高中物理選修電阻的測量專題教案

PAGE電阻的測量專題教案伏安法測電阻的原理：利用部分電路歐姆定律I=U/R得出R=U/I。如果能測出待測電阻兩端的電壓和電阻中的電流即可據(jù)此測量求解。如果電路中沒有明確的電壓或電流測量則應(yīng)在電路中分析電壓或電流的間接求解方法。系統(tǒng)誤差：認(rèn)為A、V表理想。一、測量電路形式：1）基本形式：內(nèi)接法：外接法：VAVAVAVA2）常見變形：（1）兩電流表：AA12原理：已知A2的內(nèi)阻，及A2、A1AA12（2）雙伏特表：VVVV12AAAA12原理：利用電阻箱中的電流是A2和A1的差，而電阻可直接讀出，故可以測A1的內(nèi)阻。（4）電流表與電阻箱：RARRARX（5）伏特表與電阻箱：RxVRxVR（6）測電流表的內(nèi)阻：AK1AK1K21原理：電源內(nèi)阻很小，可以忽略。先閉合K1調(diào)節(jié)滑動變阻器使G表滿偏，再閉合K2，調(diào)節(jié)電阻箱使G表半偏，此時Rg=R。(外電路電阻很大，電流可以認(rèn)為不變)AK1AK1K21R1R21原理：電源內(nèi)阻很小，可以忽略。先閉合K1調(diào)節(jié)R1的大小使電流表滿偏，再閉合K2減小R1為原來的一半后，調(diào)節(jié)R2使電流表仍然滿偏。則Rg=R1R2/(2r+R1)AVKAVKR原理：Rg=（U—IR）/IAAKAAK21原理：Rg=(I0—I)R/I⑤求差法：A1A2K1K2原理：如圖，首先閉合K1，調(diào)節(jié)電阻箱使A滿偏，此時電阻箱的讀數(shù)為R1，其次再閉合K2調(diào)節(jié)電阻箱使A滿偏，此時電阻箱的讀數(shù)為RA1A2K1KⅡ．滑動變阻器的基本接法：限流式：與待測電阻串聯(lián)。分壓式：部分與待電阻并聯(lián)。RXRXRX注：采用限流式電壓的可調(diào)范圍為RXU/（R+RX）~U。采用分壓式電壓的調(diào)節(jié)范圍為0~U。二、器材和電路選擇的基本原則：安全——不損壞實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)確——盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差方便——在保證實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行的前提下，選用的電路和器材應(yīng)便于操作，讀得的數(shù)據(jù)便于處理Ⅰ實(shí)驗(yàn)器材的選擇基本原則：①電源允許的最大電流要大于電路中的實(shí)際電流。②用電器的額定電流不能小于通過該電器的實(shí)際最大電流。③電壓表和電流表的量程不能小于被測電壓和電流的最大值。④電壓表和電流表的指針應(yīng)指到滿偏刻度的三分之二位置左右?；瑒幼冏杵鞯倪x擇：①當(dāng)用電器比變阻器全值電阻小或差不多時，且實(shí)驗(yàn)要求變化范圍不大，一般選擇限流電路。②當(dāng)用電器電阻大于變阻器電阻時，且實(shí)驗(yàn)要求電壓變化范圍較大，一般選用分壓電路。③若采用限流電路，電路中的最小電流仍超過用電器的額定電流時，必須選用分壓電路。④要使某部分電路的電壓或電流從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，只有分壓電路才能滿足。⑤若兩種電路都能滿足要求時，從減小電能損耗考慮，應(yīng)優(yōu)先選用限流電路。例：為了測定一個“12V，6W”的小燈泡在不同電壓下的功率，現(xiàn)有變阻器R1=20Ω，R2=30Ω測量時要求燈泡兩端的電壓從0V開始連續(xù)可調(diào)，則應(yīng)選用的滑動變阻器為答案：R1分壓形式。例：在測定“金屬絲電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，已知電阻絲的電阻約為40Ω，應(yīng)選用的器材是：A量程是30mA的電流表B量程是3V的電壓表C阻值為100Ω的滑動變阻器D阻值為10Ω的滑動變阻器E電源電壓6V，內(nèi)阻不計F電鍵，導(dǎo)線若干答案：選擇D采用分壓式。原因：Ⅱ伏安法測電阻中安培表內(nèi)接法和外接法的選擇：①RX較大，滿足RX>>RA時，用內(nèi)接法。②當(dāng)RX比RA大很多，但又比RV小很多時，可采用計算臨界電阻值的方法，先計算臨界電阻R0=,若RX>R0，可視為較大，采用內(nèi)接法。若RX<R0，可視為較小，采用外接法。三、解答電路和器材選擇問題的思路①首先選出惟一性器材。②草畫電路圖，暫不接入安培表和伏特表，滑動變阻器暫時接成限流電路。③估算電路中的電流和電壓的最大值，結(jié)合已知實(shí)驗(yàn)器材的規(guī)格，確定實(shí)驗(yàn)電路和其他實(shí)驗(yàn)器材。例1：有一個電阻RX，其阻值大約在40Ω～50Ω之間，現(xiàn)要進(jìn)一步測量其電阻，手邊現(xiàn)有器材如下：電源E（電動勢12V，內(nèi)阻為0.5Ω）電壓表（0～3～15V，內(nèi)阻約為10KΩ）電流表（0～0.6～3A，內(nèi)阻約為1Ω）滑動變阻器R1（阻值0～10Ω，額定電流2A）滑動變阻器R2（阻值0～1700Ω，額定電流0.3A）問：電壓表的量程應(yīng)選電流表的量程應(yīng)選滑動變阻器應(yīng)選用答案：15V、0.6A、R1例2：一阻值約為30KΩ的電阻R，欲用伏安法較準(zhǔn)確地測出它的阻值，備選的器材有A電源（ε=16V，r=2Ω）B電源（ε=3V，r=0.5Ω）C電壓表（量程0～15V，內(nèi)阻50KΩ）D電壓表（量程0～3V，內(nèi)阻10KΩ）E電流表（量程0～500μA，內(nèi)阻500Ω）F電流表（量程0～1mA，內(nèi)阻250Ω）G滑動變阻器（阻值0～200Ω）H電鍵一只，導(dǎo)線若干①從上述器材中選出合適的有用器材②畫出電路答案：①ACEGH②電流表內(nèi)接法滑動變阻分壓接法例3一小燈泡的額定電壓為6V，額定功率為1W～1.5W之間，現(xiàn)有下列器材：A電動勢為6V，內(nèi)阻不計的直流電源一只B電動勢為12V，內(nèi)阻不計的直流電源一只C量程為0～10V，內(nèi)阻約為20KΩ的電壓表一只D量程為0～2A，內(nèi)阻約為0.5Ω的電流表一只E量程為0～0.5A，內(nèi)阻約為2Ω的電流表一只F額定電流為2A的0～20Ω的滑動變阻器一只G開關(guān)一只，導(dǎo)線若干①應(yīng)選擇的器材是②實(shí)驗(yàn)電路圖答案：①ACEFG②滑動變阻器分壓形式，安培表外接法例4：要用伏安法來測定一個阻值在25KΩ左右的電阻RX的較準(zhǔn)確的阻值，備用器材如下所示：器材代號規(guī)格直流電流表A10～100μA內(nèi)阻為2KΩA20～500μA內(nèi)阻為0.3KΩ直流電壓表V10～10V內(nèi)阻為100KΩV20～5V內(nèi)阻為500KΩ直流穩(wěn)壓電源U輸出電壓為15V，額定電流為1A滑動變阻器R0～1KΩ額定功率1W電鍵、導(dǎo)線K符合實(shí)驗(yàn)要求為了使測量的結(jié)果達(dá)到較高的準(zhǔn)確度，則：①測量電路應(yīng)選用②控制電路應(yīng)采用③電流表應(yīng)選用④電壓表應(yīng)選用答案：①內(nèi)接法②分壓形式③A2④V1例5：圖1為測量電阻的電路．Rx為待測電阻．R的阻值已知．R＇為保護(hù)電阻，阻值未知．電源E的電動勢未知．K1、K2均為單刀雙擲開關(guān)．A為電流表，其內(nèi)阻不計．(1)按圖1所示的電路，在圖2的實(shí)物圖上連線．(2)測量Rx的步驟為：將K2向d閉合，K1向______閉合，記下電流表讀數(shù)I1．再將K2向c閉合，K1向______閉合，記電流表讀數(shù)I2．計算Rx的公式是Rx=______．答案：(1)如圖．（3分．有任何錯，給0分）例6：在“用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中（如圖甲所示）AAVI/AU/V01.21.31.41.50.10.20.30.4甲乙（1）移動滑動變阻器的滑動頭應(yīng)特別注意防止（2）現(xiàn)備有以下器材：A干電池組1節(jié)B滑動變阻器（0～50Ω）C滑動變阻器（0～1750Ω）D電壓表（0～3V）E電壓表（0～15V）F電流表（0～0.6A）G電流表（0～3A）其中滑動變阻器應(yīng)選電流表應(yīng)選電壓表應(yīng)選（3）圖乙是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的U—I圖象。由此可知這個干電池的電動勢E=內(nèi)電阻r=答案：（1）短路（或不要將電流調(diào)得過大）（2）B、F、D（3）1.50.75例7：從下表中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材（有些器材的阻值是大約值，有些器材的阻值是準(zhǔn)確值），設(shè)計一個測量阻值約為15KΩ的電阻的電路，要求方法簡捷，要盡可能提高測量的精度。器材規(guī)格電流表A1量程1mA內(nèi)阻rA1≈50Ω電流表A2量程300μA內(nèi)阻rA2≈300Ω電流表A3量程100μA內(nèi)阻rA3≈500Ω電壓表V1量程10V內(nèi)阻rV1=15KΩ電壓表V2量程3V內(nèi)阻rV2=10KΩ滑動變阻器R1全阻值50Ω額定電流為1A滑動變阻器R2全阻值500Ω額定電流為1A電池組電動勢3V內(nèi)阻很小但不可忽略開關(guān)及導(dǎo)線若干（1）測量電路中電流表選電壓表應(yīng)選滑動變阻器應(yīng)選（2）在虛線框中畫出測量RX的電路圖（3）在所測量數(shù)據(jù)中選一組數(shù)據(jù)計算RX，計算表達(dá)式為RX=表達(dá)式中各符號表示的意義是V2A2SRxR2答案：（1）AV2A2SRxR2（3）RX=U2表示電壓表V2上的示數(shù)，I2表示電流表A2上的示數(shù)例8：電池組E的電動勢為3V，內(nèi)阻不計；電流表A1的量程為0～10mA，內(nèi)阻約為40Ω～60Ω；電流表A2的量程為0～500μA，內(nèi)阻約為1000Ω；滑動變阻器R1的阻值范圍為0～15Ω，額定電流為1A，電阻箱R2的阻值范圍為0～9999Ω，額定電流為1A；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。（1）利用上述器材用伏安法測阻值約為170Ω的待測電阻RX的阻值，因缺少電壓表，需選項(xiàng)一只電流表將它改裝成電壓表，請?jiān)谙聢D甲方框中畫出此改裝電路圖，并在圖中標(biāo)明所用器材的代號。（2）請?jiān)趫D乙方框中畫出測RX阻值的電路圖，并在圖中標(biāo)明各器材的代號。（3）實(shí)驗(yàn)中，將電阻箱R2的阻值調(diào)為4KΩ，再調(diào)整滑動變阻器R1，使電流表A2的示數(shù)是300μA，此時電流表A1的示數(shù)是9mA，則通過RX的電流是mA，測出RX的阻值是Ω圖甲圖乙A2R2AA2R2A1ESRXR1AA2R2（3）8.7172例9：要測量一只電壓表的內(nèi)電阻RV,提供的器材包括：待測電壓表V（量程0～3V,內(nèi)阻約3KΩ）；電阻箱R（阻值0～9999Ω）；滑動變阻R/（阻值0～20Ω，額定電流1A）；滑動變阻器R//（阻值0～1700Ω，額定電流0.5A）；電源E(電動勢約6V,內(nèi)阻可不計)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干。（1）要求準(zhǔn)確地測量待沒電壓表的內(nèi)電阻RV，請從上述器材中選擇必須的器材設(shè)計測量電路，并在方框中畫出電路圖。（2）寫出完成接線后的簡要測量步驟，并說明實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測量的物理量。（3）導(dǎo)出計算RV的表達(dá)式（用測得的物理量表示）圖2VRE圖2VRESR′VRES圖1（1）測量電路如圖1或圖2所示（2）完成接線后的簡要測量步驟（3）RV計算式（有四種方案）Ⅰ按圖1所示電路方案一：①調(diào)電阻箱R使電壓表為某一讀數(shù)U1，記下電阻箱阻值R1；②調(diào)電阻箱R使電壓表為某一讀數(shù)U2，記下電阻箱阻值R2，則：RV=（U1—U2R2）/（U2—U1）方案二：①調(diào)電阻箱R使電壓表讀數(shù)為滿刻度U0，記下電阻箱阻值R1；②調(diào)電阻箱R使電壓表為某一讀數(shù)U0/2，記下電阻箱阻值R2，則RV=R2—2R1Ⅱ按圖2所示電路方案三：①取R的阻值為零，調(diào)節(jié)滑動變阻器R′使電壓表讀數(shù)為滿刻度U0；②保持R′的滑動片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓表讀數(shù)為U0/2，讀取電阻箱阻值為R，則RV=R方案四：取R的阻值為R1，調(diào)