高中伏安法测电阻实验

1伏安法测电阻实验电流表的两种接法：（1）电流表内接法（如下图所示）测量值与真实值的关系：测U=ARUUARIII测测测测IUR=XAARRIURU真RXRRRIU真实值测量值RR造成测量误差的原因是电流表在电路中分压引起的，因此选择电流表内接法要求AXRR（2）电流表外接法（如上图所示）测量值与真实值的关系：测U=ARUUVRIII测测测测IUR=RVIIRU真RRRIUIU真真2真测RR造成误差的原因是电压表在电路中分流引起的，因此要求：XVRR二、电流表内外接法的选择：所谓伏安法测电阻中的内外接法是相对电流表而言的，无论内接还是外接，由于电表内阻的影响，都会给测量带来影响，合理选择接法可以减小误差。1、若VAXRRR、、的大小大致，可用以下三种方法来选择内外接法。待测电阻XR较大，若满足XRAR时，应采用内接法，因为电流表的分压较小当待测电阻XR较小，若满足XRVR,应采用外接法，因为这时电压表的分流作用很弱。可概括为：“大内偏大，小外偏小”待测电阻XR的大小很难断定且满足XRAR而且满足XRVR时，可采用计算临界电阻值的方法：VARRR.0若0RRX，说明XR较大，采用内接法。若0RRX，视为XR较小，采用外接法。本法也是判断内外接法的常用方法。2、若VAXRRR、、的关系事先没有给定，可用试触法确定内外接法。可采用右图电路进行试触：只空出电压表的一个触头S，然后将S分别与a、b接触一下，并观察电压表和电流表的示数变化情况：①若电流表示数有显著变化，即UIUI小小，说明电压表的分流作用较强，即Rx的阻值大，应选用电流表内接法。②若电压表示数有显著变化，即UIUI小小，说明电流表的分压作用较强，即Rx阻值小，应选用电流表外接法。3三、滑动变阻器的两种接法（1）限流接法（如图所示）XR的电压范围为：URRURXX~注意：合上开关前要使滑动变阻器的阻值最大限流接法要比分压接法省电（3）分压接法（如图所示）：XR的电压范围为：U~0注意：合上开关前，滑片P应滑到a端四、滑动变阻器两种接法的选择在题中没有特别要求，又满足安全性原则和方便性原则的基础上可优先选用“限流式”，但以下三种情况，滑动变阻器必须采用“分压式”接法：①若题中要求所研究对象的电压从零开始连续增大时，则必须采用“分压式”；②若采用限流电路，电路中的最小电流大于用电器的额定电流或超过电表的量程时，则滑动变阻器必须采用“分压式”接法；③当用电器的电阻远大于滑动变阻器的最大阻值，且实验要求的电压变化范围较大或要求测量多组实验数据时，必须采用“分压式”。滑动变阻器可用限流式的情况④负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器的总电阻R或相差不大，并且电压表、电流表示数变化不要求从零开始起调，可用限流式接法。⑤两种电路均可使用时应优先用限流式接法，因为限流电路结构简单，总功率较小。实验仪器的选择：41、首先考虑安全因素：所有仪器必须保证安全2、读数误差因素：减小误差3、对滑动变阻器：分压和分流4、仪器选择的一般步骤：（1）首先选择唯一性的器材；（2）草画电路图，（暂不接电流表和电压表）；（3）估算回路中的电流和电压的最大值，在电表的指针有较大幅度的偏转，但不超过其量程的情况下，结合已知器材的规格，确定实验电路和实验器材。明确了上述基本要求之后，看下面的例证：例题1：用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：Rx（阻值约30KΩ）A.电压表Ｖ1１（量程0～15Ｖ，内阻50ｋΩ）B.电压表Ｖ2２（量程0～3Ｖ，内阻10ｋΩ）C.电流表Ａ1（量程0～1ｍＡ，内阻250Ω）D.电流表A2(量程0～500Ａ，内阻500Ω)E.电源Ｅ1１（电动势3Ｖ，内阻为：0.5Ω）F.电源Ｅ2２（电动势16Ｖ，内阻为：2Ω）G.滑动变阻器（电阻0～200Ω）H.开关及导线若干(1)从上述器材中选出合适的器材＿＿＿＿＿（用字母表示）。（2）在方框中画出实验电路原理图。解析：因待测电阻Rx的阻值较大，故选大电源，提高电压和电流的值mAmAI5.0100.3164由于E=16V,电压表选A(1)ADFGHAVRx5其实验电路原理图如下：变RRX，选分压接法AXRR，选内接法例题2.图a为某一热敏电阻（电路符号为，其电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图．（1）为了通过测量得到图a所示I－U关系的完整曲线，在图b和图c两个电路中应选择的是图___▲______；简要说明理由：__________▲_________。（已知电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0－100Ω）．（2）在图d电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250Ω．由热敏电阻的I－U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为___▲____V；电阻R2的阻值为__▲___Ω．（3）举出一个应用热敏电阻的例子：______________▲___________________．解：（11分）（1）图b（2分）；电压可从0V调到所需电压，调节范围较大（2分）．VA图cVA图bR1R29V图dAI/mAU/V12345675040302010O图a6（2）5.3（2分5.25~5.35均给分）；108.8（2分110.3—107.4均给分）（3）热敏温度计（3分提出其它实例，只要合理均给分）例题3、实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管，已知螺线管使用的金属丝电阻率ρ=1.7×10－8Ω/m。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。⑴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②步操作．．．．．．．．）①将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”、“－”插孔；选择电阻档“×1”；②________________________________________________________________；③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9（a）所示。A—V—Ω5000Ω/V2500Ω/V~Na2.55.02.5P~⌒~V~－ΩΩOFF1001012.5105025050050025050102.5×1×10×100×1kV~VmA+－ΩAVRxRPABESAAVRxRPABESBARxRPABESCAVRxRPABESDV（a）（b）图97⑵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9（b）的A、B、C、D四个电路中选择_________电路来测量金属丝电阻；⑶他们使用千分尺测量金属丝的直径，示数如图10所示，金属丝的直径为_________mm；⑷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。（结果保留两位有效数字）⑸他们正确连接电路，接通电源后，调节滑动变阻器，发现电流始终无示数。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）_________________________________________________________________________解：⑴将红、黑表笔短接，调整调零旋钮调零⑵D⑶0.260mm（0.258—0.262mm均给分）⑷12m或13m02520图10308⑸以下两种解答都正确：①使用多用电表的电压档位，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。②使用多用电表的电阻档位，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.例4、某同学用图2所示电路，测绘标有“3.8V,0.3V”的小灯泡的灯丝电阻R随电压U变化的图象.①除了导线和开关外，有以下一些器材可供选择:电流表：A:(量程100mA,内阻约2);A:(量程0.6A,内阻约0.3);电压表：V1(量程5V,内阻约5);V2(量程15V,内阻约15);电源：E1(电动势为1.5V，内阻为0.2);E2(电动势为4V,内阻约为0.04).为了调节方便，测量准确，实验中应选用电流表___________，电压表______________，电源___________________.(填器材的符号)②根据实验数据，计算并描绘出R-U的图象如图3所示.由图象可知，此灯泡在不不作时，灯丝电阻为___________；当所加电压为3.00V时，灯丝电阻为____________,灯泡实际消耗的电功率为___________W.9③根据R-U图象，可确定小灯泡耗电功率P与外加电压U的关系.符合该关系的示意图是下列图中的__________．答案：①A2V1R1E2②1.511.50.78③A10针对练习1、某同学要用“伏安法”测定一个待测电阻xR（阻值约为200Ω）的阻值，实验室提供了如下器材：电池组E（电动势为3V，内阻不计）；电流表A1（量程为0～10mA，内阻约为40Ω～60Ω）；电流表A2（量程为0～500μA，内阻为1000Ω）；滑动变阻器R1（阻值范围为0～20Ω，额定电流为2A）；电阻箱R2（阻值范围为0～9999Ω，额定电流为1A）；开关S，导线若干．请你帮助该同学完成实验中的下述问题（实验中应尽可能的考虑更加准确地测量xR的阻值）：（1）上述器材中缺少电压表，需选一只电流表将它改装成电压表。请在图甲所示方框中画出将电流表改装成电压表的电路原理图，并在图中标明所用器材的代号。（2）请在图乙的方框中画出测量xR阻值的电路图，并在图中标明各器材的代号．11甲乙（3）实验中，将电阻箱R2的阻值调为4000Ω，再调节滑动变阻器R1，使两表的示数如下图所示，可读出电流表A1的示数是，电流表A2的示数是，测得Rx的阻值是．解：（1）如图所示（2分）；（2）如图所示（4分,分压2分,外接2分）；A2A1A2R2R1R2RxES（3）6.4mA（6.40mA也同样给分）（2分）240μA(238-242μA)（2分）2．（14分）有一根细长而均匀的金属材料样品，截面为外方内圆，如图所示．此金属材料重约1~2N，长约为30cm，电阻约为10Ω．已知这种金属的电阻率为ρ，密度为ρ0．因管线内径太小，无法直接测量，请设计一个实验方案测量其内径d，现有如下器材可选：A．毫米刻度尺B．螺旋测微器12C．电流表（600mA1.0Ω）D．电流表（3A0.1Ω）E．电压表（3V6KΩ）F．滑动变阻器（2kΩ0.5A）G．滑动变阻器（10Ω2A）H．蓄电池（6V0.05Ω）I．开关一个，带夹子的导线若干（1）除待测金属材料外，应选用的实验器材有（只填代号字母）．（2）画出你所设计方案的实验电路图，并把所选仪器连成实际测量电路．（4）用已知的物理常数和测得的物理量，推导计算金属管线内径d的表达式．解：⑴A、B、C、E、G、H、I（3分，有漏选或选错的扣1分，扣完为止）⑵AVAVAR0PVR13⑶设长度为l，截面外边长为a，电压为U，电流强度为I。电阻IUslR，截面积UIls＝故有UlI4da22＝－3．(10分)图十一中，甲图为一段粗细均匀的新型导电材料棒，现测量该材料的电阻率.（1）首先用多用电表的欧姆档（倍率为×10）粗测．．其电阻，指针位置如图乙所示，其读数R=.（2）然后用以下器材用伏安法尽可能精确．．地测量其电阻：A.电流表:量程为0.6A，内阻约为0.1ΩB.电压表:量程为3V，内阻约为3kΩC.滑动变阻器：最大阻值为20Ω，额定电流1AD.低压直流电源：电压6V，内阻忽略F.电键K，导线若干在方框中画出实验电路图.L3020100100300∞Ω甲图十一乙14（3）如果实验中电流表示数为I，电压表示数为U，并测出该棒的长度为L、直径为d，则该材料的电阻率ρ=（用测出的物理量的符号表示）.解：（共10分）(1)200Ω（4分,漏单位