物理学案（新教材粤教版）第十章专题强化十六电学实验综合

专题强化十六电学实验综合目标要求1.了解差值法、半偏法、等效法、电桥法等测电阻的方法.2.学会替换和改装电表进行实验.3.会利用电学实验知识探究创新实验方案．题型一测电阻的其他几种方法考向1差值法测电阻1.电流表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电流I0＝I2－I1，电流表两端的电压U1＝(I2－I1)R0.(2)可测物理量：①若R0为已知量，可求得电流表的内阻r1＝eq\f(I2－I1R0,I1)；②若r1为已知量，可求得R0＝eq\f(I1r1,I2－I1).2．电压表差值法(如图所示)(1)基本原理：定值电阻R0的电压U0＝U2－U1，流过电压表的电流I1＝eq\f(U2－U1,R0).(2)可测物理量：①若R0为已知量，可求得电压表的内阻r1＝eq\f(U1,U2－U1)R0；②若r1为已知量，可求得R0＝eq\f(U2－U1,U1)r1.例1(2023·广东深圳市光明区模拟)实验小组测量定值电阻Rx的阻值，实验室提供了如下实验器材：A．电源E(电动势为9V，内阻不计)B．电流表A1(量程为300mA，内阻r1为10Ω)C．电流表A2(量程为200mA，内阻r2为15Ω)D．定值电阻R0(阻值为15Ω)E．滑动变阻器R1(最大阻值为10Ω)F．滑动变阻器R2(最大阻值为1kΩ)G．开关及导线若干为尽可能准确测量Rx的阻值，实验小组设计了如图所示的电路．(1)滑动变阻器应选择________(填“E”或“F”)．正确连接实验电路后，闭合开关前，应将滑动变阻器滑片调至________(选填“最左端”或“最右端”)；(2)闭合开关S，调节滑动变阻器滑片的位置，使电流表A1满偏，若此时电流表A2的示数为150mA，则电阻Rx两端的电压为________V，Rx的阻值为________Ω；(3)多次测量取平均值，可减小________(选填“偶然误差”或“系统误差”)．例2(2023·广东惠州市模拟)实验小组用如图甲所示的电路来测量阻值约为30Ω的电阻Rx的阻值，图中R0为标准电阻，阻值为R0＝Ω；V1、V2为理想电压表，S为开关，R为滑动变阻器，E为电源，采用如下步骤完成实验．回答下列问题：(1)按照图甲所示的实验原理图在图丙中接好电路．丙(2)实验开始之前，将滑动变阻器的滑片置于________(填“最左端”“最右端”或“中间”)．闭合开关S，改变滑片的位置，记下V1、V2的示数分别为U1、U2，则待测电阻的表达式为Rx＝________(用U1、U2、R0表示)．(3)为了减小偶然误差，改变滑片的位置，多测几组U1、U2的值，做出的U2－U1图像如图乙所示，图像的斜率为k＝____________(用R0、Rx表示)，可得Rx＝________Ω.考向2半偏法测电表内阻1.电流表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤①先断开S2，再闭合S1，将R1由最大阻值逐渐调小，使电流表读数等于其量程Im；②保持R1不变，闭合S2，将电阻箱R2由最大阻值逐渐调小，当电流表读数等于eq\f(1,2)Im时记录下R2的值，则RA＝R2.(2)实验原理当闭合S2时，因为R1≫RA，故总电流变化极小，认为不变仍为Im，电流表读数为eq\f(Im,2)，则R2中电流为eq\f(Im,2)，所以RA＝R2.(3)误差分析①测量值偏小：RA测＝R2＜RA真．②原因分析：当闭合S2时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大，R2的电阻比电流表的电阻小，而我们把R2的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小．③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值非常大的滑动变阻器R1，满足R1≫RA.2.电压表半偏法(电路图如图所示)(1)实验步骤①将R2的阻值调为零，闭合S，调节R1的滑动触头，使电压表读数等于其量程Um；②保持R1的滑动触头不动，调节R2，当电压表读数等于eq\f(1,2)Um时记录下R2的值，则RV＝R2.(2)实验原理：RV≫R1，R2接入电路时可认为电压表和R2两端的总电压不变，仍为Um，当电压表示数调为eq\f(Um,2)时，R2两端电压也为eq\f(Um,2)，则二者电阻相等，即RV＝R2.(3)误差分析①测量值偏大：RV测＝R2>RV真．②原因分析：当R2的阻值由零逐渐增大时，R2与电压表两端的总电压也将逐渐增大，因此电压表读数等于eq\f(1,2)Um时，R2两端的电压将大于eq\f(1,2)Um，使R2>RV，从而造成RV的测量值偏大．显然电压表半偏法适用于测量内阻较大的电压表的电阻．③减小误差的方法：选电动势较大的电源E，选阻值较小的滑动变阻器R1，满足R1≪RV.例3甲同学要把一个最大量程为200μA的直流电流计G，改装成量程是0～4V的直流电压表．(1)甲同学按如图所示电路，用半偏法测定电流计G的内电阻rg，其中电阻R0约为1kΩ.为使rg的测量值尽量准确，在以下器材中，电源E应选用________，电阻器R1应选用______，电阻器R2应选用_________(选填器材前的字母)．A．电源(电动势V)B．电源(电动势6V)C．电阻箱(0～Ω)D．滑动变阻器(0～500Ω)E．电位器(一种可变电阻，与滑动变阻器相当)(0～kΩ)F．电位器(0～51kΩ)(2)该同学在开关断开情况下，检查电路连接无误后，将R2的阻值调至最大．后续的实验操作步骤依次是：________，________，________，________，最后记录R1的阻值并整理好器材．(请按合理的实验顺序，选填下列步骤前的字母)A．闭合S1B．闭合S2C．调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度D．调节R2的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半E．调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度的一半F．调节R1的阻值，使电流计指针偏转到满刻度(3)如果所得的R1的阻值为Ω，则图中被测电流计G的内阻rg的测量值为________Ω，该测量值________实际值(选填“略大于”“略小于”或“等于”)．(4)给电流计G________联(选填“串”或“并”)一个阻值为________kΩ的电阻，就可以将该电流计G改装为量程4V的电压表．例4某同学利用图甲所示电路测量量程为V的电压表的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值50Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ)，直流电源E(电动势3V)，开关1个，导线若干．实验步骤如下：①按电路原理图甲连接线路；②将电阻箱阻值调节为0，将滑动变阻器的滑片移到与图中最左端所对应的位置，闭合开关S；③调节滑动变阻器，使电压表满偏；④保持滑动变阻器滑片的位置不变，调节电阻箱阻值，使电压表的示数为V，记下电阻箱的阻值．回答下列问题：(1)实验中应选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线．(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为Ω，若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变，计算可得电压表的内阻为________Ω.(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的，可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)．A．100μA B．250μAC．500μA D．1mA考向3等效替代法测电阻如图所示，先让待测电阻串联后接到电动势恒定的电源上，调节R2，使电表指针指在适当位置读出电表示数；然后将电阻箱串联后接到同一电源上，保持R2阻值不变，调节电阻箱的阻值，使电表的读数仍为原来记录的读数，则电阻箱的读数即等于待测电阻的阻值．例5如图所示的实验电路可以用来测量电阻，可供选用的实验器材如下：A．待测电阻Rx(阻值约为55Ω)B．定值电阻R0(阻值为16Ω)C．电压表V1(0～3V，内阻很大，可看成理想电压表)D．电压表V2(0～15V，内阻很大，可看成理想电压表)E．滑动变阻器R1(5Ω，2A)F．滑动变阻器R2(50Ω，2A)G．蓄电池(电动势V，内阻忽略不计)H．单刀双掷开关、导线等(1)要完成本实验且较准确进行测量，电压表应该选用________，滑动变阻器应该选用________．(填器材前面的序号)(2)实验步骤如下：①按照电路图连接实验器材，单刀双掷开关空置，把滑动变阻器触头滑到最左端．②将单刀双掷开关掷于“1”，调节滑动变阻器触头，使得电压表读数为V③将单刀双掷开关掷于“2”，________(填“向左滑动”“向右滑动”或“不再滑动”)滑动变阻器触头，观察并记录电压表读数为V.(3)根据实验数据，被测电阻的测量值Rx＝________Ω.(4)由于蓄电池内阻r的存在，Rx测量值将________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)．考向4电桥法测电阻(1)操作：如图甲所示，实验中调节电阻箱R3，使灵敏电流计G的示数为0.(2)原理：当IG＝0时，有UAB＝0，则UR1＝UR3，UR2＝URx；电路可以等效为如图乙所示．根据欧姆定律有eq\f(UR1,R1)＝eq\f(UR2,R2)，eq\f(UR1,R3)＝eq\f(UR2,Rx)，由以上两式解得R1Rx＝R2R3或eq\f(R1,R2)＝eq\f(R3,Rx)，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值．例6某同学利用如图(a)所示的电路测量一微安表(量程为100μA，内阻大约为2500Ω)的内阻．可使用的器材有：两个滑动变阻器R1、R2(其中一个阻值为20Ω，另一个阻值为2000Ω)；电阻箱Rz(最大阻值为99Ω)；电源E(电动势约为V)；开关S1和S2.C、D分别为两个滑动变阻器的滑片．(1)按原理图(a)将图(b)中的实物连线．(2)完成下列填空：①R1的阻值为________Ω(填“20”或“2000”)．②为了保护微安表，开始时将R1的滑片C滑到接近图(a)中滑动变阻器的________端(填“左”或“右”)对应的位置；将R2的滑片D置于中间位置附近．③将电阻箱Rz的阻值置于2Ω，接通S1.将R1的滑片置于适当位置，再反复调节R2的滑片D的位置，最终使得接通S2前后，微安表的示数保持不变，这说明S2接通前B与D所在位置的电势________(填“相等”或“不相等”)．④将电阻箱Rz和微安表位置对调，其他条件保持不变，发现将Rz的阻值置于2Ω时，在接通S2前后，微安表的示数也保持不变．待测微安表的内阻为______Ω(结果保留到个位)．(3)写出一条提高测量微安表内阻精度的建议：______________________________________.题型二定值电阻在电学实验中的应用定值电阻在电路中的主要作用(1)保护作用：保护电表，保护电源．(2)测量作用：已知电压的定值电阻相当于电流表，已知电流的定值电阻相当于电压表，主要有如图所示两种情况：图甲中流过电压表V2的电流：I2＝eq\f(U1－U2,R)；图乙中电流表A2两端的电压U2＝(I1－I2)R；(3)扩大作用：测量电路中用来扩大电表量程；当待测电阻过小时，可串联定值电阻用来扩大待测量．例7某兴趣小组要精确测量一只电流表G(量程为2mA、内阻约为100Ω)的内阻．实验室中可供选择的器材有：电流表A1：量程为6