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关于高考电路设计题的思考

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综观近几年的高考均出现了电学实验，凸显了电学实验在高考实验考查中的重要地位。

设计性实验是该类考题的重点考查形式，以此来鉴别考生以实验的“迁移”能力、创新能力为主的综合实验素质。实验试题的设计来源于教材而不拘泥于教材，只有真正理解了实验原理和实验方法，掌握电路设计的原则才能达到灵活运用的目的。

电学实验器材和电路选择的总原则是安全、精确和方便。器材的选择与实验所用的电路密切相关，因此在选择器材前首先要根据实验目的和实验原理设计测量精确、安全可靠、操作方便的实验电路，再根据实验电路的需要选择器材。选择器材和电路时，为了使测量结果精确和保护仪器，应遵循以下原则：

一、实验器材的选择

选择器材的一般顺序是：电源——电表——变阻器

1.电源的选择：一般可以根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源。在不出现实验器材过载毁坏的情况下，选择电动势较大的电源，以获取更多的测量数据。在电动势相同情况下，一般选择内阻较小的电源，以获取较稳定的路端电压。

2.电表的选择：通过估算确定电路中通过电流表的最大电流和电压表两端的最大电压，所选择的电表的量程应大于最大电流和最大电压，以确保电表的安全；通过估算确定电路中通过电流表的最小电流和电压表两端的最小电压，电表的量程选择应使电表的指针摆动的幅度较大，一般应使指针能在满刻度的■左右，至少达到■以上，以减小读数的偶然误差，提高精确度。

3.变阻器的选择：首先所选用的变阻器的额定电流应大于电路中通过变阻器的最大电流，以确保变阻器的安全；然后考虑是否有足够的电压调节范围，分压式接法能实现这一要求；最后为满足实验中电流变化的需要和调节的方便，在分压式接法中，应选用电阻较小而额定电流较大的变阻器，在限流式接法中，应选用电阻与待测电阻比较接近的变阻器。

二、实验电路的选择

1.限流式和分压式接法的选择

（1）在选择变阻器分压式和限流式两种接法时应优先考虑限流式接法。

（2）为了能使实验正常进行，当电路中的最小电流仍然超过电流表的量程或待测电阻的额定电流，变阻器不能满足限流要求时，采用分压式接法。

（3）待测电阻远远大于变阻器的最大值时，一般采用分压接法。

（4）需要在待测电阻两端从零开始测量电压、电流时，采用分压式接法。

2.电流表内外电路的选择

A．待测电阻的阻值已知

（1）当RxRA时，电流表分压很小，选择电流表内接电路。

（2）当RxRV时，电压表分流很小，选择电流表外接电路。

（3）当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时，根据：

当Rx2RVRA时，采用电流表外接法；当Rx2RVRA时，采用电流表内接法。

B．待测电阻的阻值未知

试触法比较电流电压的相对误差来选择待测电路

三、其他特殊测量方法

常见的如半编法、替代法等，请看下面的例子。

［例题］（2010年全国卷2）如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内：A为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9Ω；S为开关。已知RT在95℃时阻值为150Ω，在20℃时的阻值约为550Ω。现要求在降温过程中测量在95℃～20℃之间的多个温度下RT的阻值。

（1）在图中画出连线，完成实验原理电路图。

（2）完成下列实验步骤中的填空：

①依照实验原理电路图连线。

②调节控温容器M内的温度，使得RT温度为95℃。

③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。

④闭合开关。调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录。

⑤将RT的温度降为T1（20℃＜T1＜95℃）；调节电阻箱，使得电流表的读数记录。

⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值。

⑦逐步降低T1的数值，直至20℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥。

［解析］（1）由于本实验只有一个可以用来测量或观察的电流表，所以不难想到应该用“替代法”测电阻。

（2）具体电路设计：先从安全角度考虑，所给电流表量程很小，电阻箱必须在电路中起到限流作用，从而确定将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路；进而考虑用电流表观察保证前后电路的电阻不变，热敏电阻的95℃和20℃的阻值是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95℃，则电流表数不变时电阻箱与热敏电阻的串联电路电阻保持150Ω加电阻箱的初值之和不变。如果热敏电阻的初始温度为20℃，则电流表示数不变时，电阻箱与热敏电阻的串联电路电阻保持550Ω加电阻箱的初值之和不变，则可以测量任意温度下的电阻。

所以解好电路设计题的关键，应是在熟悉各种基本方法的基础上，理解各种设计方法的原理和基本原则，才能做到灵活应对。

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-全文完-