高中物理高二物理電阻的測量 知識點方法總結

2022-06-23 13:03:06 字數 4202 閱讀 1834

④確定電流錶的接法。由rx=10,ra=0.5,rv=6k可得。為減小ra分壓帶來誤差,應選電流錶外接。

選用實驗器材一般應根據實驗原理掌握「可行」、「精確」和「方便」的原則。「可行」是指選用的實驗器材要能保持實驗的正常進行;「精確」是指選用的實驗器材要考慮盡可能減小實驗誤差(如電表的指標偏轉要求較大);「方便」是指選用的實驗器材要便於操作。

二、用電流錶、電壓表測電阻的大小(非常規法)

指電表在使用過程中不按常規的接法。我們先來認識磁電式電表的表頭,其內部結構如圖所示。基本的原理是通電線圈在磁場中受安培力作用而偏轉。

表頭有一滿電流ig和電阻rg,通過改裝後成為電流錶和電壓表。因此電流錶可以測電流,也可以測電壓;反之電壓表也可測電流。

例2、實驗室內有一電壓表〇mv ,量程為150mv,要比較精確地測量其內阻(約為150ω)。實驗室提供如下器材:乾電池e(電動勢為1.

5v),滑動變阻器r(0—50ω),電流錶〇a (有1.5ma,15ma與150ma三個量程)及開關s。畫出測量電壓表內阻的電路圖,電流錶〇a 應選用的量程應該選多大?

分析與解電壓表兩端的電壓可自己讀出,只要串聯電流錶,讀出流過和電流,根據歐姆定律可求得電壓表的內阻。由於用圖示的電路測量電壓表的內阻。由於滑動變阻器的最大阻值很小於電壓表的內阻,為了提高測量的精確度(電壓表兩端的電壓變化較大),滑動變阻器需分壓接法。

電路圖如圖所示。再估計流過電壓表的電流,當電壓表滿偏時,電流約1ma,因此電流錶的量程選1.5ma。

電路中若合上s,調節滑線變阻器後測得電壓表的讀數為150mv,電流錶〇a 的讀數為1.05ma,則電壓表的內阻rv為143。

例3、從下表中選出適當的實驗器材,設計一電路來測量電流錶a1的內阻r1.要求方法簡捷,有盡可能高的測量精度,並能測得多組資料。

(1)畫出電路圖,標明所用器材的代號;

(2)若選測量資料中的一組來計算r1,列出計算電流錶a1所用的表示式並說明各符號的意義。

分析與解流過電流錶a1的電流可自己讀出,只要測出電流錶兩端的電壓,根據歐姆定律可求得電壓表的內阻。估計電流錶a1滿偏時兩端的電壓約為0.4v,用電壓表測量電壓指標偏轉太小,不合適。

由於電流錶a2的內阻和滿偏電流已知,可用作電壓表使用,量程為u=i r2=0.375v。為了安全,用電阻r1與電流錶a1串聯,起保護作用。

由於滑動變阻器的最大阻值(約50ω)很小於電流錶內阻和保護電阻之和(約140ω),為了提高測量的精確度(流過電流錶的電流變化較大),滑動變阻器需分壓接法。電路圖如圖所示。

若在某次測量中,電流錶a1和電流錶a2的讀數分別為i1和i2,則r1=。

總之,電流錶不僅能測電流,也能測電壓;電壓表不僅能測電壓,也能測電流。我們在實際測量中要靈活應用。

三、用電流錶、電阻箱(定值電阻)測電阻大小

1、若沒有電壓表,但有二只電流錶和電阻箱(定值電阻),則可用乙隻電流錶和電阻箱(定值電阻)串聯替代電壓表,設計電路如圖1所示。

2、半偏法:若只有乙隻電流錶和電阻箱,則可用電流錶半偏法測電流錶的電阻。

例1.利用如圖2所示的電路測量電流錶的內阻(圖中電源的電動勢e=4v):先閉合s1,調節r,使電流錶指標偏轉到滿刻度(滿偏電流ig=300μa);再閉合s2,保持r不變,調節r/,使電流錶指標偏轉到滿刻度的2/3,讀出此時r/的阻值為200ω,則電流錶內阻的測量值rg為多大?

分析與解閉合s1,電流錶指標偏轉到滿刻度時,迴路中的總電阻值約13kω。再閉合s2,當r/的阻值為200ω,電流錶指標偏轉到滿刻度的2/3,由此可見, rg的阻值肯定小於r/。因此,電阻r的阻值很大,即r》r/,閉合開關s2後,可以認為迴路中的總電流ig不變,調節r/,使電流錶指標偏轉到滿刻度的(即ig)時,通過r/的電流為ig,根據併聯電路的電流分配可知:

電流錶的電阻rg= r/=100ω。

本題是學生實驗中用半偏法測電流錶的電阻的變形,只要理解用半偏法測電流錶電阻的原理,就不難求解。如果只是死記結論,碰到這類題目可能就會無從下手。

3、併聯分流法:在用實驗測量電阻時,如果沒有符合要求的電壓表,將待測電阻與已知電阻併聯,分別測出待測流過電阻rx和已知電阻r的電流i1和i2,由併聯分流規律即可求出rx的值。

例2.如圖3為測量電阻的電路,rx為待測電阻,r的阻值已知。r′為保護電阻,阻值未知。電源e的電動勢未知,s1、s2均為單刀雙擲開關,a為電流錶,其內阻不計。

試寫出測量rx的步驟和計算公式。

分析與解由於電流錶的內阻不計,r的阻值已知,因此用併聯分流法可求解。步驟為:①將s2向d閉合,s1向a閉合,記下電流錶讀數i1,為流過rx的電流。

②將s2向c閉合,s1向b閉合,記電流錶讀數i2,為為流過r的電流。

③由於rx與r併聯,根據併聯分流規律即可求出rx=。

4、完全替代法:若只有乙隻電流錶和電阻箱,則可用完全替代法測電阻的阻值。

例3.某同學用以下器材測量電阻:①電流計,②電阻箱,③單刀雙擲開關,④待測電阻,⑤電源,⑥滑動變阻器(起調節迴路的電流和保護作用),測量電路如圖4所示。實驗方法是利用單刀雙擲開關分別將電阻箱和待測電阻接入電路,用電阻箱替代待測電阻的方法來測定待測電阻的阻值。

則本實驗中開關應先接通的是含有填「待測電阻」或「電阻箱」)的電路。用開關變換電路,調節電阻箱時,應使兩次測量的大小相同,這時待測電阻的值可以從上讀出。

分析與解先合上開關s1,把單刀雙擲開關s2打到1,調節滑動變阻器的阻值,使電流錶有一合適的示數i0。再把單刀雙擲開關s2打到2,調節電阻箱的阻值,使電流錶的示數仍為i0,則此時電阻箱的示數即為待測電阻rx的阻值。

四、用電壓表、電阻箱(或定值電阻)測電阻大小

1、若沒有電流錶,但有二只電壓表和電阻箱(定值電阻),則可用乙隻電壓表v1和電阻箱(定值電阻)併聯替代電流錶,設計電路如圖5所示。

2、半偏法:若只有乙隻電壓表和電阻箱,則可用電壓表半偏法測電壓表的電阻。

例4. 現有一量程為3v的電壓表,內阻約3kω。為了較準確地測量其內阻,在沒有電流錶的情況下,某同學設計了如圖所示的實驗電路,按此電路可以測出電壓表的內電阻。

(1)他的主要操作步驟如下:

a、按圖6所示連線電路圖,滑動變阻器的滑片滑到_______端。

b、閉合開關s2和開關s1,調節使電壓表指標指到

c、保持的滑片不動,斷開開關s2,調節r,使電壓表的指標指到記下此時r的值,則所測電壓表的內電阻rv為此時的r值。

(2)本實驗中,若提供以下器材:

a、電池組(電動勢4v)

b、電阻箱(0~999ω)

c、電阻箱(0~9999ω)

d、滑動變阻器(0~20ω,1a)

e、滑動變阻器(0~1kω,0.5a)

為完成上述實驗,電阻箱r應選________,滑動變阻器r0應選填代號)

(3)用上述方法測出的電壓表內阻的測量值rv填「大於」、「等於」或「小於」)電壓表內阻的真實值.

分析與解當滑動變阻器併聯部分的電阻遠小於電壓表內阻的情況下,併聯部分電壓基本不變。因此,斷開開關s2,r與rv串聯,當電壓表半偏時,r與rv的電壓相等,則rv等於r。

(1)的正確答案應為左端;滿刻度;滿刻度的一半。

(2)實際上,斷開開關s2,電阻箱連入電路以後,電路的總電阻變大了,ap端的電壓也將變大一點,為了減小由此產生的對ap端電壓的影響,滑動變阻器的左端部分電阻應遠小於rv,即rv越小系統誤差也越小,則r0應選用d。電阻箱r的總阻值應大於電壓表的內阻,所以r應選用c。

(3)考慮到斷開開關s2,電路的總電阻變大了,併聯部分的電壓也稍有增大,當電壓表半偏時,電阻箱兩端的電壓要稍大於電壓表兩端的電壓,即r稍大於rv。因此用這種方法測得的電壓表內阻有系統誤差,是偏大的。

3、串聯分壓法:若待測電阻為高值電阻,由於流過高值電阻的電流太小不便有電流錶測量時,可用一已知內阻的電壓表,採用非常規接法可以測出高值電阻值。

例5.乙隻電壓表,量程已知,內阻為rv。另有一電源(電動勢未知,但不超過電壓表的量程,內阻可忽略)。請用這只電壓表、電源、乙隻開關和若干導線,設計測量某一高值電阻實驗方法。

(已知的值與rv相差不大)

分析與解由於電源內阻不計,直接用電壓表接到電源正、負極上,電壓表讀數即為電源的電動勢,如圖7所示,合上開關,電壓表讀數。斷開開關,電壓表讀數為,此時兩端的電壓為,則

所以4、完全替代法:若只有乙隻電壓表和電阻箱,則可用完全替代法測電阻的阻值,如圖8所示。先合上開關s1,把單刀雙擲開關s2打到1,調節滑動變阻器的阻值,使電壓表有一合適的示數u0。

再把單刀雙擲開關s2打到2,調節電阻箱的阻值,使電壓表的示數仍為u0,則此時電阻箱的示數即為待測電阻rx的阻值。

總之,用伏安法測電阻的基本原理是測定電阻兩端的電壓和流過電阻的電流。在缺少器材(電流錶或電壓表)的情況下,我們可用間接的方法得到電壓值或電流值,仍然可以測量電阻的阻值。因此,在進行實驗複習時要特別重視原理的理解,這是實驗設計的基礎。

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