電學實驗-內(nèi)外接分壓限流電路改裝半偏法

1、精講精練一一電學實驗一、常見電路1. 測電阻電路(或描繪伏安特性曲線電路，或測量功率電路，或測量電阻率電路)(1) 圖1為分壓式，外接法(2) 圖2為限流式，外接法(3) 將圖1改為分壓式，內(nèi)接法(4)將圖2改為限流式，內(nèi)接法伏安法測電阻電路，共有四種電路2. 測電動勢和內(nèi)阻電路(1) 測量電路如圖(2) 測量方法第一、計算方法 測兩組端電壓u和電流i值，然后通過以下式子求解。e = u,+ lire = u2+l2r第二、作ui圖象方法通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，取得多組(u, i)值，然后在坐標中描點，連成直線用圖象處理問題，須注意以下幾點： 連直線的方法：讓盡可能多的點在直線上，直線兩則分布的點

2、的個數(shù)大致均勻偏離直線較遠的點舍去。 縱軸截距的含義：電動勢e 橫軸截距的含義：短路電流i。f 斜率的含義：電阻。求解方法：r二一或用直線上任意兩點求解斜率的絕對值。3. 電流表、電壓表改裝電路(d把電流表改裝電壓表電路 用半偏法測電流表的內(nèi)阻reo先將r調(diào)到最左端，閉合3,斷開s2,調(diào)節(jié)r使電流表滿偏，然后使r不變，閉合氐調(diào)節(jié)r'使電流表指到 滿刻度的一半，此時電阻箱r'的讀數(shù)即為電流表的內(nèi)阻心。注：此處r'只能用電阻箱，而不能用滑動變阻器，其阻值只需比靈敏電流表的電阻大一點就可以了，r般 使用滑動變阻器，其阻值要求較大，以減小因閉合s2而引起總電流的變化，從而減小誤

3、差。 改裝電路rx=u/le-re 其中u為改裝后的滿偏電壓 核對電路調(diào)節(jié)r,改變電壓，比較改裝表和標準表v的讀數(shù)，并計算百分誤差卩_山x100% 其中u是改裝表的讀數(shù)，u。是標準表的讀數(shù)注：改裝電壓表和標準電壓表并聯(lián)進行核對 表流表內(nèi)阻誤差分析在半偏法測內(nèi)阻電路中，當閉合s2時，引起總電阻減小，總電流增大，大于原電流表的滿偏電流，而此時電 流表半偏，所以流經(jīng)r'的電流比電流表電流多，r'的電阻比電流表的電阻小，但我們就把r'的讀數(shù)當成 電流表的內(nèi)阻，故測得的電流表的內(nèi)阻偏小。(2)電壓表改裝電流表電路 用半偏法測電壓表的內(nèi)阻先將r調(diào)到最左端，閉合&和s2,調(diào)節(jié)

4、r使電壓表滿偏，然后使r不變，斷開s?調(diào)節(jié)r'使電壓表指到滿刻度的一半，此時電阻箱r'的讀數(shù)即為電流表的內(nèi)阻reo注：此處r'只能用電阻箱，而不能用滑動變阻器，其阻值只需比電壓表的電阻大一點就可以了，r 般使用滑動變阻器，其阻值要求較小，以減小因 閉合s2而引起總電壓的變化，從而減小誤差。 改裝電路若改裝電壓表顯程為u,內(nèi)阻為rv,改裝后的電流表的51程為i,則并聯(lián)電 阻 rx= 核對電路 要求標準表a和改裝表串聯(lián)才能進行核對，其百分誤差的計算方法為 x 100%'o注意：將改裝電流表和標準電流表串聯(lián)進行核對 電壓表內(nèi)阻誤差分析在半偏法測電壓表內(nèi)阻電路中，在斷開

5、s2時，引起總電阻增大，滑動變阻器兩端分得電壓將超過原電壓表 的滿偏電壓，調(diào)節(jié)r'使電壓表半偏時，r'上的電壓將比電壓表半偏電壓大，故r'的電阻比電壓表的內(nèi)阻 大，所以測得電壓表內(nèi)阻偏大。二、器材選取原則1準確性原則：選用電表量程應(yīng)可能減小測量值的相對誤差，電壓表、電流表在使用時盡可能使指針接近滿 量程，若指針偏轉(zhuǎn)不到滿偏角度的1 /3,讀數(shù)誤差較大。2. 安全性原則：通過電源，電表，滑動變阻器，用電器的電流不能超過其允許的最大電流。3. 便于操作原則：選擇控制電路時，既要考慮供電電壓的變化范圍是否滿足實驗要求，又要注意便于操作。三、電路選取1. 電流表內(nèi)外接法選取(1

6、 )基本電路(2)電路的對比連接方式誤差來源測量值與真實值關(guān)系適用范圍外接法電壓表分流電流表的讀數(shù)大于流過待測 的電流，故：r測cr真測小電阻內(nèi)接法電流表分壓電壓表讀數(shù)大于待測電阻兩 端的電壓，故:r測r真測大電阻(3)判斷方法 直接比較法：當待測電阻rx較小且遠小于電壓表內(nèi)阻rv時，應(yīng)選用外接法；當待測電阻rx較大且遠大于 電流表內(nèi)阻ra時，應(yīng)選用內(nèi)接法。 臨界值法：當待測電阻rkgrv時，視rx為小電阻，應(yīng)選用外接法；當rqrar,時，視rx為大電 阻，應(yīng)選用內(nèi)接法；當rx=rarv時，兩種接法均可。2. 滑動變阻器分壓式、限流于接法選取(1 )基本電路(2)電路的對比調(diào)節(jié)范圍限流式電路分

7、壓式電路電壓調(diào)節(jié)范圍rxu> u 出+ rotu電流調(diào)節(jié)范圍uur、+ r rx說明：u為電源端電壓，r為滑動變阻器最大電阻，rx為待測電阻阻值。（3）判斷方法 負載電阻rx遠大于滑動變阻器總電阻r,須用分壓式接法，此時若采用限流式接法對電路基本起不到調(diào)節(jié) 作用。 要求負載上電壓或電流變化范圍大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法。 采用限流電路時，電路中的最小電流（電壓）仍超過電流表的量程或超過用電器的額定電流（電壓）時， 應(yīng)采用變阻器的分壓式接法。 負載電阻的阻值rx小于滑動變阻器的總電阻r或相差不大，并且電壓表、電流表示數(shù)變化不要求從零開始 起調(diào)，可用限流式接法。 兩種電路均可使用

8、時應(yīng)優(yōu)先用限流式接法，因為限流式接法總功率較小。例1有一小燈泡上標有u6v, 0.6w”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法測量這個燈泡的iu圖像，已知所用器材 有：a.電流表：00. 3a,內(nèi)阻1qb.電壓表：015v,內(nèi)阻20kqc滑動變阻器：030q,額定電流2ad.學生電源（直流9v）e.開關(guān)一只，導(dǎo)線若干為使實驗誤差盡量減小，試畫出合理的實驗電路圖b、電流表（00. 6a,內(nèi)阻0.50）d、電壓表（03v,內(nèi)阻1kq）f、滑動變阻器（01000,額定電流1a）例2.在“測定金屬的電阻率”實驗中，若粗估金屬絲的電阻rx約為30,為減小誤差，要求金屬絲發(fā)熱功 率p<0. 75w,備有的部分器材有

9、：a. 6v的電池組c.電流表（03a,內(nèi)阻0.010）e.電壓表（015v,內(nèi)阻5kq）g滑動變阻器（020 0,額定電流1a）o （用字母代替）（1）上述器材應(yīng)選用的是（2）畫出實驗電路圖例3一個未知電阻尺，阻值大約為10kq20kq.為了較為準確的測定其電阻值，實驗室中有如下器材:電壓表v（顯程3v、內(nèi)阻約為3kq）（量程15v、內(nèi)阻約為15 kq）電流表al電流表a2電流表a3 電源（量程200"、內(nèi)阻約為100q）（量程5ma、內(nèi)阻約為10q）（量程0. 6a、內(nèi)阻約為1q）電動勢為3v滑動變阻器的最大阻值為200q 開關(guān)sa. 在實驗中電壓表量程應(yīng)選, 電流表應(yīng)選ob.

10、為了盡可能減少誤差，請你在虛線框中畫出本實驗的電路圖。c. 根據(jù)實驗的需要用筆滑線代替導(dǎo)線，將圖7所需的實物連接起來。四、伏安法測電阻及電路的延伸設(shè)計1、伏安法女口：例22、比例法受一些特殊的實驗條件限制，比如：電流（或電壓表）表面上雖有刻度，但無刻度值（或刻度值模糊），這時 我們不能直接讀出電流或電壓，但可根據(jù)電流或電壓表刻度均勻的特點，通過測量其指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)用比例法 完成測量。例4：現(xiàn)有一阻值為10.00的定值電阻，一個開關(guān)、若干根導(dǎo)線和一個電壓表，該電壓表表面上有刻度但無 刻度值。要求設(shè)計一個能測定某電源內(nèi)阻的實驗方案，（已知電壓表內(nèi)阻很大，電壓表量程大于電源電動勢, 電源內(nèi)阻約為幾歐）

11、，要求：（1）畫出實驗電路圖（2）簡要寫出完成接線后的實驗步驟（3）寫出用測得的量計算電源內(nèi)阻的表達式r二。解析：（1）電路圖如右圖所示。（2）斷開開關(guān)，記下電壓表偏轉(zhuǎn)格數(shù)2；合上開關(guān)，記下電壓表格數(shù)2。（3）設(shè)電壓表每偏轉(zhuǎn)1格表示u。，當k斷開時，由閉合電路歐姆定律得：e = ui=niu0當k閉合后，有：e = u2+-r,即e = n2u0+込廠，聯(lián)立兩式解得：=只"_“2。rrn23、替換法用“伏安法”測電阻一般有電流表外接與電流表內(nèi)接兩種線路，因為電流表及電壓表本身并非理想電表，這 兩種線路都存在誤差；另一種情況是實驗只提供一只電流表或電流表本身讀數(shù)不準，這時我們可以考慮在

12、保 證電表讀數(shù)不變的前提下，用一定值電阻（電阻箱）替換待測電阻，完成實驗并提高測量準確性：例5：在某校開展的科技活動中，為了要測出一個未知電阻的阻值r,現(xiàn)有如下器材：讀數(shù)不準的電流表a、 定值電r。、電阻箱2、滑動變阻器&、單刀單擲開關(guān)3、單刀雙擲開關(guān)s2、電源和導(dǎo)線。（1）畫出實驗電路圖，并在圖上標出你所選用器材的代碼。（2）寫出主要的實驗操作步驟解析：（1）實驗電路如右圖所示。（2）將s2與rx相接，記下電流表指針所指位置將s2與e相接，保持r2不變，調(diào)節(jié)e的阻值，使電流表的指針在原位置上，記下r的值，則rx = r1o例7.從下表中選出適當?shù)膶嶒炂鞑?，設(shè)計一電路來測量電流表九的內(nèi)

13、阻門。要求方法簡捷，有盡可能高的 測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。器材代號規(guī)格電流表（ai）量程100ma,內(nèi)阻待測（約400）電流表（a2）量程 500ua,內(nèi)阻 r2=750q電壓表（v）量程10v,內(nèi)阻r3=10kq電阻（ri）阻值約100q,作保護電阻用滑動變阻器（r2）總阻值約50 q電池（e）電動勢1.5v,內(nèi)阻很小開關(guān)（k）導(dǎo)線若干（1）畫出電路圖，標明利用器材的代號。（2）若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算則所用的表達式門=式中各符號的意義是解析：分析題意知道需測顯電流表久的內(nèi)阻，按常規(guī)思想應(yīng)用伏安法，將電壓表并聯(lián)在待測電流表兩端，但 經(jīng)分析即使該電流表滿偏時兩端電壓僅為0.4v,遠小于1

14、0v量程。這恰恰就是本題設(shè)計考核學生應(yīng)變能力的 “陷阱”根據(jù)所列儀器的特點，電流表a2內(nèi)阻已知，由此可采用兩電流表并聯(lián)，因為兩電流表兩端電壓相等即可省 去電壓的測量，從而減小實驗誤差，由l22=lr得門二望人此題也可理解為“將已知內(nèi)阻的電流表a2當成電壓表使用”。這實際也是伏安法的一種推廣形式。練習1. 有一根細長而均勻的金屬材料樣品，截面為外方（正方形）內(nèi)圓，如圖所示。此金屬材料因管線內(nèi)徑太小，無法直接測量,a.d.g.l毫米刻度尺b.電流表（3a, 0.10） e.滑動變阻器（10q, 2a） h.開關(guān)一個，帶夾子的導(dǎo)線若干（1）除待測金屬材料外，應(yīng)選用的實驗器材有請根據(jù)以下器材，設(shè)計一個

15、實驗方案測量其內(nèi)徑。 螺旋測微器電壓表（3v, 6kq）直流穩(wěn)壓電源（6v,c.電流表(600ma, 10q)f.滑動變阻器(2 kq, 0. 5a)0. 050)o （只填代號字母）質(zhì)量約為0.10.2kg,長約30cm,電阻約為10qo已知這種金屬的電阻率為p ,密度為q。（2）畫出你設(shè)計方案的實驗電路圖，并把所選儀器連成實際測量電路。（3）用已知的物理常量和所測得的物理量，推導(dǎo)出計算金屬管線內(nèi)徑的表達式。2. （1）有一游標卡尺，主尺的最小分度是1mm,游標上有20個小的等分刻度。用它測量一小球的直徑,如圖1所示的讀數(shù)是mmo如圖2,用螺旋測微器測量一根金屬絲的直徑，如圖所示的讀數(shù)是mm

16、o（2）為了測量兩節(jié)串聯(lián)干電池的電動勢，某同學設(shè)計了如圖3所示的實驗電路。其中：e是待測電池組，內(nèi) 阻不能忽略；仏、v2是兩只顯程都合適的電壓表，內(nèi)阻不是很大，且未知；&、s?是單刀單擲開關(guān)；導(dǎo)線若干。請根據(jù)電路圖3,在圖4中連線，將器材連成實驗電路。 實驗中需要測量的物理量是o 用測出的物理顯作為已知顯，導(dǎo)出計算串聯(lián)電池電動勢的表達式。（寫出推導(dǎo)過程）3. 用一主尺最小分度為伽叫游標上有20個分度的卡尺測量一個工件的長度，如圖所示。由此讀出工件 的長度為mm o有一塊小量程的電流表g,滿偏電流為100 na,內(nèi)阻為500 qo若把它改裝成3v和15v兩量程的電壓表， 電流表g應(yīng)與適當?shù)碾娮柚颠B接。經(jīng)計算，改裝后與電流表連接的電阻值在3v擋時胎kq, 15v擋時r?j k q o把改裝的電壓表和標準表校核，發(fā)現(xiàn)標準表的滿刻度讀數(shù)為15v時，改裝表的讀數(shù)為14. 7vo則改裝成的電 壓表相對于滿刻度的百分誤差為?，F(xiàn)有標準電壓表v、r、r2、滑動變阻器（最大阻值為20q）、電動勢為20v的電源&單刀單擲和單刀雙擲 開關(guān)$、請你在方框圖中畫出改裝后的電壓表與標準電壓表進行核對的實驗電路圖（在圖中標出3v、15v 的接線柱）。參考答案1.： （1） abceghi （說