高中物理選修3-1 第02節(jié) 對(duì)電阻的進(jìn)一步研究

第02節(jié)對(duì)電阻的進(jìn)一步研究一、伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)原理

對(duì)于某一待測(cè)電阻Rx，由電壓表V測(cè)量Rx兩端電壓U，由電壓表A測(cè)量通過Rx的電流I。由歐姆定律I=U/R得，原理式：Rx=U/I

對(duì)于不同的待測(cè)電阻RX，應(yīng)如何選擇內(nèi)、外接法？外接法RxRA<RvRx內(nèi)接法RxRA>RvRx

伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)二、實(shí)驗(yàn)電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)結(jié)構(gòu)完整的實(shí)驗(yàn)電路包括三個(gè)部分測(cè)量部分控制部分（滑動(dòng)變阻器的限流和分壓）電源二、實(shí)驗(yàn)電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)以電流表A外接為例：·電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單·電路消耗電功率較小P=IxE·調(diào)節(jié)范圍較分壓小·電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜·電路消耗電功率較大P=I總E>IxE·調(diào)節(jié)范圍較大，可從零連續(xù)調(diào)節(jié)至電表滿偏分流特點(diǎn)限流三、伏安法測(cè)電阻的器材選擇和電路設(shè)計(jì)一、問題的提出伏安法測(cè)電阻的器材選擇和電路設(shè)計(jì)1．安全問題——控制：實(shí)驗(yàn)過程中，要求包括電表在內(nèi)的所有器材不會(huì)因?yàn)殡娏鬟^大而損壞，應(yīng)選限流還是分壓電路來控制？2．可操作性問題——調(diào)節(jié)：為了測(cè)量多組數(shù)據(jù)，要求滑動(dòng)變阻器有較大的調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)選用哪種控制方式易于操作？3．精度問題——配置：為了減少電表讀數(shù)引起的偶然誤差，要求電表間、電表與電源間的配置要合理，應(yīng)如何選擇器材？

在具體問題中，應(yīng)綜合以上三個(gè)方面的因素，優(yōu)選素材、優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。[例1]欲用伏安法測(cè)定一段阻值約為5Ω左右的金屬導(dǎo)線的電阻，要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，現(xiàn)備有以下器材：二、實(shí)例分析伏安法測(cè)電阻的器材選擇和電路設(shè)計(jì)A．電池組(3V，內(nèi)阻約為1Ω)B．電流表(0～3A，內(nèi)阻約為0.0125Ω)C．電流表(0～0.6A，內(nèi)阻約為0.125Ω)D．電壓表(0～3V，內(nèi)阻約為3kΩ)E．電壓表(0～15V，內(nèi)阻約為15kΩ)F．滑動(dòng)變阻器(0～20Ω，額定電流1A)H．開關(guān)、導(dǎo)線導(dǎo)線若干為了盡量減少實(shí)驗(yàn)誤差，要求測(cè)多組數(shù)據(jù)。（1）電流表應(yīng)選

，

電壓表應(yīng)選

。（2）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。思路方法測(cè)量部分控制部分器材選擇電路選擇配置控制調(diào)節(jié)限流、分壓電路選擇:

在下列情況下應(yīng)選擇分壓電路:

限流不能保證安全,即限流電路中的最小電流超過電表量程或用電器的額定電流,常見于變阻器全電阻R＜＜RX的情況。

限流能保證安全,但變阻器調(diào)節(jié)范圍過小,電表讀數(shù)變化不明顯,不滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)量多組數(shù)據(jù)的要求,常見于變阻器全電阻R＜RX的情況。實(shí)驗(yàn)要求待測(cè)電阻兩端電壓從零開始連續(xù)變化。

在限流、分壓兩種電路卻滿足實(shí)驗(yàn)要求時(shí),由于限流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗的電功率小,應(yīng)優(yōu)先選用。

電表選擇:為了減少實(shí)驗(yàn)偶然誤差,選擇電表時(shí)應(yīng)主要考慮電表間、電表與電源間的配置是否合理,即各電表的最大偏轉(zhuǎn)量都應(yīng)接近量程或大于量程的1/3。[例2]從下表中選出適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)一電路來測(cè)量電流表A1的內(nèi)阻r1,要求方法簡(jiǎn)捷,有盡可能高的測(cè)量精度,并能測(cè)的多組數(shù)據(jù)。二、實(shí)例分析伏安法測(cè)電阻的器材選擇和電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理器材(代號(hào))規(guī)格電流表(A1)量程10mA,內(nèi)阻r1待測(cè)(約40Ω)電流表(A2)量程500μA,內(nèi)阻r2=750Ω電壓表(V)量程10V,內(nèi)阻r3=10kΩ電阻(R1)阻值約100Ω,作保護(hù)電阻用滑動(dòng)變阻器(R2)總電阻約50Ω電池(E)電動(dòng)勢(shì)1.5V,內(nèi)阻很小電鍵(S)導(dǎo)線若干（1）在虛線方框中畫出電路圖,標(biāo)明所用器材的代號(hào)。（2）若選測(cè)量數(shù)據(jù)中的一組來計(jì)算r1,所用的表達(dá)式為r1=

。式中各符號(hào)的意義是什么？器材選擇電路選擇(1)實(shí)驗(yàn)原理：

電流表A1既是測(cè)待電阻,又是測(cè)量?jī)x表,它能顯示出流過自身的電流大小,只要能測(cè)出其兩端電壓,就可由歐姆定律求出其內(nèi)阻R1=U/I

(2)器材選擇：

當(dāng)A1滿偏時(shí),兩端電壓約為Igr1=10-2×40V=0.4V,若選用量程為10V的電壓表直接測(cè)量,指針的偏轉(zhuǎn)過小,讀數(shù)誤差太大,即電壓表與A1和電源的配置均不合理?？紤]到A2滿偏時(shí),其兩端電壓為500×10-6×750=0.375V,接近0.4V,故可由A2代替電壓表測(cè)量電壓.(3)電路選擇：考慮到電源電動(dòng)勢(shì)E=1.5V,而電路測(cè)量部分的電壓不能超過0.375V(約1/4E),若不用保護(hù)電阻,限流時(shí),變阻器全電阻大小不能保證電表安全;分壓時(shí),變阻器調(diào)節(jié)范圍大小,不易操作,故應(yīng)將保護(hù)電阻R1與測(cè)量部分串聯(lián).但為滿足能測(cè)多組數(shù)據(jù)要求,仍應(yīng)采用分壓電路控制.其實(shí)驗(yàn)電路為:計(jì)算r1的表達(dá)式為r1=I2r2I1式中I1、I2分別表示流過A1、A2的電流，r2表示電流表A2內(nèi)阻。小結(jié)：

伏安法是測(cè)量電阻的一種常用的方法，本節(jié)課主要圍繞實(shí)驗(yàn)過程中的精度，安全和可操作性問題，討論了如何合理選擇器材和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。通過學(xué)習(xí)，要著重領(lǐng)會(huì)電路設(shè)計(jì)的思想和器材選擇的方法。伏安法測(cè)電阻的器材選擇和電路設(shè)計(jì)伏安法測(cè)電阻的器材選擇和電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買了一捆標(biāo)稱長(zhǎng)度為100m的銅導(dǎo)線，某同學(xué)想通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定其實(shí)際長(zhǎng)度．該同學(xué)首先測(cè)得導(dǎo)線橫截面積為1.0mm2，查得銅的電阻率為1.7×10－8Ω·m，再利用圖甲所示電路測(cè)出銅導(dǎo)線的電阻Rx，從而確定導(dǎo)線的實(shí)際長(zhǎng)度．可供使用的器材有：電流表：量程0～0.6A，內(nèi)阻約0.2Ω；電壓表：量程0～3V，內(nèi)阻約9kΩ；滑動(dòng)變阻器R1：最大阻值5Ω；滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值20Ω；定值電阻：R0＝3Ω；電源：電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻可不計(jì)；開關(guān)、導(dǎo)線若干．回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選_____(選填“R1”或“R2”)，閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至___端(選填