伏安法测电阻实验专题西樵高级中学方红德

1、伏安法测电阻伏安法测电阻实验专题实验专题伏安法测电阻实验是高中阶段的一个重要的实验，它涉及到实验电路的设计、器材的选择、实物图的连线、误差分析以及数据处理等知识要点。 电学中的 “测量导线的电阻率”和“描绘小灯泡伏安曲线”两个实验，实质上都是利用伏安法测电阻原理进行的实验，只是最后数据的处理不一样。 希望通过本节课的学习，同学们对伏安法测电阻实验有更进一步的理解。一、伏安法测电阻的原理二、伏安法测电阻的电路组成三、伏安法测电阻的电路设计四、选择电路器材的原则五、题例评解六、答题经验小结本节课学习内容一、伏安法测电阻的原理URIUIR成AVRXRXAVRXVAVARX 电路设计时主要要考虑电流表

2、的“内接、外接”法和滑动变阻器的“分压、限流” 接法。三、伏安法测电阻的电路设计分压内接限流内接分压外接限流外接 若不知道电阻值的大小，可用试触法来确定用哪种接法，如下图，将单刀双掷开关分别接到a、b点： 若电流表示数变化比较明显，说明电压表分流作用大，应采用内接法； 若电压表示数变化比较明显，说明电流表分压作用大，应采用外接法。3. 3. 在未知电阻大小的情况下可采用试触法判断电路的连接外接法外接法 内接法内接法 误差来源误差来源 测量结果测量结果 测量条件测量条件 电压表的分流电压表的分流 电流表的分压电流表的分压 R R测测RRR真真4.4.电流表内外接法的对比表AVRXAVRxR RX

3、 X R RA A 时AVR RxR 时R RX X R RV V 时AVR RxR 时电路连接电路连接 电路图电路图 滑动变阻器主要有“限流式和分压式”两种接入法。 滑动变阻器以何种接法接入电路，应遵循安全性、准确性、方便性、节能性原则综合考虑，灵活选取。（二） 控制电路-滑动变阻器限流分压电路的选择E Es sR RA AB BP PR Rx xE Es sP PR Rx xR RA AB B1.1.限流法 E Es sR RA AB BP PR Rx x(1)(1)图中变阻器起限流作用，待测电阻R Rx x的电压可调范围EERRRxx (2)(2)限流式电路的优缺点: :1)1)优点是：

4、连线简单，电路消耗的额外功率相对较小。2)2)缺点是：对电压的调节范围较小，不管滑动触头如何调节，都不能使电压表、电流表的读数为零2.2.分压法 (1)(1)图中变阻器起分压作用，待测电阻R Rx x的电压可调范围E0(2)(2)分压式电路的优缺点: :1)1)优点是：电压可以从零开始调节到电源电动势, ,调节范围较大. . 2)2)缺点是：电路结构较为复杂, ,电路消耗的额外功率相对较大. .E Es sP PR Rx xR RA AB B(1)(1)要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始可连续调节时可连续调节时, ,必须采用分压接法必须采用

5、分压接法. .(2)(2)实验要求的电压变化范围较大实验要求的电压变化范围较大( (或要求测量多组数据或要求测量多组数据) )时，必须采用分压接法时，必须采用分压接法. . (3)(3)当被测电阻阻值当被测电阻阻值R Rx x远大于滑动变阻器的最大值远大于滑动变阻器的最大值R.R.(4)(4)若采用限流接法，电路中实际电压若采用限流接法，电路中实际电压( (电流电流) )总是超过总是超过实验仪器的量程时，只能采用分压接法实验仪器的量程时，只能采用分压接法. .(5) (5) 若没有很高的要求，仅从安全性和准确性角度分析若没有很高的要求，仅从安全性和准确性角度分析两者均可采用时，可考虑安装简便和

6、节能因素采用两者均可采用时，可考虑安装简便和节能因素采用限流接法限流接法. .3.3.下列情况必须选用分压接法限流式限流式 分压式分压式 可调范围可调范围变阻器变阻器电能损耗电能损耗EERRRxxE0较大阻值较大阻值较小阻值较小阻值较小较小较大较大4.4.滑动变阻器两种连接方式的比较滑动变阻器两种连接方式的比较R R滑10R10Rx x，应选择限流式电路R R滑10R10Rx x，应选择分压式电路若实验要求电压从零开始变化，必须选择分压式电路如无此要求，当安全性原则：安全性原则：通过电源，电表，滑动变阻器，用电器的电流不能超过其允许的最大电流。准确性原则：准确性原则：选用电表量程应可能减小测量

7、值的相对误差，电压表、电流表在使用时尽可能使指针接近满量程，若指针偏转不到满偏角度的/3/3，读数误差较大。方便操作原则：方便操作原则：选择控制电路时，既要考虑供电电压变化范围是否满足实验要求，又要注意便于操作。基本原则：基本原则：安全性、准确性、方便操作四、选择电路器材的原则五、题例评解五、题例评解1.1.一个未知电阻一个未知电阻R Rx , ,无法估计其电阻值无法估计其电阻值, ,某同学用伏安法测量此电某同学用伏安法测量此电阻阻, ,用如图甲、乙两种电路各测一次用如图甲、乙两种电路各测一次, ,用甲图所测数据为用甲图所测数据为3.0V3.0V、3.0mA,3.0mA,用乙图测得的数据是用乙

8、图测得的数据是2.9V2.9V、4.0mA,4.0mA,由此可知由此可知, , 用用 图测图测得得R Rx x的误差较小的误差较小, ,测量值测量值R Rx x= = . .选用此电路的测量值比真实选用此电路的测量值比真实值值_（偏大或偏小）（偏大或偏小）甲甲10001000 AVAVRxRx甲乙偏大偏大132.91330UU电压表相对变化为14.03.0133II电流表相对变化为显然是电流表读数相对变化比较大，说明电压表分流作用明显，因此要采用内接法。解析1.1.本题要根据两个电表示数相对变化的大小来取舍电路解析2：因为 所以采用外接法；因为R滑10RX，所以要采用分压电路.500XAVRR

9、 R2.用伏安法测量一定值电阻阻值的实验所需的器材规格如下：A.待测电阻R Rx x（约120）B.直流毫安表（量程010mA，内阻50）C.直流电压表（量程03V，内阻5k）D.直流电源（输出电压4V，内阻不计）E.滑动变阻器（阻值0-10，最大电流1A）F.电键一个，导线若干在方框内画出电路图，并根据电路图连接右边实物图，开始时，滑动变阻器的滑片应该移到最 端（选“左”或“右”）开始时，滑动变阻器的滑动触头应该移到使电表读数最小的位置，所以滑片P应移到最 端右解析2：根据电路图连接实物图如下：3.3.用伏安法测量定值电阻的阻值，备用器材如下：待测电阻 R Rx x ( (阻值约为25K25

10、K) )电流表 A A1 1 ( (量程 100A100A，内阻约为 2K2K) )电流表 A A2 2 ( (量程 500A500A，内阻约为 300300) )电压表 V V1 1 ( (量程 10V10V，内阻约为 100 k100 k) )电压表 V V2 2 ( (量程 50V50V，内阻约为 500 k500 k) )电 源 E E ( (电动势 15V15V，允许通过的最大电流 1A)1A)滑动变阻器 R R ( (最大阻值 1 k1 k) )电键S S，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据。(1)(1)电流表应选_，电压表应选_。(2)(2)画出实验电路图。解析3(1)

11、 3(1) ：器材选择( (测量电路) )电源电动势远小于电压表V V2 2的量程，而跟电压表V V1 1的量程较接近，若选用电压表V V2 2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的1/31/3，读数时偶然误差太大，所以选用V V1 1较恰当；而此时通过电流表的最大电流 ，因此，电流表A A2 2与V V1 1配置较好。又因为 , ,所以测量电路应选内接法。410A 400 A2.5 10mmxUIRAVR RxR =54773.3.用伏安法测量定值电阻的阻值，备用器材如下：待测电阻 R Rx x ( (阻值约为25K25K) )电流表 A A1 1 ( (量程 100A100A，内阻约为 2K

12、2K) )电流表 A A2 2 ( (量程 500A500A，内阻约为 300300) )电压表 V V1 1 ( (量程 10V10V，内阻约为 100 k100 k) )电压表 V V2 2 ( (量程 50V50V，内阻约为 500 k500 k) )电 源 E E ( (电动势 15V15V，允许通过的最大电流 1A)1A)滑动变阻器 R R ( (最大阻值 1 k1 k) )电键S S，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据。(1)(1)电流表应选_，电压表应选_。A A2 2V V1 1解析3 (2) (2) ：电路选择( (控制电路) )测量部分的总电阻R RX约为25k2

13、5k ，远大于滑动变阻器的总电阻1k1k，即R R滑10R10Rx x ，所以要采用分压电路控制，实验电路如下图所示。RRxv1A2E rS4 4在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，用导线a a、b b、c c、d d、e e、f f、g g和h h按图所示方式连接好电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零闭合开关后：(1)(1)若不管怎样调节滑动变阻器，小灯泡亮度能发生变化，但电压表、电流表的示数总不能为零，则可能是_导线断路解析4 (1) ：若调节滑动变阻器，小灯泡的亮度变化，但电压表、电流表示数总不能为零，说明滑动变阻器起到了限流作用，而没有起到分压作用，所以可能是g导线断

14、路g当小灯泡与电阻串联后,由 E=I(Rr rR灯) ，解得R=0.8 .(2)(2)某同学测出电源和小灯泡的U-IU-I图线如图所示，将小灯泡和电阻R R串联后接到电源上，要使电路中电流为1.0 A1.0 A，则R R _. _. 解析4 (2) ：由电源的U-I线知E=3.0 V，r r=1，小灯泡的U-I线得R灯=1.2 0.8RE rSL(3)(3)某同学在实验中还测出a a、b b、c c三种元件的伏安特性曲线分别如图7 7中的(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)，下列说法正确的是( ( ) ) A Aa a可以作为标准电阻使用B Bb b能作为标准电阻使用C Cb b的阻值随电

15、压升高而增大D Dc c的阻值随电压升高而增大解析4 (3) ：因a元件的I-U线是直线，说明电阻随电压的变化不变，故可作为标准电阻，故A对，B错因I-U线的斜率倒数表示电阻值的变化，故C对，D错，选A、C.AC 5. (2010 5. (2010江门模拟) )在“测定金属的电阻率”的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测出金属丝的长度L L，金属丝的电阻大约为55，先用伏安法测出金属丝的电阻R R，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率(1)从图中读出金属丝的直径为_mm.解析5(1) ：0.5 mm0.179 mm0.679 mm.0.679 (2)(2)为此取

16、来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材：为此取来两节新的干电池、电键和若干导线及下列器材：A.A.电压表电压表0 03V,3V,内阻内阻10K10K B. B.电压表电压表0 015V,15V,内阻内阻50k50kC.C.电流表电流表0 00.6A,0.6A,内阻内阻0.05 D.0.05 D.电流表电流表0 03A,3A,内阻内阻0.010.01E E滑动变阻器滑动变阻器,0,010 F10 F滑动变阻器滑动变阻器,0,0100 100 要求较准确地测出其阻值，电压表应选要求较准确地测出其阻值，电压表应选_，电流，电流表应选表应选_，滑动变阻器应选，滑动变阻器应选_(填序号填序号)解析5

17、(2) : 两节干电池的电动势是3 V，用3 V量程的电压表A；因为金属丝的电阻大约为5 ，即使把3 V的电动势全加在金属丝上，电流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的电流表C；此题中金属丝的电阻大约为5 ，为了减小实验误差和方便操作，应选10 的滑动变阻器E.ACE实验中某同学的实物接线如图实所示，请指出该同学实物接线中的两处明显错误错误1：_；错误2：_.导线接在滑动变阻器的滑片上电路采用了内接法解析5(2) :检查电路通常从电表的正负、量程、串并联、内外接、限流分压、滑片P的位置、短路断路等方面检查。6 6(2007(2007广东）实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管，已知螺线管使用的

18、金属丝电阻率=1.7=1.71010-8-8mm。课外活动小组的同学设计了一个试验来测算螺线管使用的金属丝长度。他们选择了多用电表、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、螺旋测微器（千分尺）、导线和学生电源等。 （1 1）他们使用多用电表粗测金属丝的电阻，操作过程分以下三个步骤：（请填写第步操作）将红、黑表笔分别插入多用电表的“+”+”、“-”-”插孔；选择电阻档“1”1”；_；把红黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接，多用表的示数如图6 6（a a）所示。 将红、黑表笔短接，调整欧姆调零旋钮调零AVRABPRxESAVRABPRxESRABPESAVRxRABPESAVRxCABD图图6（b）图图

19、6 （a）（2 2）根据多用电表示数，为了减少实验误差，并在实验中获得较大的电压调节范围，应从图7 7（b b）的A A、B B、C C、D D四个电路中选择_电路来测量金属丝电阻；D D（3 3）他们使用千分尺测量金属丝的直径，示数如图所示，金属丝的直径为 mmmm；（4 4）根据多用电表测得的金属丝电阻值，可估算出绕制这个螺线管所用金属丝的长度约为_m m。（结果保留两位有效数字）0252030解析6:6:0.2600.26013m13m（4 4）多用电表测得的金属丝电阻值R=4R=4224284(2.610)412.5 m441.710LLRSdd RLm（3 3）金属丝的直径为d=0.

20、260mmd=0.260mm解析6（5 5）: 使用多用电表电压档位，接通电源, ,逐个测量各元件、导线上的电压，若电压等于电源电压，说明该元件或导线断路故障。 使用多用电表电阻档位, ,断开电路或拆下元件、导线，逐个测量各元件、导线上的电阻，若电阻为无穷大，说明该元件或导线断路故障. .（5 5）他们正确连接电路，接通电源后，调节滑动变阻器，发现电流表始终无示数。请设计一种方案，利用多用电表检查电路故障并写出判断依据。( (只需写出简要步骤) ) 六、答题经验小结六、答题经验小结1 1、关于电流表内外接：待测电阻较大时一般内接，测量结果偏大（大内大）待测电阻较小时一般外接，测量结果偏小（小外

21、小）2 2、关于分压与限流：根据题目的要求和隐含条件确定是限流还是分压电路3 3、关于滑动电阻器的选择：分压时选R R滑小于R RX X的；限流时选R R滑大于R RX X的4 4、关于滑动变阻器在闭合开关前p p的位置分压时移到R R滑最小值位置；限流时移到R R滑最大值位置5 5、关于器材的选择主要从安全、准确、方便操作三个方面来考虑选择1.1. 一只小灯泡，标有“3V3V、0.6W”0.6W”字样。现用给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻R R1 1。（滑动变阻器最大阻值为1010；电源电动势为12V12V，内阻为11；电流表内阻为11，电压表的内阻为10k10k）。 （1 1）在设计

22、电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用 （选填“内接”或“外接”）法。滑动变阻器的连接方式应采用 . . （选填“分压式”或“限流式”） 七、课后练习七、课后练习（2）将你所设计的实验电路图画在左下方的虚线框中。（3）根据设计的电路图将实物图连成完整的电路。开始时，滑动变阻器的滑动触头应该移到最 端（选“左”或“右”） A+ +- -V+ +- -（4）若小灯泡发光暗时的电阻为R2，你根据所学的知识可判断出R1 1与R2 2的大小关系为：R1 1 R2 2（选填“大于”、“等于”或“小于”）2有一个小灯泡上标有“4 V、2 W”的字样，现在要用伏安法描绘这个灯泡的I-U图线现有下列器

23、材供选用：A电压表(0-5 V，内阻10 k) B电压表(0-15 V，内阻20 k)C电流表(0-3 A，内阻1 ) D电流表(0-0.6 A，内阻0.4 )E滑动变阻器(10 ，2 A) F滑动变阻器(500 ，1 A)G学生电源(直流6 V)、开关、导线若干(1)实验时，选用图中甲而不选用图乙的电路图来完成实验，请说明理由：_. (2)实验中所用电压表应选_，电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(用序号字母表示)(3)把图中所示的实验器材用实线连接成实物电路图1. （1）外接、分压式课后练习参考答案课后练习参考答案AVSE r（2 2） 电路图如右（3 3）左A+ +- -V+ +- -（4 4）大于2. (1)2. (1)理由：小灯泡的电阻比较小，要采用电流表的外接法；描绘灯泡的I-UI-U图线所测数据需从零开始，并要多取几组数据，要采用分压电路(3) 实线连接成实物电路图如右(2)因小灯泡额定电压为4 V，则电压表选0-5 V的A