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电学实验设计能力的培养
实验设计的基本思路
→→→→→
在近年的电学实验中，电阻的测量(包括变形如电表内阻的测量)、测电源的电动势
与内电阻是考查频率较高的实验。它们所用到的原理公式为：R＝，E＝U＋Ir。由此
可见，对于电路中电压U 及电流I 的测量是实验的关键所在，但这两个量的直接
测量和间接测量的方法却多种多样，在此往往也是高考试题的着力点之处。因此
复习中应熟练掌握基本实验知识及方法，做到以不变应万变。
1.电路设计原则：正确地选择仪器和设计电路的问题，有一定的灵活性，解决时应
掌握和遵循一些基本的原则，即“安全性”、“方便性”、“精确性”原则，兼顾
“误差小”、“仪器少”、“耗电少”等各方面因素综合考虑，灵活运用。
(1)正确性：实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。
(2)安全性：实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。
要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大
允许电流，不能烧坏仪器。
(3)方便性：实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。
(4)精确性：在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。
2.电学实验仪器的选择
(1)根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表。首先保证流过电流表的电
流和加在电压表上的电压均不超过使用量程，然后合理选择量程，务必使指针有
较大角度偏转(一般要大于满偏度的)，以减小读数误差。
(2)根据电路中可能出现的电流或电压范围选择滑动变阻器，注意流过滑动变阻器
的电流不超过它的额定值，对大阻值的变阻器，如果是滑动头稍有移动，使电流、
电压有很多变化的，不宜采用。
(3)应根据实验的基本要求来选择仪器，对于这种情况，只有熟悉实验原理，才能作
出恰当的选择。总之，最优选择的原则是：方法误差尽可能小；间接测定值尽可能
有较多的有效数字位数，直接测定值的测量使误差尽可能小，且不超过仪表的量
程；实现较大范围的灵敏调节；在大功率装置(电路)中尽可能节省能量；在小功率
电路里，在不超过用电器额定值的前提下，适当提高电流、电压值，以提高测试的
1
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准确度。
【例1】 (2020·江苏卷，10)某同学描绘一种电子元件的I－U 关系图像，采用的实
验电路图如图1 所示，为电压表，
为电流表，E 为电源(电动势约6 V)，R 为滑
动变阻器(最大阻值20 Ω)，R0为定值电阻，S 为开关。
(1)请用笔画线代替导线，将图2 所示的实物电路连接完整。
(2)调节滑动变阻器，记录电压表和电流表的示数如下表
电压U/V
0.000
0.250
0.500
0.650
0.700
0.725
0.750
电流I/mA
0.00
0.10
0.25
0.60
1.70
4.30
7.50
请根据表中的数据，在方格纸上作出该元件的I－U 图线。
(3)根据作出的I－U 图线可知，该元件是________(选填“线性”或“非线性”)元
件。
(4)在上述测量中，如果用导线代替电路中的定值电阻R0，会导致的两个后果是
________。
A.电压和电流的测量误差增大
B.可能因电流过大烧坏待测元件
C.滑动变阻器允许的调节范围变小
D.待测元件两端电压的可调节范围变小
2
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解析 (1)根据
路原理
，按着
流的方向
行
物
路
的
，如
甲所示
电
图
电
进
实
电
图
连线
图
甲
(2)由表格中的数据在
上按着
度描出
的各点，然后用平滑的曲
接，
题图
标
对应
线连
使尽可能多的点位于曲
上，如
乙所示。
线
图
乙
(3)根据作出的I－U
可知，待
元件
非
性元件。
图线
测
为
线
(4)根据
路的原理
可知，若用
代替
路中的定
阻
电
图
导线
电
值电
R0，在
滑
阻
调节
动变
器滑片
所允
的
范
会
小，此
若
滑
阻器滑片，稍有不慎就会
时
许
调节
围
变
时
调节
动变
使通
待
元件的
流
大，坏待
元件或
流表，
过
测
电
过
烧
测
电
B、C 正确；
量
与待
电压测
值
元件两端
一致，即
量
差不
，
测
电压
测
值误
变A
；去掉
错误
R0，
不分
，待
元
导线
电压
测
件两端
可
范
大，
电压
调节
围变
D
。
错误
答案 (1)如解析图甲所示 (2)如解析图乙所示 (3)非线性 (4)BC
【例2】 (2021·江
七市
研
苏
调
)某实验小组测量约十几欧的电阻Rx的阻值。
(1)先用多用电表粗测Rx的阻值。将选择开关旋到“×1”电阻挡，红黑两表笔短
接，调节图3 甲中________(选填“A”“B”或“C”)，发现指针最大偏角位置如图乙
所示，同学们认为此现象可能是表内电池电动势减小造成的。取出多用电表内的
电池(标称的电动势为9 V)，用直流电压10 V 挡测得该电池两端的电压为7.1 V。
3
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图3
(2)为较准确测出该电池的电动势E 和电阻Rx的阻值，实验器材如下：
A.电流表A(量程0.6 A，内阻约0.2 Ω)
B.电压表V(量程3 V，内阻为3.0 kΩ)
C.定值电阻R0(阻值6.0 kΩ)
D.滑动变阻器R1
E.滑动变阻器R2
F.开关S、导线若干用图4 所示的电路进行实验，将R2的滑片移至最右端，R1的滑
片移至最左端，闭合开关S，接下来的正确操作顺序________。
图4
①将R1的滑片移至最右端
②将R2的滑片移至最左端
③改变R1的阻值，读出多组电压表U 和电流表I 的示数
④改变R2的阻值，读出多组电压表U 和电流表I 的示数
(3)该组同学在测量电阻Rx阻值的过程中，电压表示数U 和相应电流表示数I 记录
如下表。请根据表中数据在图丁中作出U－I 图线。
U/V
1.00
1.40
1.81
2.20
2.39
2.80
I/A
0.20
0.28
0.36
0.44
0.48
0.56
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图5
由图线可知，电阻Rx的阻值为________Ω(结果保留2 位有效数字)
(4)上述实验中，电压表的内阻对电阻Rx的测量结果________影响，电流表的内阻
对电池电动势的测量结果________影响(均选填“有”或“无”)。
解析 (1)欧姆
零
，两表笔短接后，
欧姆
零旋
，即
中的
调
时
应调节
调
钮
图
C。
(2)由前面的操作可知，先
量
源
，所以接下来通
改
测
电
电动势
过
变R2的阻
，
出
值
读
多
表
组电压
U 和
流表
电
I 的示数，作
即可得到
源
；了
路安全，先将
图
电
电动势为
电
R1的滑片移至最右端，然后将R2的滑片移至最左端，再改变R1的阻
，来
量
值
测
Rx
的阻
。故操作
序
值
顺
为④①②③。
(3)
像
图
为
阻
电
Rx的
表
数的
电压为电压
读
3 倍，所以阻值为Rx＝＝3× Ω＝15 Ω。
(4)因
表分流
致
流表
量
果偏大，所以
表的内阻
为电压
导
电
测
结
电压
对电阻Rx的
量
测
果有影响。
，利用
像的
截距表示
源
，此
流表示数
结
测电动势时
图
纵
电
电动势
时电
为
零，
表
出了此
的真
路端
，所以
流表内阻
量
没有影响。
电压
测
时
实
电压
电
对测
电动势
答案 (1)C (2)④①②③ (3)见解析 15 (4)有 无
5
