高中物理伏安法测电阻(高三复习用,较全面)

伏安法测电阻根据部分电路欧姆定律可知，只要测出被测电阻两端的电压U和流过该电阻的电流I，就可求出电阻R的大小。一、实验原理R=UI二、实验电路测量电路控制电路三、实验器材伏安法测电阻的电路选择(1)电流表和电压表各一个，知道其内阻的大约值若时，选用电流表内接法。由于该电路中电压表的读数U表示被测电阻Rx与电流表A串联后的总电压，电流表的读数I表示通过Rx的电流，所以使用该电路所测电阻，比真实值Rx大了RAxAURRRI测xVAxRRRR1．测量电路的选择①内接法RxVA②外接法若时，选用电流表的外接法，如上图所示。由于该电路中电压表的读数U表示Rx两端电压，电流表的读数I表示通过Rx与RV并联电路的总电流，所以使用该电路所测电阻，比真实值Rx略小些。xVAxRRRRVxVxRRURIRR测RxVA(2)两只同种电表，已知其内阻已知内阻的电流表可以当电压表使用，一般用来测阻值较小的电阻两端电压(小电压)，已知内阻的电压表也可以当电流表使用，一般用来测小电流。或或RxA1A2RxA1A2Rxv2v1Rxv1v2(3)两只同种电表，内阻都未知，需要一个电阻箱或一定值电阻就能测量电表的内阻RxA1A2Rxv2v12．控制电路的选择控制电路分为限流式和分压式两种PARBPARB变阻器的常规处理将变阻器从滑动触点P分成两个部分，把一个完整的变阻器看成是由两部分串联组成的，如下图所示。两种接法的比较a.电压的调节范围分压：UL=0→U0限流：00URRRUULLLb.电流的调节范围分压：LLRUI00限流：LLLRURRUI00可见：分压式接法的最大优点是它的调压（或调流）范围宽，其次是它的电压、电流范围都包含0值且跟R无关：而限流式接法不仅调压（或调流）范围较窄，而且其电压、电流范围都不含0值还跟R有关。⑴从调节范围来看⑵从方便调节的角度来看分压式接法以RL＞R尤其以RL＞＞R为优；而限流式接法应以RL＜R或跟R相当，即RL≤R为宜。⑶从节能方面来看在满足负载需要的情况下，限流式电路消耗的总功率小，电源负担轻；而分压式电路消耗的总功率大，电源负担重。⑷从电路结构上看限流式电路简单，而分压式电路比限流式要复杂得多。两种接法的选择原则⑴从实验的目的和要求上看若需要大范围调压或需小电流调节，尤其是要求含0值的电流、电压调节，那就非分压式接法莫属了。若仅仅是为了电路的安全，而对电压、电流的调节又没有特殊要求时，则选择限流式接法还更简便、更节能一些。⑵从方便调节的角度来看通常对小阻值滑动变阻器或大阻值负载（RL与R相比较），以分压式接法为优；相反对大阻值滑动变阻器或小阻值负载则以限流式为宜。(1)要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始可连续调节时必须采用分压接法。(2)当被测电阻阻值Rx远大于滑动变阻器的最大值R，且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时，必须采用分压接法。(3)若采用限流接法，电路中实际电压(电流)总是超过实验仪器的量程时，只能采用分压接法。下列三种情况必须选用分压接法1、用伏安法测量一个电阻．器材有：待测电阻RX(约为15Ω);电流表(量程为25mA,内阻５０Ω）电压表（量程为３Ｖ，内阻５kΩ）电源（Ｅ＝４Ｖ，r=0)滑动变阻器Ｒ（最大值１00Ω，允许最大电流１Ａ）开关１个，导线若干，根据器材规格和实验要求连接实物图500'VARRR析：⑴∵RX＜R’∴采用电流表外接法RXR，因此采用限流式接法RX=100Ω,(2)VARXR。abVARXR。ab2、要用伏安法来测量一个电阻RX(约为25KΩ)。器材如下：直流电流表（0~50μA，内阻r=0.3kΩ)直流电压表（０～１０Ｖ，内阻r=１００kΩ）电源（１５Ｖ，额定交流１Ａ）滑动变阻器（０～１ＫΩ，额定功率１Ｗ）导线，开关。为使测量的结果达到较高的准确度，则：(1)控制电路应采用限流电路还是分压电路?(2)电流表应选择内接法,还是外接法?⑶画出实验电路图VAR分析：RXR，因此采用分压式接法(1)(2)KRRRVA5.51003.0'RX=25KΩ因此采用安培表内接法∴RXR’VAR四、选择器材和电路的一般原则1．安全性原则：实验中要保证电流、电压值既不超过仪表的量程，又不能超过变阻器、小灯泡、电阻箱等器材所允许的最大值．2．精确性原则：在不违反安全性原则的前提下，尽量使测量结果更精确（减小误差）．3．简便性原则：在不违反前两个原则的前提下，尽量使测量电路简单好接，测量中的调节控制操作方便．本着这三个原则，一般按照如下顺序选择电路和器材：1、滑动变阻器的接法和选择（控制电路）---简便性、安全性2、电流表和电压表的选择（电表）---安全性、精确性3、电流表的内外接（测量电路）---精确性例1.有一电阻R,其阻值大约在40Ω至50Ω之间,需进一步测定其阻值,现有下列器材：电池组ε,电动势为9V,内阻忽略不计；电压表Ｖ,量程为0至10Ｖ,内阻20Ω；电流表A1,量程为0至50ｍＡ,内阻约20Ω；电流表A2,量程为0至300mＡ,内阻约4Ω；滑动变阻器R1,阻值范围为0至100Ω,额定电流1A；滑动变阻器R2,阻值范围为0至1700Ω,额定电流0.3Ａ;开关Ｓ及导线若干．实验中要求多测几组电流、电压值，为使实验正常进行并减小误差，并要求滑动变阻器便于调节，在实验中应选电流表和滑动变阻器．1、滑动变阻器的接法和选择（控制电路）---简便性2、电流表和电压表的选择（电表）---安全性和精确性3、电流表的内外接（测量电路）---精确性例2.用伏安法测量某电阻的阻值，现有实验器材如下：待测电阻Rx（阻值大约为5Ω，额定功率为1W）；电流表A1（量程为0～0.6A，内阻为0.2Ω）；电流表A2（量程为0～3A，内阻为0.05Ω）；电压表V1（量程为0～3V，内阻为3KΩ）；电压表V2（量程为0～15V，内阻为15KΩ）；滑动变阻器R（0～50Ω）；蓄电池（电动势为6V），开关、导线。为了较准确测量Rx的阻值，保证器材的安全，以及操作方便，电流表、电压表应选择，并画出实验电路图。3、确定测量电路由于待测电阻Rx的阻值大约是5Ω，而所用电流表的内阻为0.2Ω，所用电压表内阻为3KΩ，被测电阻为小电阻，故采用电流表的外接法。1、确定控制电路和变阻器因滑动变阻器的全值R0大于被测电阻阻值Rx，故考虑滑动变阻器的限流接法。（采用限流接法时，通过Rx的最小电流为0.11A，最大电流为0.45A，符合实验要求）。2、确定电压表、电流表被测电阻Rx的额定电压、额定电流分别为2.2V和0.45A，则电流表选用A1，电压表选用V1。解：作业：1、有一个量程为0～0.6～3安培的安培表（0～0.6安培挡的内阻为0.125欧，0～3安培挡的内阻为0.025欧），一个量程为0～15伏的伏特表（内阻为1.5×104欧姆），一个滑动变阻器（电阻为0～200欧），一个电压为12伏特的蓄电池组，一个电键和一些导线。要使用这些器件用伏安法测量一个阻值约为几十欧的线圈的电阻。⑴画出实验应采用的电路图。⑵在实物图中画线，把所示器件连接成电路。2.用伏安法测量定值电阻的阻值，备用器材如下：待测电阻Rx(阻值约为25KΩ)电流表A1(量程100μA，内阻约为2KΩ)电流表A2(量程500μA，内阻约为300Ω)电压表V1(量程10V，内阻约为100kΩ)电压表V2(量程50V，内阻约为500kΩ)电源E(电动势15V，允许通过的最大电流1A)滑动变阻器R(最大阻值1kΩ)电键S，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据。(1)电流表应选_________，电压表应选__________。(2)画出实验电路图并连接实物图。⑴由于、可见，RV与RX相差更大些，应采用安培表外接式。210125.010nRRAx分析：341010105.1nRRXV⑵由于待测电阻小于滑动变阻器的全值电阻，所以变阻器应采用限流式接法。V电路图如图所示RXRAA⑶由于通过电路的最大电流为：AARUrRRUIxAx6.0201200max可见，电流表的量程选0.6安培即可。VRXRAA⑷线路连接如下：2.图为伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图。器材规格如下：⑴待测电阻Rx（约100欧）⑵直流毫安表（量程0—10毫安，内阻50欧）⑶直流电压表（量程0—3伏，内阻5千欧）⑷直流电源（输出电压4伏，内阻可不计）⑸滑动变阻器（阻值范围0—15欧，允许最大电流1安）⑹电键一个，导线若干条根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线。分析⑴由于待测电阻大于滑动变阻器的全值电阻，所以变阻器应采用分压式接法。⑵由于RA与RX相当，而RV＞＞RX，所以，采用安培表外接式。⑶若选用限流式接法，则通过回路的最小电流为：mAmAARRRUIAx1024501510040min可见，只有选用分压式接法。⑷线路连接如下：【例7】一个电压表的内阻为30kΩ左右，现要用伏安法测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：待测电压表V（量程5V）电流表A1（量程200μA）电流表A2（量程5mA）电流表A3（量程0．6A）滑动变阻器R（最大阻值1kΩ）电源ε（电动势6V）开关S及导线在所提供的电流表中，应选用（填字母代号）．解：选择的电流表，接入电路后，首先要安全，其次要准确．在最大电流不超电流表量程的前提下，应尽量地使指针满偏或接近满偏．为了准确地选择该实验所需的电流表，必须估算电路中可能达到的最大电流强度，估算时应抓住主要矛盾，忽略次要因素．Imax＝ε/RV因为忽略了电源内阻，电流表内阻，所以电路中可能达到的最大电流强度一定小于200μA．如果仅从安全角度看，电流表A1，A2，A3均可，但从安全与准确相结合的角度看，只能选用电流表A1。例1.某电压表的内阻在20kΩ～50kΩ之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用器材：待测电压表V(量程3V)，电流表A１(量程200μA)，电流表A2(量程5mA)，电流表A3(量程0.6Ａ)，滑动变阻器R(最大阻值1kΩ)，电源E(电动势4V)，电键S.(1)所提供的电流表中，应选用_____(填写字母代号).(2)为了尽量减小误差，要求测量多组数据，试在图中画出符合要求的实验电路图(电源和电键及连线已画出).εVA1器材名称器材代号器材规格电流表A1量程300mA，内阻约为5Ω电流表A2量程600mA，内阻约为1Ω电压表V量程15V，内阻约为3kΩ定值电阻R05Ω滑动变阻器R10～10Ω，额定电流为1A滑动变阻器R20～250Ω，额定电流为0.3A电源E电动势为3V，内阻不计导线、开关若干例2、为了测定电流表A1的内阻r1的精确值，实验室给出了如下器材：(1)要求电流表A1的示数从零开始变化，且能多测几组数据，尽可能减少实验误差。在虚线框内画出实验电路原理图，并在图中标出所选用器材的代号。(2)若选测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1，则所测电流表A1的内阻r1的表达式为：r1=_____。式中各符号的意义是：________________。分析与解答：(1)①器材选择(测量电路)因为电压表的量程为电源电动势的5倍，所以该电压表与电源不相配，不能选用该电压表来测量电压。而电流表A1和A2可以配置，因此将电流表A2跟定值电阻配合起来可以当电压表使用，测量电路应为：RxA1A2②电路选择(控制电路)题目要求电流表A1的示数从零开始变化，多测几组数据，所以滑动变阻器应用分压接法。用总阻值较小的滑动变阻器调节方便，故应选R1，电路图为：(2)利用电流表A1测出自身电流I1，电流表A2测出通过A1和R0的总电流I2，根据并联电路的关系有I1r1=(I2－I1)R0，解得21101.IIrRIER1rRoA2SA11．用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900～1000Ω)：电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2=25