伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)專題

PAGE27伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)專題實(shí)驗(yàn)二伏安法測(cè)電阻一.教學(xué)內(nèi)容：伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)問題綜合二.學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、掌握伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)原理及兩種電路的誤差來源。2、熟練利用伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)原理對(duì)實(shí)驗(yàn)電路及器材做出選擇。3、重點(diǎn)掌握伏安法實(shí)驗(yàn)習(xí)題的類型及其相關(guān)的解法?？键c(diǎn)地位：伏安法測(cè)電阻是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容，是歷年高考考查的重點(diǎn)和難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)所涉及的知識(shí)面廣，綜合性強(qiáng)，難度較大，從出題內(nèi)容上可以從多角度考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析能力，包括電阻的測(cè)量、電表內(nèi)阻的測(cè)量、電路及儀器器材的選擇、實(shí)驗(yàn)電路的連接、實(shí)驗(yàn)原理的遷移等，出題形式主要是以實(shí)驗(yàn)題形式出現(xiàn)，三.重難點(diǎn)解析：1、伏安法測(cè)電阻原理分析：（1）測(cè)量原理：根據(jù)歐姆定律，得到，用電壓表測(cè)出電阻兩端的電壓和通過電阻的電流，就可以求出電阻，這種測(cè)量電阻的方法叫伏安法。（2）兩種測(cè)量電路的比較類別安培表內(nèi)接法安培表外接法電路圖誤差分析伏特表示數(shù)安培表示數(shù)誤差來源于安培表的分壓作用伏特表示數(shù)安培表示數(shù)誤差來源于電壓表的分流作用兩種電路的選擇條件R越大，越接近越接近于可見，為了減小誤差，該電路適合測(cè)大電阻，即R越小，越接近越接近可見，為減小誤差，該電路適合測(cè)小電阻，即電流表和電壓表的內(nèi)接和外接法的選擇原則：2.試觸法選擇內(nèi)、外接法：具體方法是，在如圖所示的電路中，改變電表的連接方式，拿電壓表的一個(gè)接線柱分別接觸M、N兩點(diǎn)，觀察電壓表和電流表的示數(shù)變化，如果電流表變化明顯，說明電壓表內(nèi)阻對(duì)電路影響較大，應(yīng)采用內(nèi)接法；如果電壓表變化明顯，說明電流表內(nèi)阻對(duì)電路影響較大，應(yīng)采用外接法。題型1、伏安法實(shí)驗(yàn)原理問題：用伏安法測(cè)電阻，當(dāng)被測(cè)電阻的阻值不能估計(jì)時(shí)，可采用試接的辦法，如圖所示。讓電壓表一端先后接到b點(diǎn)和c點(diǎn)，觀察兩個(gè)電表的示數(shù)，若電流表的示數(shù)有顯著變化，則待測(cè)電阻的阻值跟________表的內(nèi)阻可以比擬。電壓表的兩端應(yīng)接在a、________兩點(diǎn)；若電壓表的示數(shù)有顯著變化，則待測(cè)電阻的阻值跟_________表的內(nèi)阻可比擬，電壓表應(yīng)接在a、________兩點(diǎn)。答案：電壓 c 電流 b二.滑動(dòng)變阻器的限流接法和分壓接法：電路負(fù)載上電壓調(diào)節(jié)范圍負(fù)載上電流調(diào)節(jié)范圍閉合開關(guān)前觸電所處位置相同條件下消耗的總功率限流接法RRLR0Sabεr0Pb端分壓接法RRLR0Sabεr0Pa端比較分壓電路調(diào)節(jié)范圍大分壓電路調(diào)節(jié)范圍大都為了保護(hù)負(fù)載電路限流電路能耗小滑動(dòng)變阻器的兩種電路連接都能控制調(diào)節(jié)負(fù)載的電流和電壓，但在相同條件下調(diào)節(jié)效果不同，實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇限流接法和分壓接法。兩種接法的選用原則（1）負(fù)載電阻的阻值遠(yuǎn)大于變阻器的總電阻，須用分壓式電路。若接成限流式，當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí)，電路中電流變化不明顯，測(cè)得的電壓和電流取值范圍小。例1.某電壓表的內(nèi)阻在之間，現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用的器材：待測(cè)電壓表V（量程3V）；電流表（量程）；電流表（量程）；電流表（量程）滑動(dòng)變阻器R（最大阻值）；電源（電動(dòng)勢(shì)4V）；電鍵K。（1）所提供的電流表中，應(yīng)選用____________。（2）為了盡量減小誤差，要求測(cè)多組數(shù)據(jù)。試畫出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖。（97年高考）分析：將電流表、電壓表串聯(lián)，只要讀出兩表讀數(shù)，即可用公式求得電壓表的內(nèi)阻。通過電壓表的最大電流值故電流表應(yīng)選。由于變阻器的阻值遠(yuǎn)小于電壓表的內(nèi)阻，且要求測(cè)多組數(shù)據(jù)，故變阻器用分壓式連接，如圖3所示。圖3（2）要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，或者需要從零開始連接可調(diào)，須用分壓式接法。例2.已知某電阻絲的電阻約為，現(xiàn)有下列器材供測(cè)量該電阻絲的電阻時(shí)使用；A.量程為，內(nèi)阻是的電流表。B.量程為3V，內(nèi)阻是的電壓表。C.阻值是，額定電流為2A的滑動(dòng)變阻器。D.蓄電池（6V）。E.開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。要求：畫出用伏安法測(cè)上述電阻絲的電阻的電路圖，測(cè)量數(shù)據(jù)要盡量多。分析：若采用限流式接法，由于電阻絲阻值為，在3V電壓（電壓表的量程）下工作，則流過它的最大電流為，改變滑動(dòng)變阻器的阻值（0～），電路中電流變化范圍約為，電流取值范圍比較小，故采用分壓式接法比較好。電路圖如圖4所示。圖4（3）若電源的電動(dòng)勢(shì)較大，負(fù)載電阻及滑動(dòng)變阻器的總阻值不大，如果實(shí)驗(yàn)所提供的電表量程或其它元件允許通過的最大電流很小，若采用限流接法，無論怎樣調(diào)節(jié)，電路中實(shí)際電流（或電壓）都會(huì)超過電表量程或元件允許的最大電流（或電壓），為了保護(hù)電表或其它元件，必須采用分壓接法。例3.用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻的器材規(guī)格如下：待測(cè)電阻（約）；直流電流表（量程，內(nèi)阻）；直流電壓表（量程，內(nèi)阻）；直流電源（輸出電壓3V，內(nèi)阻不計(jì)）；滑動(dòng)變阻器（阻值范圍，允許最大電流1A）；電鍵一個(gè)，導(dǎo)線若干條。根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。分析：若滑動(dòng)變阻器采用限流式連接，則將其全部接入電路時(shí)，電路電流為仍大于直流電流表的最大量程（10mA），故滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓式連接。又因，故采用電流表外接法，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖5所示。圖5（4）當(dāng)負(fù)載電阻的阻值小于變阻器總電阻R或相差不多時(shí)，若兩種電路都可以對(duì)負(fù)載的電流和電壓有明顯的調(diào)節(jié)，或兩種電路都滿足實(shí)驗(yàn)要求，且電壓、電流變化不要求從零調(diào)起，則多采用限流式接法，這樣的接法電源負(fù)擔(dān)輕，能耗小。例4.在一次實(shí)驗(yàn)中需要較準(zhǔn)確地測(cè)量某一個(gè)金屬絲的電阻，已知金屬絲的電阻，約為；電流表量程3A，內(nèi)電阻約；電壓表量程3V，內(nèi)電阻約；電源電動(dòng)勢(shì)6V；滑動(dòng)變阻器R的總電阻，額定電流。試畫出測(cè)量金屬絲電阻的電路圖。分析：電源電動(dòng)勢(shì)為，流過金屬絲的電流約可采用限流接法，電路如圖6所示。圖6

總結(jié)：（1）通常情況下（滿足安全條件），由于限流電路能耗較小，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此應(yīng)優(yōu)先考慮。（2）在下列情況下必須采用分壓接法。（1）負(fù)載電阻的阻值遠(yuǎn)大于變阻器的總電阻，須用分壓式電路。若接成限流式，當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí)，電路中電流變化不明顯，測(cè)得的電壓和電流取值范圍小。（2）要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，或者需要從零開始連接可調(diào)，須用分壓式接法。（3）若電源的電動(dòng)勢(shì)較大，負(fù)載電阻及滑動(dòng)變阻器的總阻值不大，如果實(shí)驗(yàn)所提供的電表量程或其它元件允許通過的最大電流很小，若采用限流接法，無論怎樣調(diào)節(jié)，電路中實(shí)際電流（或電壓）都會(huì)超過電表量程或元件允許的最大電流（或電壓），為了保護(hù)電表或其它元件，必須采用分壓接法。（4）當(dāng)負(fù)載電阻的阻值小于變阻器總電阻R或相差不多時(shí)，若兩種電路都可以對(duì)負(fù)載的電流和電壓有明顯的調(diào)節(jié)，或兩種電路都滿足實(shí)驗(yàn)要求，且電壓、電流變化不要求從零調(diào)起，則多采用限流式接法，這樣的接法電源負(fù)擔(dān)輕，能耗小。三、實(shí)驗(yàn)電路及器材的選擇原則與方法：（1）實(shí)驗(yàn)電路的選擇原則：在高中物理階段常見的電路選擇問題有兩種。選擇滑動(dòng)變阻器的限流和分壓接法；選擇電流表和電壓表的內(nèi)接和外接法。滑動(dòng)變阻器的限流和分壓接法的選擇原則：一般情況下全部選限流接法，除非有特殊要求。特殊要求如下：①負(fù)載兩端電壓由零開始變化；②用限流接法時(shí)，負(fù)載能承受的電流小于用限流接法所能達(dá)到的最小電流；③所用電流表和電壓表的量程小于用限流接法所能達(dá)到的最小電流和分到的電壓。（2）電路器材的選擇。電流表和電壓表的選擇原則是第一要安全，第二要準(zhǔn)確。準(zhǔn)確是指在可用的電流表、電壓表測(cè)量范圍內(nèi)，盡可能選用量程小一些的電表，因?yàn)殡娏鞅怼㈦妷罕碓跍y(cè)量時(shí)指針偏轉(zhuǎn)角越大，誤差越小。例如電流電壓為6V，可供選擇的電壓表有3V和15V兩個(gè)電壓表。從安全考慮只能選15V電壓表。如電源電壓為4V，可供選擇的電壓表有6V和9V兩個(gè)電壓表。則應(yīng)選6V電壓表。電源的選擇原則是第一能用，第二是經(jīng)濟(jì)。例如為保證6V、6W的用電器能正常工作，可供選擇的電源有6V、的兩個(gè)電源。則應(yīng)選9V的電源。若兩電源都是內(nèi)阻極小而可忽略不計(jì)的電源。則應(yīng)選6V的電源?；瑒?dòng)變阻器的選擇原則第一是能用，第二是方便。所有滑動(dòng)變阻器的銘牌上都標(biāo)明該滑動(dòng)變阻器的最大阻值和允許通過的最大電流。因此，滑動(dòng)變阻器的選擇首先看實(shí)驗(yàn)時(shí)通過滑動(dòng)變阻器的電流是否在其允許范圍之內(nèi)，然后看滑動(dòng)變阻器的電阻和電路中其他總電阻是否相當(dāng)，例如電路總電阻約為，選擇滑動(dòng)變阻器連接限流電路，可供選擇的滑動(dòng)變阻器的最大電阻有、、、則應(yīng)選擇太小，可調(diào)范圍小，太大，調(diào)節(jié)極不方便，滑動(dòng)觸頭稍稍一動(dòng)，電阻變化就是幾百上千歐。連接成分壓器電路時(shí)原則也是一樣。題型2、實(shí)驗(yàn)器材的選擇及實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)問題：如圖所示為用伏安法測(cè)定一個(gè)定值電阻阻值的實(shí)驗(yàn)所需的器材實(shí)物圖，器材規(guī)格如下：（1）待測(cè)電阻；（2）直流毫安表（量程0~20mA，內(nèi)阻）；（3）直流電壓表（量程0~3V，內(nèi)阻）；（4）直流電源（輸出電壓6V，內(nèi)阻不計(jì)）；（5）滑動(dòng)變阻器（阻值范圍0~，允許最大電流1A）；（6）開關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線若干。根據(jù)器材規(guī)格及實(shí)驗(yàn)要求，在本題的實(shí)物圖上連線。解析：①先確定采用電流表內(nèi)接電路還是外接電路。，不滿足內(nèi)接的要求。又，滿足電流表外接的要求，電流表應(yīng)外接。②再確定變阻器是采用限流還是分壓。若采用限流式，則滑動(dòng)變阻器阻值達(dá)到最大時(shí)，電路中電流達(dá)到最小，，已超過電流表量程，故必須采用滑動(dòng)變阻器分壓式電路。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。實(shí)物連線如圖所示。變式：欲用伏安法測(cè)定一段阻值為左右的金屬導(dǎo)線的電阻，要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，備有以下器材：A.電池組（3V、）B.電流表（）C.電流表（）D.電壓表（0~3V、）E.電壓表（0~15V、）F.滑動(dòng)變阻器（0~）G.滑動(dòng)變阻器（0~）H.開關(guān)、導(dǎo)線（1）上述器材中應(yīng)選用的是______________。（2）實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)采用電流表__________接法（填“內(nèi)”或“外”）。（3）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。答案：（1）A、C、D、F、H （2）外 （3）如圖所示。題型3、（特殊測(cè)量方法）1．用一個(gè)已知電阻和兩個(gè)電壓表。例題1用如圖所示的電路來測(cè)量未知電阻RX的阻值，R0阻值已知。(1）將實(shí)驗(yàn)過程補(bǔ)充完整：a．對(duì)照電路圖連接好電路，并將滑動(dòng)變阻器的滑片滑至阻值最大處；b．閉合開關(guān)，________________________。c．?dāng)嚅_開關(guān)，整理器材。(2）用測(cè)量所得的物理量和已知量符號(hào)表示出待測(cè)電阻RX＝___________。(3）寫出本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的作用：_____________________________________2．用一個(gè)已知電阻和兩個(gè)電流表例題2、現(xiàn)有下列實(shí)驗(yàn)器材：一只已知阻值的定值電阻R0、兩只電流表、電池、開關(guān)、足量的導(dǎo)線。請(qǐng)你利用這些器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出一只未知電阻Rx的阻值。要求：(1)在右框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。(2)簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)過程并用已知量和測(cè)量量表示Rx。3．用一個(gè)電流表和電阻箱例題3、用如圖甲所示的電路可以測(cè)量一個(gè)未知電阻的阻值,其中Rx為待測(cè)電阻,R為電阻箱,S為單刀雙擲開關(guān),R0為定值電阻。某同學(xué)用該電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn),主要步驟有:A.把開關(guān)S接b點(diǎn),調(diào)節(jié)電阻箱,使電流表的示數(shù)為I；B.讀出電阻箱的示數(shù)R；C.把開關(guān)S接a點(diǎn),讀出電流表的示數(shù)為I；D.根據(jù)電路圖,連接實(shí)物,將電阻箱的阻值調(diào)至最大。⑴上述步驟的合理順序是_________(只需填寫序號(hào))。⑵步驟A中電阻箱調(diào)節(jié)好后示數(shù)如圖乙所示,則它的示數(shù)為____________Ω。若己知R0的阻值為10Ω,則待測(cè)電阻的阻值為_________Ω。⑶本實(shí)驗(yàn)所采用的物理思想方法可稱為___________。(填“控制變量法”或“等效替代法”)。電表內(nèi)阻的巧妙測(cè)量問題：（全國(guó)高考題）從下列器材中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一個(gè)電路來測(cè)量電流表的內(nèi)阻，要求方法簡(jiǎn)捷，有盡可能高的精確度，并能測(cè)得多組數(shù)據(jù)。電流表，量程10mA，內(nèi)阻待測(cè)（約）；電流表，量程，內(nèi)阻；電壓表，量程10V，內(nèi)阻；電阻，阻值約為；滑動(dòng)變阻器，總阻值約；電源E，電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻很?。婚_關(guān)S，導(dǎo)線若干。（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，標(biāo)明所用器材的代號(hào)。（2）若選取測(cè)量中的一組數(shù)據(jù)來計(jì)算，則所用的表達(dá)式________，式中各符號(hào)的意義是_________。答案：（1）電路如圖所示。（2） 式中分別是電流表、的讀數(shù)，分別是電流表、的內(nèi)阻。變式：（2005·全國(guó)卷III）利用下圖所示中給定的器材測(cè)量電壓表V的內(nèi)阻。圖中B為電源（內(nèi)阻可忽略不計(jì)），R為電阻箱，S為開關(guān)。①將圖中實(shí)物連接為測(cè)量所用的電路。②寫出實(shí)驗(yàn)中必須記錄的數(shù)據(jù)（用符號(hào)表示），并指出各符號(hào)的意義：________________。③用②中記錄的數(shù)據(jù)表示的公式為_________。解析：連線如圖所示，閉合開關(guān)，兩次調(diào)節(jié)電阻箱的電阻，讀出其電阻阻值、和電壓表所對(duì)應(yīng)的電壓，則由串聯(lián)電路電流相等可得： ① ②①、②式聯(lián)立得：題型4、伏安法測(cè)電阻原理的拓展與創(chuàng)新：（2006·南通）“伏安法”測(cè)電阻時(shí)，由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，使得測(cè)量結(jié)果總存在誤差，而按如圖所示電路進(jìn)行測(cè)量，則由電壓表、電流表內(nèi)阻所造成的誤差可消除。（1）請(qǐng)你在題中橫線上簡(jiǎn)要寫出還未完成的主要操作步驟，并用字母表達(dá)出相應(yīng)的測(cè)量值。①閉合開關(guān)，開關(guān)接2，調(diào)節(jié)，使電壓表和電流表的讀數(shù)盡可能大，讀出電流表和電壓表的讀數(shù)、；②保持不變，_________________________________。（2）請(qǐng)你推導(dǎo)出待測(cè)電阻的表達(dá)式。（3）用線把實(shí)物圖按電路圖連成測(cè)量電路，請(qǐng)將圖中未連的線連完整。答案：（1）閉合接1，調(diào)節(jié)使電壓表和電流表的讀數(shù)盡可能大，讀出此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù)、。（2）由歐姆定律得： ① ②聯(lián)立①②得：。（3）如圖所示：變式：（2007·西安）用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻的阻值，器材（代號(hào)）與規(guī)格如下：電流表（量程，內(nèi)阻）；標(biāo)準(zhǔn)電流表（量程300mA，內(nèi)阻約為）；待測(cè)電阻（阻值約為）；滑動(dòng)變阻器（最大阻值）；電源E（電動(dòng)勢(shì)約為10V，內(nèi)阻r約為）；單刀單擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干。（1）要求方法簡(jiǎn)捷，并能測(cè)多組數(shù)據(jù)，畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖，并標(biāo)明每個(gè)器材的代號(hào)。（2）實(shí)驗(yàn)中，需要直接測(cè)量的物理量是_________，用測(cè)的量表示待測(cè)電阻的阻值的計(jì)算公式是__________。答案：（1）實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。（2）兩電流表、的讀數(shù)為，待測(cè)電阻阻值的計(jì)算公式是。點(diǎn)撥：即為兩端的實(shí)際電壓，上流過的實(shí)際電流，故，本實(shí)驗(yàn)避免了伏安法的系統(tǒng)誤差?！灸M試題】1.關(guān)于電流表，下列敘述中不正確的是（）A.電流表必須與電路串聯(lián)B.電流表所測(cè)得的值比真實(shí)值小C.電流表的內(nèi)阻越大，則測(cè)量越準(zhǔn)確D.電流表的內(nèi)阻越小，則測(cè)量越準(zhǔn)確2.用伏安法測(cè)電阻有電流表外接法與電流表內(nèi)接法兩種方法。下列說法中正確的是（）A.若，用外接法測(cè)得的值誤差較小B.若，用外接法測(cè)得的值誤差較小C.若，用內(nèi)接法測(cè)得的值誤差較小D.無論之值如何，用外接法測(cè)得的值總比真值小，用內(nèi)接法測(cè)得的值比真值大3.某學(xué)生在測(cè)電燈泡的電阻時(shí)，不慎把電流表（量程0~3A）與電壓表（量程250V）的位置交換了，如圖所示，這樣將造成（）A.電流表燒壞 B.電壓表燒壞C.燈泡燒壞 D.燈泡不亮4.兩個(gè)定值電阻、串聯(lián)后接在輸出電壓U穩(wěn)定于12V的直流電源上，有人把一個(gè)內(nèi)阻不是遠(yuǎn)大于的電壓表接在的兩端，電壓表的示數(shù)為8V，如圖所示，如果把此電壓表改接在R2兩端，則電壓表的示數(shù)將（）A.小于4V B.等于4VC.大于4V，小于8V D.等于或大于8V5.某同學(xué)用伏安法測(cè)量電阻，分別用電流表內(nèi)接法和外接法，測(cè)得的阻值分別為，所測(cè)阻值與真實(shí)值之間的關(guān)系是（）A. B.C. D.6.將一塊內(nèi)阻為，滿偏電流為的電流表G改裝成量程為0.6A的電流表，應(yīng)該（）A.串聯(lián)一個(gè)的電阻B.并聯(lián)一個(gè)的電阻C.串聯(lián)一個(gè)的電阻D.并聯(lián)一個(gè)的電阻7.量程為15V的電壓表，當(dāng)給它串聯(lián)一個(gè)的電阻后測(cè)量實(shí)際電壓為15V的電路時(shí)，指針指在刻度盤上12V處，此電壓表的內(nèi)阻為多少？若此表的量程擴(kuò)大為100V，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)阻值為多少的電阻？8.一阻值約為的電阻，欲用伏安法較準(zhǔn)確地測(cè)出該電阻的阻值。備選器材有：a.電源（電動(dòng)勢(shì)16V，內(nèi)阻）b.電源（電