高二物理实验 电流表 电压表 伏安法测电阻人教实验版知识精讲 13页

高二物理实验 电流表 电压表 伏安法测电阻人教实验版 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 实验 电流表 电压表 伏安法测电阻 二. 知识要点：‎ ‎1. 理解并掌握电流表和电压表的制作原理，会将电流计改装成电流表和电压表。‎ ‎2. 理解并掌握伏安法测电阻的原理，并会合理选择实验电路。‎ ‎［重点、难点解析］‎ 一、电流表和电压表 ‎1. 灵敏电流计 我们所应用的灵敏电流计，其主要参数有三个：‎ ‎（1）电流计的电阻Rg，通常叫电流计的内阻。‎ ‎（2）满偏电流：即电流表指针偏转到最大刻度时的电流 Ig，也叫电流表的量程。‎ ‎（3）满偏电压：电流表通过满偏电流时加在电流表两端的电压Ug，也叫电压量程。‎ ‎2. 电压表 电流表的电压量程，当改装成量程为U的电压表时，应串联一个电阻R，因为串联电阻有分压作用，因此叫分压电阻。如图所示，电压扩大量程倍数，由串联电路的特点得：，解得 即电压扩大量程的倍数为n时，需要串联的分压电阻。‎ ‎3. 电流表 电流表G的量程为Ig，当改装成量程为I的电流表时，应并联一个电阻R，因为并联电阻可以起到分流作用，因此叫做分流电阻. 已知电流表G的满偏电流为Ig，扩大量程后的电流表满偏电流为I，如图所示。扩大量程的倍数，由并联电路的特点得 所以，‎ 二、伏安法测电阻 ‎1. 原理：依据欧姆定律，测出待测电阻两端电压U和流过电阻的电流I由就可算出电阻的阻值。‎ 由于电压表、电流表本身具有内阻，接入电路测量时也不可避免改变了被测电路中的电压和电流，给测量带来了误差。为了减小这种误差，电压表和电流表的位置有两种接法——电流表内接法和外接法。‎ ‎2. 电流表内接法 如图所示即为电流表的内接法，设电压表和电流表的内阻分别为 Rv和RA。‎ ‎①；‎ 测量值大于真实值。‎ ‎②因为电流表内阻的分压作用引起系统误差，要减小系统误差，应满足。‎ ‎3. 电流表外接法 ‎①如图所示即为电流表的外接法. ‎ 测量值小于真实值。‎ ‎②因为电压表内阻的分流作用引起系统误差，要减小系统误差，应满足即。‎ ‎4. 伏安法测电阻时，注意：‎ ‎①电表的接法要视待测电阻RX与RA和RV的阻值关系来定。一般地说，当时，应采取内接法；当，应采取外接法，如果待测电阻阻值较大，则选择电流表内接法；如果待测电阻阻值较小，则选择电流表外接法。对用伏安法测电阻电路的选择及误差可总结为：“大内偏大，小外偏小。”即大电阻采取内接法，比真实值偏大，小电阻采取外接法，比真实值偏小。‎ ‎②如果待测电阻阻值大、小不很明显，单已知电流表、电压表的内阻，可先算出临界值电阻。若RX>RO，则为大电阻；若RX< RO，则为小电阻。‎ ‎③如果待测电阻的大体数值无法已知，则可用试探法进行试探。若电流表示数变化明显，则用内接法；若电压表示数变化明显，则用外接法。‎ ‎5. 滑动变阻器的两种接法 ‎（1）限流电路如图所示，其中滑动变阻器的作用是用来控制电路中的电流。移动滑动变阻器的滑动片P可以改变连入电路中的阻值，从而控制负载R中的电流大小，上图中滑动触头滑至B端时，连入电路中的电阻值为最大值，此时电流最小，因此，在一些具体电路中，在闭合电键前，应使P移至B端。‎ ‎（1）‎ ‎（2）分压电路如图所示，其中滑动变阻器的作用是来调节负载R上的电压。由电路分析可知，连接方式为AP间的电阻与R并联，然后与PB间的电阻串联，因此当滑动触头由A向B移动时，加在R上的电压渐渐增大，所以，在一些具体电路中，在闭合电键之前，应使P移至A端，此时R上的电压为零。‎ ‎（2）‎ ‎（3）两种电路的比较：负载上的电压调节范围不同。设电源的电动势为E，内阻不计。则在（1）图中负载上的电压变化范围为～E；则在（2）图中负载上的电压变化范围为0～E。可见分压接法负载上电压调节范围较大。‎ ‎（4）分压接法的优势是电压变化范围大；限流接法的优势是电流连接简便，附加功率消耗少，当两种接法均能满足实验要求时，一般选限流接法。‎ 注意： 下列情况下，要用滑动变阻器的分压接法 A、当用电器电阻远大于滑动变阻器的全阻值，且实验要求的电压变化范围较大时。‎ B、若要求用电器上的电压从0开始连续变化。‎ C、若采用了限流电路，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流。‎ ‎（5）为了调节方便（即调节过程中电流表、电压表的示数变化明显），在限流电路中，所选的滑动变阻器R与待测电阻Rx的阻值相差不太大；分压电路中，所选的滑动变阻器R的阻值要小一些较好。‎ ‎【典型例题】‎ 例1.‎ 例2. 如图所示，一个未知电阻，无法估计其电阻值，某同学用伏安法测量此电阻，用图（a）（b）两种电路各测一次，用（a）图所测数据为3.0 V，3.0mA，用（b）图测得的数据是2.9V，4.0mA，由此可知，用 图测得Rx的误差较小，测量值 Rx＝ .‎ 解析：对比两次测量中电压和电流的变化量，电压的变化量为原电压的，电流的变化量为原电流的，说明电压的变化远小于电流的变化。‎ 解：比较两次测量的数据，电压表的变化较小，说明电流表分压不明显，即电流表内阻。所以采用（a）图测量时误差较小，且 ‎【点拨】待测电阻Rx的大小是相对的，当，即认为是大电阻，这时电流表与R：串联时分压很小，故采用内接法时误差较小。而当时，即认为是小电阻，这时电压表与R：并联时分流很小，故采用外接法误差较小。‎ 例3. 一个电阻R，其阻值大约在40～50之间，现要进一步测量其电阻，手边现有下图所示器材如下：‎ 电源E（电动势12 V，内阻为0.5）；‎ 电压表（0～3 V～15 V，内阻约10 k）；‎ 电流表（0～0‎.6 A～‎3 A，内阻约1 ）；‎ 滑动变阻器R1（阻值0～10，额定电流‎2 A）；‎ 滑动变阻器R2（阻值0～1700 ，额定电流‎0.3 A）；‎ 电键S和导线若干。‎ ‎（1）电压表的量程应选 ，电流表的量程应选 ，滑动变阻器应选用 。‎ ‎（2）请画出实验电路图。‎ ‎（3）用笔画线代替导线，在实物图上连好实验电路。‎ 解析：滑动变阻器若选用R2，由于它的阻值比待测电阻的阻值大得多，不论采用分压式还是采用限流式接法，调节滑动变阻器控制电路中的电流或电压都不方便。所以本题中选用R1并采用分压式接法较合适。‎ 电源电动势为12 V，由于采用分压式电路，Rx两端电压最大约达12 V，故电压表量程应选0～15 V。电路中电流最大约为 。所以电流表量程应选0～0‎.6 A。分别将待测电阻与电压表内阻、电流表内阻相比较可知，属于的情况，所以测量电路应采用电流表外接法，实验电路图如下图所示。‎ 在实物图上连线应按下列顺序：如下图，从电源正极开始，依次画线①②③，然后再依次画线④⑤⑥，最后画线⑦⑧。‎ 启迪 该题是设计用“伏安法”测电阻电路的典型题目，希望同学们通过该题把握：①电路设计中分析问题的思路。②器材选取、电路设计的一般原则。③电路连线的原则：先连主干，再连分支，做到脉络清晰。‎ ‎【模拟试题】‎ ‎1、用伏安法测电阻时，电压表、电流表有两种接法，测量电阻值用Rc表示，如下图所示，则 （ ）‎ A. 当时，采用（a）接法，且 B. 当时，采用（b）接法，且 C. 当时，采用（a）接法，且 D. 当时，采用（b）接法，且 ‎2、用伏安法测量未知电阻的阻值时，不知Rx的大概值，为选择正确的电路以减小误差，按图所示的电路将仪器连接好，并空出电压表的一个接头K，将K与a点接触一下，电表的示数为“2.8V 4.0Ma”；将K与b点接触一下，电表的示数为“2.7V 5.0mA”，则K与 点接触实验误差较小，此时电阻的测量值为 ，测量值比真实值偏 。‎ ‎3、用伏安法测量一个定值电阻，实验所备器材如下：‎ A. 待测电阻R（约100欧）‎ B. 直流毫安表：0—100mA，内阻50欧 C. 直流电压表：0—3V，内阻5千欧 D. 直流电压输出电压：4V，内阻不计 E、滑动变阻器：0—15欧，允许最大电流‎1A F、电键一个，导线若干 ‎（1）根据器材规格和实验要求，设计并画出实验电路图。‎ ‎（2）按照设计的电路图连好实物图 ‎4、用伏安法测量一个定值电阻，实验所备器材如下；‎ A. 待测电阻R（约5欧）‎ B. 直流电流表：0—‎0.6A，内阻l欧 C. 直流电压表：0—3V，内阻5千欧 D. 直流电压输出电压：9V，内阻不计 E. 滑动变阻器：0—6欧，额定电流‎5A F. 电键一个，导线若干 ‎（1）根据器材规格和实验要求，设计并画出实验电路图。‎ ‎（2）按照设计的电路图连好实物图 ‎5、在“测量金属电阻率”的实验中，实验所备器材如下 A. 电源：干电池一节（1.5V），内阻不计 B. 金属丝电阻（约为3欧）‎ C. 直流电流表：0—‎0.6A，内阻0.1欧 D. 直流电流表：0—‎3A，内阻0.02欧 E. 直流电压表：0—3V，内阻3千欧 F. 直流电压表：0—15V，内阻15千欧 G. 滑动变阻器：0一10欧，‎ H. 滑动变阻器：0—1500欧 ‎（1）本实验采用限流电路，电压表选 ，电流表选 ，滑动变阻器选 。‎ ‎（2）本实验采用电流表 接，以减小实验误差。‎ ‎（3）在提供的框图中画出实验电路图。连接实物图。‎ ‎6、有一小灯泡上标有“6V、‎0.1A”字样，现要测量该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材供选择（ ）‎ A. 电压表：0—3V，内阻2.0千欧 B. 电压表：0—10V，内阻3.0千欧 C. 电流表：0—‎0.3A，内阻2欧 D. 电流表：0—‎6A，内阻1. 5欧 E. 滑动变阻器：0—30欧，2A F. 滑动变阻器：0—100欧，0. ‎‎5A G. 学生电源（直流9V），开关、导线若干 ‎（1）实验中选用的电压表应选 ，电流表应选 ，要求电压从0V开始测量，滑动变阻器应选 。‎ ‎（2）画出实验电路图，要求电压从0V开始测量。‎ ‎（3）连接实物图 试题答案 ‎1. AD 2. a ,700, 大 ‎3. （1）‎ ‎（2）略 ‎4. 同3题 ‎5. （1）E，C，G （2）外 （3）滑动变阻器限流接法，安培表外接。图略。‎ ‎6. B，C，E 滑动变阻器分压接法，安培表外接。图略