伏安法测电阻的原理及其简单应用

2.4伏安法测电阻的原理及其简单应用考试说明要求的实验要求会使用的测量仪器说明测定金属的电阻（率）游标卡尺刻度尺电阻箱伏安法测电阻描绘小电珠的伏安特性曲线电流表 电压表电阻箱测定电源的电动势和内阻电流表 电压表电阻箱练习使用多用电表多用电表（欧姆表的电路结构、电流方向；各表盘的区别和读法）传感器的简单使用多用电表（测光敏和热敏电阻时会选择合适的倍率）结合高考谈伏安法测电阻：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。一.伏安法测电阻基本原理实验原理：伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律R=U/I,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。测量电路的系统误差控制：（测量电路的系统误差控制：（1）电流表内接法：（当RX>>RA时）电阻测量值大于真实值，即：■兔（2）电流表的外接法：（当RV>>RX时）电阻的测量值小于真实值，即：兔R测R测= R测= 1）滑动变阻器限流接法：21）滑动变阻器限流接法：2）测动变阻器分压接法：3.控制电路的安全及偶然误差：根据电路中各元件的安全要求及电压调节的范围不同，滑动变阻器有限流接法与分压接法两种选择。滑小必分烧表必分零起必分滑大可限二.伏安法测电阻的简单应用1.实验电路的选择：（组合）3）内接法+分压式：2）外接法+3）内接法+分压式：2）外接法+限流式：4）外接法+分压式：2.测量仪器的选择原则：⑴电路工作的安全性（即不会出现电表等实验器材烧毁的现象）⑵能否满足实验要求（常需考虑便于多次测量取平均值包括公式法、图像法）⑶选择器材的一般思路：首先确定实验类型及其条件（如：伏安法、测电源、简单设计）然后按“电源—电压表—电流表—变阻器”顺序依次选择（注意表的改装及其组合）⑷电源的选择：取电动势较大的电源以获得更多的测量数据（在用电器允许的最大电压的访问内）同等情况下取内阻较小的电源以获得较稳定的路端电压⑸电表的选择：在不超量程的前提下取量程较小的表以便测量时数据能在满刻度的3左右⑹变阻器的选择：便于调节，能小取小⑺其它电学元件的选择:根据电路设计的实际需要妥当取舍（如：电阻箱、固定电阻、开关）三.伏安法测电阻的实例分析测定金属的电阻（率）1~r下金属丝电阻较小采用外接法电路也可以用分压式较准确描绘小电珠的伏安特性曲线丄― ———1S小电珠电阻较小采用外接法电路必须采用分压式画曲线注意小电珠的替代品的实验

测定金属的电阻（率）：【实验原理】用刻度尺测一段金属导线的长度L,用螺旋测微器（可用直尺或卡尺代替）测导线的直径d,用伏安法测导线的电阻R,根据电阻定律，金属的电阻率：p=RS/L=nd2R/4L【实验器材】金属丝千分尺（直尺或卡尺）电流表电压表电源滑动变阻器电键导线测量次数123平均值导线长l/m导线直径d/m测量次数123电阻平均值电压U/V电流I/A电阻测量次数123平均值导线长l/m导线直径d/m测量次数123电阻平均值电压U/V电流I/A电阻R/Q导线的横截面积S= 所测金属的电阻率p= 【点拨】为了减少电阻的计算误差，可以作U-I图象求出电阻的平均值【实战演练】例1.测定一根粗细均匀的阻值约为几欧的金属丝的电阻率可供选择的实验器材如下：伏特表（03V,内阻3kQ）伏特表（015V，内阻20kQ）安培表（00.6A，内阻1Q）安培表（03A,内阻0.2Q）滑动变阻器（020Q,I=1.00A）允滑动变阻器（0100Q,I=0.60A）允6V电池组电键、导线若干电路实验时应选用器材： （填序号）请在右框内画出实验原理图并连接好实物图。315－0.63若金属丝长度为L、横截面积为S、测得的电压和电流分别为U和I,则p=

315－0.63描绘小电珠的伏安特性曲线：实验原理】金属的电阻率随温度升高而增大，使得金属导体的电阻随温度变化发生相应的变化。一只灯泡在不正常发光和正常发光时灯丝的电阻值可以相差几倍到几十倍。它的伏安特性曲线并不是一条直线，即灯丝的电阻是非线性的。本实验通过描绘伏安特性曲线的方法来研究钨丝灯泡在某一电压变化范围内，其阻值变化，从而了解它的导电特性。【实验器材】小灯泡电压表电流表4V〜6V学生电源滑动变阻器导线若干电健等【实物图的连接】实物图连线应掌握基本方法和注意事项。⑴注意事项：接线入柱，导线不交叉；电表量程选对，正负接线看准；滑动变阻器各线对号入座，不接触头。⑵基本方法：画出实验电路图（按实物图布局）。分析各元件连接方式，明确电流表与电压表的量程对照电路图，按布局画线连接各元件：先用铅笔画线（对照电路图，按布局画线连接各元件：先用铅笔画线（以便改错），连线方式；一般先从电源正极开始，到电键，再到滑动变阻器等。按顺序以单线连接方式将干路中要串联的元件依次串联起来；然后连接支路将要并联的元件再并联到电路中去。连接完毕，应进行检查，检查电路也应按照连线的方法和顺序。实战演练】例2.为描绘“6V,3W”的小灯泡的伏安特性曲线，有器材:电压表（0—6V）电压表（0—30V）电流表（0—0.6A）电流表（0—3A）变阻器R（1000Q，0.5A）变阻器R（20Q，2A）2电源（2-8V）开关及导线。⑴实验要求电压表在0—6V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值和对应的电流值,则电压表应选用 ；电流表应选用 ；变阻器应选用 则电压表应选用 ；电流表应选用 ；变阻器应选用 （3）如右上图所示是实验所得的伏安曲线，试回答：实验所描绘的小灯泡的伏安特性曲线说明了什么？在额定电压下，小灯泡的电阻是多少？. ；

（4）本实验可能产生的误差的主要原因有哪些？ 班级： 姓名： 伏安法测电阻的简单应用巩固练习1．做“测定金属的电阻率”实验时，除待测的金属丝、电流表、电压表、滑动变阻器、电键、和足够的导线外，还需要下列哪些实验器材（）螺旋测微器 B.游标卡尺 C.米尺寸D.直流电源2．要达到“测定金属的电阻率”的目的，必须测出的物理量有（ ）金属丝的长度B.金属丝的直径C.金属丝两端的电压D.金属丝中的电流3．在做“测定金属的电阻率”实验时，下列操作中正确的是（ ）用米尺反复测量三次导线的总长，求出其平均值，然后将导线接入电路估计待测金属导线的电阻的大小，选择合适的仪器和实验电路.实验时电流的大小，通电时间的长短，不会影响测量的准确性用伏安法测电阻时，为了减小实验误差，应改变滑动变阻器连入电路的电阻值，测出多组电流、电压值，计算出多个电阻值，求出其平均值.右图为电压表示意图，指针位置如图所示.⑴若使用的是0-3V量程，读数为 V.⑵若使用的是0-15V量程，读数为 V.伏安法测定一段电阻值约为5Q左右的金属导线的电阻，现备有以下器材：电池组（6V,内阻1Q）；电流表（0T3A,内阻0.1Q）；电流表（0T0.6A，内阻0.5Q）；电压表（0T3V,内阻3kQ）；电压表（0T15V，内阻15kQ）；F•滑动变阻器（0T20Q，额定电流1A）；G•滑动变阻器（0T2000Q，额定电流0.1A）；H.电键、导线.⑴上述器材中应选用的是 （填写各器材的字母代号）⑵实验电路应采用电流表 接法（填“内”或“外”）.⑶请在下框中画出实验电路原理图并将实物图连接好.－0.63

－0.636.某同学要测定一根金属丝的电阻率，要求通过金属丝的电流从0开始变化（即要求测量结果尽量准确），可供选择的器材有：A.金属丝（约为5Q）E.电流表（0〜0.6A）B.电源E=3VF.电流表（0〜3A）C.电压表（0〜3V）G.变阻器R（0〜20Q）D.电压表（0〜15V）H.电键、导线.1）实验中电流表应选:电压表应选并求出电阻率Q。－0.632）画出实验应采用的电路原理图并在图中用实线代替导线连接成符合实验要求的电路图.并求出电阻率Q。－0.63给定电压表（内阻约为50kQ）、电流表（内阻约为40Q）、滑线变阻器、电源、电键、待测电阻（约为250Q）及导线若干。⑴请在右框中画出测量R的电路图。⑵图14—9—6中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值，试写出根据此图求求出的电阻值R= Q;⑶待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游标为50分度的卡尺分别测量其直径与长度，结果分别如图14_mm;(cm)5—9—7所示。由图可知其直径为234Q・m.^riiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii61rTriiiiiiiiiiiiiiiiiiI/mA0 5 10 15 20 25_mm;(cm)5—9—7所示。由图可知其直径为234Q・m.^riiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii61rTriiiiiiiiiiiiiiiiiiI/mA0 5 10 15 20 25⑷由以上数据可得Q= （以上结果都保留3位有效数字）.mm,长度为5432||,111P1Trl.l.Ml111TTrrp1图14—图14—9—6图14—9—7某同学在做测定小灯泡功率的实验中得到如下一组U和I的数据：编号12345678U（V）0.200.601.001.401.802.202.603.00I（a）0.0200.0600.1000.1400.1700.1900.2000.205灯泡发光情况不亮 微亮 逐渐变亮 正常发光在图上画出I-U图线。从图线上可以看出，当功率逐渐增大时，灯丝电阻的变化情况 8・在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中使用的小灯泡为“6V,3W”，其他可供选择的器材有:电压表V1（量程3V,内阻20KQ）8・在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中使用的小灯泡为“6V,3W”，其他可供选择的器材有:电压表V1（量程3V,内阻20KQ）电压表V2（量程15V,内阻60KQ）电流表A1（量程3A,内阻0.2Q）电流表A2（量程0.6A,内阻1Q）变阻器R］（0〜1000Q,0.5A）变阻器R2（0〜20Q,2A）学生电源E（2〜4V）开关S及导线若干.实验中要求电压表在0~3V范围内读取并记录下8组左右不同的电压值U和对应的电流值I,以便作出伏安特性曲线，在上述器材中，电流表应选用 ,变阻器应选用 ..请在上图所示的方框中画出实验的原理图并将下面的实物图连接好.e（曲线）所示，由图可知，灯丝的电阻因温度的影响改变了 Q.10・如图14—8—6所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化了，发生这一现象的主要原因是（）图14—8—5图14图14—8—5图14—8—6小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化电阻丝的电阻率随温度发生了变化电源电压随温度发生了变化11.一个标有220V,60W”的白炽灯泡，加上的电压J由0逐渐增大到220V,在此过程中,12.阻C.小于4840 D.无法确定有一个灯泡的规格是“220V12.阻C.小于4840 D.无法确定A.大于4840 B.等于484013.热敏电阻是传感电路中常用的电子元件.现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整.已知常温下待测热敏电阻的阻值约40〜50Q.热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Q）、直流电压表（内阻约5kQ）、滑动变阻器（0〜10Q）、开关、导线若干.（1）图（1）中a,b,c三条图线能反映出热敏电阻伏安特性曲线的 ⑵在图⑵的方框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小.（3）根据电路图，在图