A；
　　
　　滑動變阻器R2、阻值范圍0～1700Ω，額定電流0．3A；
　　
　　電鍵S及導線若干。
　　
　　實驗的原理圖如圖所示，實驗中要求多測幾組電流、電壓值．在實驗中應選一毫安表和滑動變阻器．
　　
　　解首先估算電路中可能達到的最大電流值．假設選毫安表A1，則Imax＝ε/(Rx+RA1)≈0．14（A），超過了A1的量程．又假設毫安表A2，則Imax′＝ε/(Rx+RA2)≈0．18A，未超出A2的量程，故應選毫安表A2這一選擇遵循了安全性的原則。
　　
　　對滑動變阻器而言，假設選R1，電路中的最小電流約為Imin＝ε/(Rx+RA2+R1)≈0．06A，故電路中的電流強度范圍為0．06～0．18A。又假設選R2，電路中的最小電流強度約為Imin′＝ε/(Rx+RA2+R2)＝0．005（A），電路中的電流強度范圍為0．005～0．18A．注意到電流表A2的量程為0．3A，當電流強度為0．06A時，僅為電流表A2量程的1／5，如果滑動變阻器阻值再增大，其電流表的示數(shù)將更小，讀數(shù)誤差會更大，因此對于R2而言，有效的調(diào)節(jié)長度太小，將導致電流強度值滑動片位置的變化太敏感，即調(diào)節(jié)不方便，故應選滑動變阻器R1．這一選擇就遵循了方便性原則．
　　
　　四、準確性原則
　　
　　所謂準確性原則，就是要求實驗誤差小，精度高．這一原則是物理實驗的普遍原則之一．要減小實驗誤差，途徑是多方面的，這里只介紹如何選擇實驗器材和實驗裝置，以期使實驗誤差減小到最低限度．比如說，伏特表、安培表接入電路時，應使指針偏轉(zhuǎn)為滿刻度的2/3以上．在驗證機械能守恒定律實驗中，應選1、2兩點間距離約為2mm的紙帶．在用單擺測定重力加速度的實驗中，擺線應取長些，擺球應選密度大的實心金屬小球等．
　　
　　【例5】使用中值電阻為25Ω(“×1”檔）的萬用電表測量兩個定值電阻（已知它們的阻值約為R1＝20Ω和R2＝30kΩ），為了使測量結(jié)果盡量準確些，應分別選擇歐姆檔的什么倍率進行測量？
　　
　　解因為歐姆表的刻度是不均勻的（從右到左刻度越來越密），所以使用歐姆表測量電阻時，不是指針偏轉(zhuǎn)越大越準確，當然也不是指針偏轉(zhuǎn)越小越準確．事實上當指針偏轉(zhuǎn)太大或太小時，誤差均較大，當指針在中值電阻（既歐姆表刻度盤的中心電阻值）附近時，測量誤差較�。ǔ＿@樣規(guī)定，使用歐姆表測電阻時，應使指針指在R中/5～5R中之間．根據(jù)這個規(guī)定，不難得出本題的答案：測量Rl時應選擇倍率R×1檔，測量R2時應選擇倍率R×1kΩ檔．
　　
　　【例6】用伏安法測電阻，當被測電阻的阻值不能估計時可采用試接的方法，如圖所示．讓伏特表一端接在電路的上a點，另一端先后接到b點和C點，注意觀察兩個電表的示數(shù)．若安培表的示數(shù)有顯著變化，則伏特表應接在a、___________兩點．若伏特表的
　　
　　示數(shù)有顯著變化則伏特表應接在a、___________兩點.
　　
　　解:運用伏安法測電阻有兩種電路，即外接法與內(nèi)接法．由于伏特表與安培表的內(nèi)阻影響，這兩種接法都是有誤差的，但電路選擇得當，可使誤差減�。敺乇硪欢私釉赼點，另一端先后接到b點和C點時，若安培表讀數(shù)有顯著變化，說明伏特表的分流作用較大，即待測電阻值跟伏特表內(nèi)阻可比擬，故伏特表應接在a，c之間．若伏特表讀數(shù)有顯著變化，說明安培表的分壓作用較大，即得測電阻值跟安培表內(nèi)阻可比擬，故伏特表應接在a，b之間．本題的電路選擇遵循
　　
　　了準確性原則．
　　
　　【例7】一個電壓表的內(nèi)阻為30kΩ左右，現(xiàn)要用伏安法測量其內(nèi)阻，實驗室提供下列可選用的器材：
　　
　　待測電壓表V（量程5V）
　　
　　電流表A1（量程200μA）
　　
　　電流表A2（量程5mA）
　　
　　電流表A3（量程0．6A）
　　
　　滑動變阻器R（最大阻值1kΩ）
　　
　　電源ε（電動勢6V）
　　
　　開關S及導線
　　
　　在所提供的電流表中，應選用（填字母代號）．
　　
　　解選擇的電流表，接入電路后，首先要安全，其次要準確．在最大電流不超電流表量程的前提下，應盡量地使指針滿偏或接近滿偏．為了準確地選擇該實驗所需的電流表，必須估算電路中可能達到的最大電流強度，估算時應抓住主要矛盾，忽略次要因素．Imax＝ε/RV
　　
　　因為忽略了電源內(nèi)阻，電流表內(nèi)阻，所以電路中可能達到的最大電流強度一定小于200μA．如果僅從安全角度看，電流表A1，A2，A3均可，但從安全與準確相結(jié)合的角度看，只能選用電流表A1。
　　
　　正確選擇電學器材一直是讓學生感到恐懼的地方，恐懼的原因主要是無從下手，希望本文對學生的學習有所幫助。
　　
　　
本文來自：逍遙右腦記憶 http://douzifanli.com/gaozhong/275227.html

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