山大王——电路设计中的仪器选取与使用

山大王雾里巡山记

——电路设计中仪器选取与使用

给你一些电学仪器，根据需求设计电路并选取合适的实验仪器是高考常考题型之一。常见解题思路如下：

一看所给电源的电动势和内阻。再看负载（常见小灯泡或电阻等）的正常工作电流、正常工作的电压、电阻值。由此可以初步判断负载能否直接与电源连接使用，或者需要在电源上串联一个定值电阻以保护负载实际电压不至于超过安全值。

二看电表。看电流表、电压表的量程、最小分度值、内阻是大约值还是准确值。电表的量程决定了电表是否能直接测量负载的电压、电流；电表的最小分度值决定了测量所能达到的精确度。如果给定了电表的准确内阻，通常有两方面含义：一要考虑是否要改变电表的量程。二要注意给定电流表准确内阻，伏安法测电阻时电流表一定内接；如果知道电压表准确内阻，伏安法测电阻时一定要电压表外接（这种情况下测量结果没有系统误差）。如果只是给定了电表的大约内阻值，意思就是要我们思考电流表的内接和外接了。

三看滑动变阻器。滑动变阻器的的安全最大电流、能接入电路的最大电阻。一般来说：滑动变阻器的的最大电阻远大于负载电阻时，滑动变阻器用限流接法；滑动变阻器的的最大电阻远小于负载电阻时，滑动变阻器用分压接法。如果题中明确给出了负载的电压要求是“从零逐渐变大”，当然选择小的滑动变阻器用作分压接法。

最后统筹安排上述思路，设计出能实现需要的、精确度高的、安全电路。

例题分析（16年天津卷）某同学想要描绘标有“3.8 V　0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整。可供该同学选用的器材除开关、导线外，还有：电压表V₁(量程0～3 V，内阻等于3 kΩ)

电压表V₂(量程0～15 V，内阻等于15 kΩ)

电流表A₁(量程0～200 mA，内阻等于10 Ω)

电流表A₂(量程0～3 A，内阻等于0.1 Ω)

滑动变阻器R₁(0～10 Ω，额定电流2 A)

滑动变阻器R₂(0～1 kΩ，额定电流0.5 A)

定值电阻R₃(阻值等于1 Ω)

定值电阻R₄(阻值等于10 Ω)

定值电阻R₅(阻值等于1 kΩ)

电源E(E＝6 V，内阻不计)

(1)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。

(2)该同学描绘出的IU图象应是下图中的________。

解析：描绘小灯泡的伏安特性曲线时，要求“测量数据尽量精确、绘制曲线完整”，从电表的量程来看，V₁、A₁量程偏小，直接测量灯泡的电压、电流时，曲线不完整，若用V₂、A₂测量灯泡的电压、电流时，读数不够精确。题目中给了滑动变阻器和几个定值电阻，我们可以采用定值电阻分压、分流的方式扩大电表的量程，准确读出灯泡的电流值、电压值，绘制完整的曲线。

(1)电路图如图所示，滑动变阻器的选择：R₂的阻值太大，调节不灵敏，故选R₁。与电流表A₁并联的电阻：由于A₁的内阻为10 Ω，若选R₄为并联电阻，则量程为0～0.4 A，若并联阻值过小，电流表读数偏小，读数欠精确。与电压表串联的电阻：分压电阻的阻值应该与电压表V₁的内阻具有可比性，故选择R₅作为分压电阻，此时量程为0～4V。

(2)灯丝的电阻率随温度的升高而增大，其阻值也随温度的升高而增大，则IU图线的斜率应越来越小，图B正确。