高三复习实验：伏安法测电阻.ppt

南阳一中 高中物理实验 伏安法测电阻 南阳一中 伏安法测电阻 纵观近几年的实验题，题目年年翻新， 没有一个照搬课本中的实验，全是对原有实 验给予改造、改进、甚至创新，但题目涉及 的基本知识和基本技能仍然立足于课本实验 。 实验题作为考查实验能力的有效途径和 重要手段，在高考试题中一直占有相当大的 比重，而电学实验因其实验理论、步骤和完 整性及与大学物理实验结合的紧密性，便成 了高考实验考查的重中之重。 电阻测量成为高考考查的焦点，伏安法测电阻 是电阻测量最基本的方法，伏安法测电阻常涉及电 流表内、外接法的选择与滑动变阻器限流、分压式 的选择，前者是考虑减小系统误差，后者是考虑电 路的安全及保证可读取的数据。 另外考题还常设置障碍让考生去克服，如没有 电压表或没有电流表等，这就要求考生根据实验要 求及提供的仪器，发挥思维迁移，将已学过的电学 知识和实验方法灵活运用到新情景中去。这样，就 有效地考查了考生设计和完成实验的能力。 伏安法测电阻 1. 基本原理： 伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律 ， 只要测出元件两端电压和通过的电流，即 可由欧姆定律计算出该元件的阻值。 2. 测量电路的系统误差控制： （1）当 RX远大于RA 时，电流表内接；当 临界阻值 时，采用电流表的内接 ；当采用电流表内接时，电阻测量值大于真 实值，即 （如图1所示）。 一. 伏安法测电阻基本原理 （2）当 RX远小于RV 时，电流表外接；当临界阻值 时，采用电流表的外接；当采用电流 表外接时，电阻的测量值小于 真实值，即 （如图2所示）。 3.滑动变阻器有限流接法与分压接法两种选择. 控制电路的安全及偶然误差： （1）滑动变阻器限流接法。一般情况或没有特别说明 的情况下， 由于限流电路能耗较小，结构连接简单， 应优先考虑限流连接方式。 限流接法适合测量小电阻或与变阻 器总电阻相比差不多或还小， （如图3所示）。 （2）滑动变阻器分压接法。 选用滑动变阻器分压连接方式: (1)若采用限流电路，电路中的最小 电流仍超过用电 器的 额定电流时； (2)当用电器电阻远大于滑动变阻器总电阻值，且实 验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组实 验数据）时; (3)要求某部分电路的电压 从零开始可连续变化时. （如图4所示）。 二、伏安法测电阻的原始模型: 有电压表V 测U 有电流表A 测 I 例题.为尽可能准确测量一个定值电阻的阻值， 提供以下器材： A.待测电阻Rx （约30） B.电流表A（100mA，内阻约25） C.电压表V（量程3V，内阻约5 k） D.直流电源E（电动势4V，内阻忽略） E.滑动变阻器（5，额定电流1 A） F.开关、导线若干 试画出测量Rx的电路原理图 三、应变创新 1. 无电流表。 根据伏安法测电阻的基本原理可知，无电流表时只 要找到能够等效替代电流表的其他器材即可，比如： （1）已知电阻与理想电表并联替代电流表（如图5） ； （2）用已知内阻的电压表替代电流表（如图6）； （3）无电流表时的半偏法（测量电压表内阻） （如图8）。 题2.电阻Rx阻值约为10 k，为尽可能准确测量其阻值 ， 备有以下器材 A.电压表V1（3V，内阻r1=3k） B.电压表V2（15V，内阻r2约6K） C.电流表A （量程3A，内阻约0.1) D.滑动变阻器R1（10，额定电流3A） E.直流电源E（12V，内阻约2） F.开关、导线若干 画出测量RX阻值的实验电路图； （1）找“电流”的创新-例题示范 创新模型1: 电压表(知内阻)当电流表用 总结思维步骤： 读题 调整原始模型 审器材 建模型 审条件修正 正确结果 （2）找“电流”的创新-各显其能 题3.现有以下器材 电压表V1（量程3V，内阻约几千欧） 电压表V2（量程15V，内阻约几十千欧） 电流表A（量程3A，内阻约0.1) 定值电阻R0（3.0k） 滑动变阻器R（0-200） 直流电源E（约6V，内阻不计） 开关、导线若干 画出测量电压表V1内阻的实验电路图； 创创新模型2: 用V1 (待测测). V2 .定值值R0.找电电流 2. 无电压表。 根据伏安法测电阻的基本原理可知，无电压表时只 要找到能够等效替代电压表的其他器材即可，比如： （1）已知电阻与理想电流表串联替代电压表（如图9 ） （2）无电压表时的等效替代法（如图10）； （3）无电压表时的半偏法（测表头内阻）（如图11） 。 （1）找“电压”的创新-团结协作 题4.欲测量一个电流表的内阻，备有下列器材 A.待测电流表A1 （量程3mA，内阻约为50） B.电压表V（量程3V，内阻未知） C.电流表A2（量程15mA，内阻等于10） D.保护电阻R=120 E.直流电源E（电动势2V，内阻忽略） F.滑动变阻器（总阻值10，额定电流0.5 A） G.开关、导线若干 要求无论怎样调节变阻器，电流表都不会超量程。 画出实验的电路图 创新模型1: 电流表(知内阻)当电压表用 （2）找“电压”的创新-快乐体验 题5.为测定电流表A1的内阻，器材如下： 电流表A1（量程300mA，内阻约5） 电流表A2（量程600mA，内阻约为1） 电压表V（量程15V，内阻约3 k） 定值电阻R0（5） 滑动变阻器R1（10，额定电流1A） 滑动变阻器R2（250，额定电流0.3A） 电源E（电动势3V，内阻不计） 开关、导线若干 待测电流表A1的示数从零开始变化。 请画出实验电路图。 创新模型2: 用A1 (待测). A2 .定值R0.找电压 小 结 1电流表、电压表各一只， 可以测量它们的内阻 2两只同种电表，若知道 一只的内阻，就可以测另一 只的内阻 3两只同种电表内阻都未 知，则需要一只电阻箱才能 测定电表的内阻 四、伏安法的推广 对一些特殊电阻，如电流表或电压表内阻的 测量，电路设计也有其特殊性： 一是、要注意到其自身量程对电路的影响， 二是、要充分利用其“自报电流或自报电压” 的功能。 例2：某电压表的内阻在20k50k之间，现要测 量其内阻，实验室提供下列可供选用的器材： 待测电压表V（量程3V）、 电流表A1（量程200uA）、 电流表A2（量程5mA）、 电流表A3（量程0.6A）、 滑动变阻器R（最大值1k、电源E（电动势4V）， 开关S。 （1）所提供的电流表中，应选用_。 （2）为了减少误差，要求测量多组数据，试画出符 合要求的电路图。 解析：因为通过电压表的电流必须由电流表测定，所 以电流表与电压表应串联，这实际上就是一种特殊的 伏安法，电压表成了一个“可自报电压的大电阻”，由于 电压表内阻在20 k50k之间，电流表内阻与电压表 内阻相比可忽略不计，而滑动变阻器R的阻值远小于电 压表内阻，且实验要求测多组数据，因此实验电路中 变阻器应接成分压式，这样电压表的电流在80uA 200uA之间，故电流表应选A1。 根据电流表、电压表示数， 可求得电压表内阻 五、比较法 某些问题中，因实验器材不具备（缺电流表或 电压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允 许而不能用“伏安法”。这时我们就得依据问题的具 体条件和要求重新选择实验原理，用“伏安法”的替 代形式“比较法”来设计实验方案。 例3从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来 测量电流表A1的内阻r1。要求方法简捷，有尽可能 高的测量精度，并能测得多组数据。 （1）画出电路图，标明利用器材的代号。 （2）若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的 表达式r1_。式中各符号的意义是_ 。 解析：分析题意知道需测量电流表A1的内阻，按 常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流 表两端，但经分析即使该电流表满偏时两端电压 仅为0.4V，远小于10V量程。这恰恰就是本题设计 考核学生应变能力的“陷阱” 根据所列仪器的特点，电流表A2内阻已知，由此 可采用两电流表并联，因为两电流表两端电压相 等即可省去电压的测量，从而减小实验误差， 此题也可理解为“将已知内 阻的电流表A2当成电压表使用” 。这实际也是伏安法的一种推 广形式。 六、课后练习作业 1用以下器材测量待测电阻Rx的阻值 待测电阻Rx，阻值约为100 电源E（电动势约为6V，内阻不计） 电流表A1（量程0-50mA，内阻r1=20） 电流表A2（量程0-300mA，内阻r2约为4） 定值电阻R0（20） 滑动变阻器R（总阻值10） 单刀单掷开关S，导线若干 （1）测量中要求两块电流表的读数都不小于其量 程的的1/3，请画出实验电路图， （2）若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2 的示数为I2。则由已知量和测得的量计算Rx表达式 为Rx= 。 2.某电压表V1的量程为3V，内阻约为1500 ，要准确 测量其内阻，提供以下器材 待测电压表V1 直流电源E1（电动势3V，内阻忽略） 直流电源E2（电动势12V，内阻忽略） 滑动变阻器R1（总阻值20，额定电流1A） 滑动变阻器R2（总阻值400，额定电流20 mA） 标准电流表A（0.6A 0.5） 电压表V2（量程6V，内阻等于2500） 开关、导线若干 应选用的器材 ，画出实验电路图： 待测电压表V1的内阻表达式为r1= 。 3.为了测量一个满偏电流Ig=300A，内阻rg约为1 k 的电流表G的内阻，给出以下器材选择 电压表V1