探討檢測器件阻值的實驗設(shè)計電路設(shè)計型實驗試卷是歷年中考命題的熱點。主要涉及設(shè)計電路測器件內(nèi)阻，測電源電動勢和電阻。現(xiàn)就怎么設(shè)計電路測器件內(nèi)阻作一剖析總結(jié)。一個完整的電路通常由被測電路、控制電路、保護內(nèi)阻三個部份組成，在進行電路實驗設(shè)計時應(yīng)從這三個方面去考慮設(shè)計方案。一、控制電路和保護內(nèi)阻在熱學(xué)實驗中常用滑動變阻器來調(diào)節(jié)電路中的電壓和電流。滑動變阻器接入電路有兩種形式，限流聯(lián)接（如圖1所示）和分壓聯(lián)接（如圖2所）。通常說來，當滑動變阻的全量程比被測內(nèi)阻小得較多時，用限流接法，聯(lián)通滑動觸頭所造成電路中電流的變化不大，用分壓接法可使電壓、電壓得到較大的調(diào)節(jié)范圍；假如要求被測器件上的電壓、電壓從零開始降低或要求被測器件上的電壓、電壓有較大的調(diào)節(jié)范圍，滑動變阻器應(yīng)作分壓聯(lián)接；當滑動變阻器全部串入電路，電路中的電壓仍超過電路中容許通過的最大電壓時，滑動變阻器應(yīng)作分壓聯(lián)接；當不知被測器件的額定電壓時，用限流接法有可能滑動變阻器全部串入電路，電路中的電壓仍超過其額定電壓，這些情況應(yīng)考慮用分壓聯(lián)接。只有當滑動變阻器的全量程比被內(nèi)阻大或差不多，對調(diào)節(jié)范圍又無特殊要求，用限流接法時電路的電壓又不會超過電路容許通過的最大電壓時可用限流接法。
倘若被測器件的阻值較小，電壓容易超過其容許的最大電壓，這時應(yīng)在電路中串聯(lián)一個電阻適當?shù)亩ㄖ祪?nèi)阻來保護電路。二、設(shè)計被測電路的幾種常用方式依照電路中學(xué)生實驗的方式和電路的基本規(guī)律，設(shè)計被測器件的阻值有如下幾種常用方式。1、伏安法伏安法的原理是部份電路歐姆定理（I=U/R），由安培表、伏特表測出流過器件的電壓和器件兩端的電流，由R=U/I算出R。因為安培表有電阻RA、伏特表有電阻RV，兩表的接入必然改變電路結(jié)構(gòu)，給實驗導(dǎo)致偏差。當RX》RA時，RX=U/I較接近真實值，用A表內(nèi)接法（如圖3所示）偏差較小；當RX《RV時，RX=U/I較接近真實值，用A表外接法（如圖4所示）偏差較小。為此用伏安法設(shè)計電路測內(nèi)阻，應(yīng)由RX、RV、RA的相對大小關(guān)系（RV/RX《RX/RV用A表外接，RV/RX《RX/RV用A表內(nèi)接）來確定是采用A表內(nèi)接還是A表外接。例1（2002年秋季中考）圖5是甲、乙兩組朋友的器材實物圖，拿來檢測待測內(nèi)阻R的電阻，每組器材包括：電板、電鍵、變阻器、電壓表、電流表、待測內(nèi)阻R、導(dǎo)線若干。（1）假如待測內(nèi)阻的電阻比電流表的電阻不是小好多，但R的電阻比電壓表的電阻大得多，在圖甲中連線使之成為檢測電路；假如待測內(nèi)阻R的電阻比電壓表的內(nèi)不是大好多，但R的電阻比電流表的電阻小好多，試在圖乙中連線使之成為檢測電路。
（2）假如已知上述電電流表的電阻RV和電壓表的電阻RA，對圖甲和圖乙中連成的電路，分別寫出待測內(nèi)阻的公式（用測得的量和給出的水表電阻來表示）。解析：（1）由題設(shè)和上面剖析可知，圖甲中被測電路應(yīng)采用電壓表內(nèi)接法，圖乙中應(yīng)采用電壓表外接法。控制電路因滑動變阻器的全電阻、被測內(nèi)阻的簡略值、電流表、電壓表的阻值不知，為了安全和滑動變阻器以便調(diào)節(jié)電阻的測量實驗報告設(shè)計電阻的測量實驗報告設(shè)計，滑動變阻器采用分壓接法較好，連成的實物線路如圖6中的甲、乙所示。（2）設(shè)甲、乙兩圖中電流表的讀數(shù)用I表示，電流表的讀數(shù)用U表示，圖甲中U/I是R與RA串聯(lián)的總內(nèi)阻，即U/I=R+RA，可解得R=(U-IRA)/I。圖乙中U/I是R與RV并聯(lián)的總內(nèi)阻，即U/I=RRV/(R+RV)，可解得R=RVU/(IRV-U)。2、比值法比值法測內(nèi)阻主要是借助串聯(lián)電中電壓與內(nèi)阻成反比，并聯(lián)電路中電流與西路內(nèi)阻成正比這一特性，在已知某個已知阻值的電流（或電壓）的條件下，借助測得的電流、電流，用比列列多項式求解。（1）串聯(lián)電路內(nèi)阻與電流成正比列2、一只電流表，阻值已知，電阻為RV，另有一電源（電動勢未知，但不超過電流表的阻值，電阻可忽視不計）請用這只電流表、電源，一個開關(guān)和若干聯(lián)接用的導(dǎo)線設(shè)計檢測某一高值內(nèi)阻RX的實驗方式（已知RX的值與RV的值相差即大）。
解析：從實驗給出的器材可知，不能用伏安法進行檢測。因為電源電阻不計，可用電流表測出電源電動勢，之后用電流表與被內(nèi)阻串聯(lián)進行檢測。電路圖如圖7所示。直接用電流表接到電源正、負極上，電流表的讀數(shù)U1就是電源電動勢E，即E=U1。用電流表與RX串聯(lián)，如圖7所示，此時電流表的讀數(shù)為U2，所以RX兩的電流為E-U2，則U2/(E-U2)=RV/RX，解之得RX=(U1-U2)RV/U2。（2）并聯(lián)電路電壓與內(nèi)阻成反比列3（2000年全省中考題）從下表中選出適當?shù)膶嶒炂鞑模O(shè)計一電路來檢測電壓表A1的電阻r1，要求方式簡捷，有盡可能高的檢測精度，并能測出多組數(shù)據(jù)。（1）畫出電路圖，注明所用器材代號。（2）選檢測中的一組數(shù)據(jù)來估算r1，則所用表達式為。式中各符號的意義是。器材（代號）尺寸電流表（A1）阻值10mA，電阻r1，待測（約40Ω）電壓表(A2)阻值500μA，電阻r2=750Ω電流表（V）阻值10V，電阻R3=10Ω內(nèi)阻(R1)電阻約100Ω，作保護內(nèi)阻用滑動變阻器（R2）總電阻約50Ω電瓶（E）電動勢1.5V，電阻很小開關(guān)（S），導(dǎo)線若干剖析：①因為待測電壓表A1的阻值I1m=10mA，電阻r1約為40歐，則電壓表A1兩端的最大電流為U1m=I1m.r=0.4V。
若用阻值為10V的電流表與電壓表A1并聯(lián)測電流，電流表讀數(shù)偏差太大，此電流表即能選用，因而不能用伏安法測A1的電阻。由于電壓表A2的電阻r2和阻值I2m已知，電壓表A2兩端容許的最大電流U2m=I2n.r=0.375V，用電壓表A1與電壓表A2并聯(lián)，可設(shè)法做到并聯(lián)后的電流不小于0.375V，故被測電路采用電壓表A1與A2并聯(lián)。②若保護內(nèi)阻R1不接入電路，電路中的最小電壓約為E/[R2+r1r2/(r1+r2)]=17mA，將會使流過A1、A2的電壓小于它們的額定電壓，因而燒毀水表，故R2應(yīng)串入電路中起保護作用。③控制電路，若滑動變阻器采用分壓接法，可使流過A1、A2的電壓通過調(diào)節(jié)R2由零漸漸開始降低，這樣既安全，又可通過調(diào)節(jié)R2測得多組數(shù)據(jù)；若滑動變阻器采用限流式接法，電路中可能出現(xiàn)的最大電壓約為Imax=E/[R1+r1r2/(r1+r2)]=11mA，流過A2的最大電壓約為=r1r2/(r1+r2)Imax=557μA，流過A1的最大電壓約為=r1r2/(r1+r2)Imax=10.4mA,電路中出現(xiàn)的最小電壓I=E/[R1+R2+r1r2/(r1+r2)]=8mA流過A1、A2的最小電壓可算得分別約為=400μA，=7.6mA。
由此可知，R2作限流接法，實驗時R2由最大逐步開始減少，并注意觀察兩水表表針不超過滿刻度的前提下讀數(shù)，同樣可達到目的。解答：①實驗電路如圖8中a、b所示。②r1=I2r2/I1，式中I1、I2是通電壓表A1、A2的電壓，r2是電壓表A2的電阻。3、替代法取代法是將水表與被測內(nèi)阻RX聯(lián)接上去接入電路，讀出水表讀數(shù)，在接入電路不變的前提下，用單刀雙擲開關(guān)轉(zhuǎn)接內(nèi)阻箱，調(diào)節(jié)阻值箱的電阻，使水表讀數(shù)和接RX時相同，這時內(nèi)阻箱的讀數(shù)R就是被內(nèi)阻RX的值。常用的有用內(nèi)阻箱、安培表檢測（如圖9所示）和內(nèi)阻箱、伏特表檢測（如圖10所示）兩種。例4、要測出一個未知內(nèi)阻的電阻RX。現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)不準的電壓表A、定值內(nèi)阻R0、電阻箱R1、滑動變阻器R2、單刀單擲開關(guān)K1、單刀雙擲開關(guān)K2、電源、導(dǎo)線若干。⑴在圖11的方框內(nèi)畫出實驗電路圖（電源已畫出），并在圖上標出你所選器材的代號。⑵寫出主要實驗步驟。剖析：從題中給出實驗驗器材看，檢測該被內(nèi)阻用伏安法和比值法都不行。其實給出的電壓表讀數(shù)不準，但可顯示表針所指示的刻度，因而可考慮先讓RX與電壓表A串連接入電路，使A表表針指到某一刻度，之后改用內(nèi)阻箱與A表串連接入同一段電路，調(diào)節(jié)阻值箱的電阻，使電壓表表針指到與RX串聯(lián)時相同的刻度，這時內(nèi)阻箱的讀數(shù)就等于RX的值。
解答：（1）實驗電路和所選器材如圖12所示。（2）實驗步驟：①將所選器材按圖12連好電路圖，滑動變阻器調(diào)至最左。②閉合K1，K2擲向1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表的表針指到某一合適的刻度線N處。③保持滑動變阻器的滑動觸頭圖12的位置不變，K2擲向2，調(diào)節(jié)阻值箱,使電壓表的表針一直指到刻度線N處，讀出此時內(nèi)阻箱的值R0，即為被測內(nèi)阻RX的值。④整理器材，實驗完畢。綜合所述，解決電路設(shè)計型實驗試卷的思路可歸納為：①認真審題，弄清題目要求。②按題目要求、給出的器材、學(xué)過的原理和實驗方式，從被測電路、控制電路、保護內(nèi)阻三個角度初步草擬實驗電路。③檢查所設(shè)計的電路是否合理，否則應(yīng)重新考慮設(shè)計方案。