实验13 伏安法测量电阻（解析版）

1、实验十三 伏安法测量电阻（解析版）1.常用电表的读数对于电压表和电流表的读数问题,首先要弄清电表量程,然后根据表盘总的刻度数确定精确度,按照指针的实际位置进行读数即可。(1)03 V的电压表和03 A的电流表读数方法相同,此量程下的精确度是0.1 V和0.1 A,看清楚指针的实际位置,读到小数点后面两位。(2)对于015 V量程的电压表,精确度是0.5 V,在读数时只要求读到小数点后面一位,即读到0.1 V。(3)对于0.6 A量程的电流表,精确度是0.02 A,在读数时只要求读到小数点后面两位,这时要求“半格估读”,即读到最小刻度的一半0.01 A。【典例1】 (1)图甲用0.6 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表A,表针的示数是A;当使用3 A量程时,对应刻度盘上每一小格代表A,图中表针示数为A。甲乙(2)图乙使用较小量程时,每小格表示V,图中指针的示数为V,若使用的是较大量程,则这时表盘刻度每小格表示V,图中表针指示的是V。【答案】(1)0.020.450.12.25(2)0.11.700.58.52.电流表的内接法和外接法(1)两种接法的比较内接法外接法电路图误差原因电流表分压

2、U测=Ux+UA电压表分流I测=Ix+IV电阻测量值R测=U测I测=Rx+RARx测量值大于真实值R测=U测I测=RxRVRx+RVRx测量值小于真实值 (2)两种接法的选择阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法。若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。临界值计算法当RxRVRA时,用电流表内接法。实验试探法:按图示接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则可采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则可采用电流表内接法。【典例2】在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为20 k,电流表的内阻约为10 ,选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验,测得的各组数据用实心圆点标于坐标图上,如图甲所示。甲(1)根据各点表示的数据描出I-U图线,由此求得该电阻的阻值Rx=(计算结果保留2位有效数字)。(2)在虚线框内画出“伏安法”测量该电阻的部分电路图。【答案】(1)如图乙所示2.41032.4103(2.3103

3、2.5103)乙(2)如图丙所示丙4.滑动变阻器的连接(1)两种控制电路的比较(不计电源内阻)方式内容限流式接法分压式接法对比说明两种接法电路图串、并联关系不同负载R上电压调节范围RER+RabUE0UE分压电路调节范围大负载R上电流调节范围ER+RabIER0IER分压电路调节范围大闭合S前滑片P位置b端a端都是为了保护电路元件(2)必须选用分压式的3种情况若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求,即若滑动变阻器阻值调到最大,待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程,或超过待测电阻的额定电流(或电压),则必须选用分压式接法。若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多,以致在限流电路中,滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端,待测电阻上的电流或电压变化不明显,此时,应改用分压式接法。若实验中要求电压从零开始调节,则必须采用分压式接法。【易错警示】两种电路均可使用的情况下,应优先采用限流式接法,因为限流式接法简单、能耗低。【典例3】为测量“12 V5 W”的小电珠在不同电压下的功率,给定了以下器材:电源:12 V,内阻不计;电流表:量程为00.6 A、03 A,内阻约为0.2 ;

4、电压表:量程为03 V、015 V,内阻约为15 k;滑动变阻器:020 ,允许通过的最大电流为1 A;开关一个,导线若干,实验要求加在小电珠上的电压可从零开始调节。(1)以下四个电路图你认为最合适的是()。(2)在本实验中,电流表的量程选。【答案】(1)A(2)00.6A【针对训练3】欲用伏安法测定一段阻值约为5 的金属导线的电阻,要求测量结果尽量准确,现备有以下器材:A.电池组(3 V,内阻为1 )B.电流表(03 A,内阻为0.0125 )C.电流表(00.6 A,内阻为0.125 )D.电压表(03 V,内阻为3 k)E.电压表(015 V,内阻为15 k)F.滑动变阻器(020 ,允许通过的最大电流为1 A)G.滑动变阻器(02000 ,允许通过的最大电流为0.3 A)H.开关、导线(1)滑动变阻器应选用的是。(填写器材的字母代号)(2)实验电路应采用电流表(选填“内”或“外”)接法,采用此接法测得的电阻值比其真实值偏(选填“大”或“小”),造成这种误差的主要原因是。(3)设实验中,电流表、电压表的某组示数如图甲所示,图示中I=A,U=V。甲(4)为使通过待测金属导线的电流能

5、在00.5 A范围内改变,请按要求在虚线框内画出测量待测金属导线的电阻Rx的原理电路图。【解析】(1)题目要求测量结果尽量准确,则要选择滑动变阻器分压接法,应选取阻值较小的F。(2)因电池组电动势为3V,则选取电压表D;根据欧姆定律,电路中可能出现的最大电流I=UR=0.6A,故电流表选取C。因电压表内阻远大于待测电阻,则选用电流表外接法;采用此接法测得的通过电阻的电流值大于真实值,则根据R=UI可知电阻的测量值比其真实值偏小,造成这种误差的主要原因是电压表的分流作用。(3)电流表示数I=0.48A,电压表示数U=2.20V。(4)电流表外接而滑动变阻器采用分压式接法,故实验原理电路图如图乙所示。乙【答案】(1)F(2)外小电压表的分流作用(3)0.482.20(4)如图乙所示5电表的反常规用法电流表、电压表如果知道其内阻,它们的功能就不仅仅是测电流或电压。因此,如果知道电表的内阻,电流表、电压表就既可以测电流,也可以测电压,还可以作为定值电阻来用,即“一表三用”。【典例4】实验室购买了一捆标称长度为100 m的铜导线,某同学想通过实验测定其实际长度。该同学首先测得导线横截面积为1.0

6、 mm2,查得铜的电阻率为1.710-8 m,再利用图甲所示的电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度。甲乙可供使用的器材有:电流表:量程为00.6 A,内阻约为0.2 ;电压表:量程为03 V,内阻约为9 k;滑动变阻器R1:最大阻值为5 ;滑动变阻器R2:最大阻值为20 ;定值电阻:R0=3 ;电源:电动势为6 V,内阻可不计;开关、导线若干。回答下列问题:(1)实验中滑动变阻器应选(选填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至(选填“a”或“b”)端。(2)在实物图丙中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。丙(3)调节滑动变阻器,当电流表的示数为0.50 A时,电压表示数如图乙所示,示数为 V。(4)导线实际长度为 m(计算结果保留2位有效数字)。【答案】(1)R2a(2)如图丁所示丁(3)2.30(2.292.31均可)(4)94【针对训练4】有一电阻Rx,其阻值在40 50 之间,需进一步测定其阻值,现有下列器材:电池组E,电动势为9 V,内阻忽略不计;电压表,量程为010 V,内阻为20 ;电流表,量程为050 mA,内阻约为20 ;电流表

7、,量程为0300 mA,内阻约为4 ;滑动变阻器R1,阻值范围为0100 ,额定电流为1 A;滑动变阻器R2,阻值范围为01700 ,额定电流为0.3 A;开关S及导线若干。实验电路图如图所示,实验中要求多测几组电流、电压值。在实验中应选电流表和滑动变阻器。【解析】首先估算电路中可能达到的最大电流值,假设选电流表,则Im=ERx+RA10.14A超过了的量程,假设选电流表,则Im=ERx+RA20.18A,未超出的量程,故应选电流表,这一选择遵循了安全性原则对滑动变阻器的选择,假设选R1,电路中的最小电流Imin=ERx+RA2+R10.06A故电路中的电流范围为0.06A0.18A。又假设选R2,电路中的最小电流Imin=ERx+RA2+R20.005A故电路中的电流范围为0.005A0.18A,因为电流表的量程为0.3A,电流为0.06A时,仅为电流表量程的15,如果滑动变阻器阻值再增大,其电流表的示数将更小,示数误差会更大,因此对于R2而言,有效的调节长度太小,将导致电流随滑片位置的变化太敏感,调节不方便,故应选滑动变阻器R1,这一选择就遵循了方便性原则。【答案】R1【典例5】某

8、同学通过实验测定一个阻值约为5 的电阻Rx的阻值。(1)现有电源(4 V,内阻可不计)、滑动变阻器(050 ,允许通过的最大电流为2 A)、开关和导线若干,以及下列电表:A.电流表(03 A,内阻约为0.025 )B.电流表(00.6 A,内阻约为0.125 )C.电压表(03 V,内阻约为3 k)D.电压表(015 V,内阻约为15 k)为减小测量误差,在实验中,电流表应选用(选填器材前的字母),电压表应选用(选填器材前的字母);实验电路应采用下图中的(选填“甲”或“乙”)。(2)图丙是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线。请根据在(1)问中所选的电路图,补充完成图中实物间的连线。丙(3)接通开关,改变滑动变阻器滑片P的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。某次电表示数如图丁所示,可得该电阻的测量值Rx=UI=。(结果保留2位有效数字)丁【解析】(1)由于电源电压为4V,所以电压表应选3V量程,Rx约为5,则电路中电流最大为0.8A,为减小测量误差,电流表应选0.6A量程。又因为RxRARV,因此采用电流表外接法,电流表应选用B,电压表应选用C,实验电路应采用图甲所示的。(2)如图戊所示。戊(3)由题图可得该电阻的测量值Rx=UI=2.600.50=5.2。【答案】(1)BC甲(2)如图戊所示(3)5.2【针对训练5】要测量一根电阻丝的阻值,某同学采用的做法如下。(1)先用多用电表的欧姆挡进行粗测,当选择开关旋至“R10”时,指针指在接近刻度盘右端的位置;当选择开关旋至另一位置进行测量时,指针指示的位置接近刻度盘的中央位置,如图甲所示,则所测电阻的阻值为。甲(2)用以下器材进行较准确的测量,实验室中提供的实验器材如下:电压表(量程为06 V,内阻约为3 k);电流表(量程为00.6 A,内阻约为0.5 );电流表(量程为03 A,内阻约为0.1 );电源E1(电动势为6 V,内阻

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