第十七章 欧姆定律之测电阻专题训练伏安法.docx
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第十七章欧姆定律之测电阻专题训练伏安法
专训1:
测电阻——伏安法
实验中通常涉及的问题:
(1)连接电路(或改正错误的连接);
(2)读取实验数据;(3)计算导体的电阻;(4)分析误差;(5)分析电路可能的故障;(6)分析灯丝电阻变化的原因等。
器材选择
1.在用电压表和电流表测电阻R0的实验中,若被测电阻R0的阻值约为30Ω,备有:
电流表一个,0~0.6A和0~3A两个量程,电压表一个,0~3V和0~15V两个量程;电源四种,电压分别为1.5V、3V、6V、15V;开关一个;导线若干。
(1)为了比较准确地测出电阻R0的阻值,还需要的器材是________________________;
(2)请在方框内画出实验电路图;
(3)为了减小电表读数时的误差,要求在几次测量中,电表指针的示数大于量程的
,则电源应选用________V,电压表应选用________________量程,电流表应选用____________量程。
(第1题)
(第2题)
实验分析
2.小希在测额定电压为2.5V的小灯泡电阻时,设计了如图甲所示的电路图。
(1)实验时,小希按电路图连接了电路,闭合开关,在调节滑动变阻器的过程中,发现电压表示数突然变大,电流表无示数,其可能的原因是:
__________。
排除故障后,小希通过实验测量了多组实验数据并画出了IU图象,如图乙所示。
(2)小灯泡正常发光时的电阻为________Ω。
(3)选取图象中的三组数据,通过计算后发现电阻值相差较大,你对这一现象的解释是__________________________________________________________________________。
实验拓展
3.【2016·衢州】小柯用如图甲电路进行实验。
(1)请在图甲中导线AB上用箭头标出通电后导线AB中的电流方向。
(2)闭合开关后,电流表的示数如图乙,则通过灯泡L的电流为________A。
(3)图丙为通过电阻R的电流与它两端电压的关系图,则R的阻值为________Ω。
(第3题图)
4.某实验小组探究金属丝电阻大小与长度的关系,他们取一段粗细均匀的由同种材料制成的金属丝,将金属丝拉直后连接在A、B接线柱上,在金属丝上安装一个可滑动的金属夹P。
实验室还提供了下列器材:
电压表、电流表、电池组(电压3V)、滑动变阻器(20Ω 2A)、刻度尺、开关和导线若干。
(1)为了测量AP段的电阻R,他们连接了如图甲所示的电路,请用笔画线代替导线,把图中还没有连接的一根导线接上,使电路完整。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移至变阻器的最________(填“左”或“右”)端。
(3)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,测得电压表的读数为2.0V,电流表指针偏转如图乙所示,此时金属丝的电阻R=________Ω。
(4)实验中移动金属夹P,分别测得AP段的长度L和对应的电阻值R,数据如下表:
L/cm
15
30
45
60
75
R/Ω
2.5
5
7.5
10
12.5
分析表中数据,可知R与L的关系是:
当导体的材料和横截面积一定时,导体的长度越长,电阻________(填“越大”或“越小”)。
(5)在实验中,探究金属丝电阻大小与长度的关系时,必须保持导体的材料和横截面积一定,这种研究问题的科学方法叫________。
在下列两个电学实验中,应用此方法的是__________(选填字母)。
A.用伏安法测电阻B.探究电流与电压、电阻的关系
专训2:
测电阻——伏阻法
除了伏安法测量导体的电阻之外,还有一些特殊的测量电阻的方法。
常用的特殊方法有:
伏阻法、安阻法、等效替代法、安滑法、伏滑法等。
前三种方法中考常考,应该掌握。
伏阻法测电阻的基本方案
1.用如图所示的电路来测量未知电阻Rx的阻值,R0阻值已知。
(1)将实验过程补充完整:
a.对照电路图连接好电路,并将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处;
b.闭合开关,_______________________________________________。
c.断开开关,整理器材。
(2)用测量所得的物理量和已知量符号表示出待测电阻Rx=____________。
(3)写出本实验中滑动变阻器的作用:
_____________________________________________。
(第1题图)(第2题图)(第3题图)
利用开关转换电路完成测量
2.小红测电阻Rx的阻值,设计的电路如图所示,电源电压保持不变,其中R0是0~200Ω的滑动变阻器,R是未知固定电阻。
她把开关S掷于a时,电压表计数为2.5V,电流表读数为0.5A;再把开关S掷于b,并调节R0,得到电压表读数减小0.7V,电流表读数增加0.4A。
最后小红得到Rx的阻值为( )
A.5Ω B.3Ω C.2Ω D.1.75Ω
3.小明利用电压表和阻值为R0的定值电阻,测量额定电压为2.5V的小灯泡L正常发光时的电阻RL。
他选择了满足实验要求的实验器材,并连接了部分实验电路,如图所示。
(1)为了测量出RL的阻值,请只添加一条导线完成如图所示的实验电路的连接;
(2)请把小明的实验步骤补充完整:
①断开开关S2、闭合开关S1、S3,移动滑动变阻器的滑片P,使____________;保持滑动变阻器的滑片位置不变,断开开关S3、闭合开关S2,记录电压表的示数为U;
②请用R0及实验数据表示出RL,RL=________。
利用串联电路规律完成测量
4.实验室备有下列器材:
A.待测定值电阻Rx:
阻值在49~52Ω之间B.滑动变阻器:
规格为“20Ω 2A”;
C.滑动变阻器:
规格为“50Ω 1.5A”;D.定值电阻R0:
阻值20Ω;
E.电压表V:
测量范围0~3V;F.电源E:
电源电压恒为4.5V;
G.单刀双掷开关(双向开关)S及导线若干。
为了较精确地测出待测电阻Rx的阻值,小明设计了如图所示的电路。
(第4题图)
(1)在小明设计的电路中,滑动变阻器应选________(填器材前面的序号字母)。
小明在实验中的主要操作步骤及记录的数据是:
Ⅰ.将开关S掷向1,由______(填“a至b”或“b至a”)移动滑动变阻器的滑片P至某一位置,读出V表的示数为2.5V;
Ⅱ.保持滑动变阻器滑片P的位置不变,将开关S掷向2,读出V表的示数为1.5V。
(2)根据小明的测量数据可以得到待测电阻的阻值Rx=________Ω。
专训3:
测电阻——安阻法
安阻法:
用电流表和阻值已知的定值电阻来测量电阻的方法;常采用并联的方法来间接测量电压。
安阻法测电阻——基本方案
1.【2016·南宁】如图所示,甲是用“伏安法”测量未知电阻Rx的实物电路图。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到________处;闭合开关,发现电流表几乎无示数,电压表指针明显偏转,则出现的故障可能是Rx________。
(3)排除故障后,闭合开关,当滑片移动到某位置时,电压表示数为2.4V,电流表示数如图乙所示,其读数为________A,则未知电阻Rx=________Ω。
(4)若实验中电压表损坏,利用其他的原有器材也能测出未知电阻Rx的阻值。
实验电路如图丙所示(滑动变阻器最大阻值为R0,电源电压未知且不变),请将下列相关实验步骤补充完整:
①闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P移到a端,记录电流表示数为I1;
②闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P移到______,记录电流表示数I2;
③写出待测电阻的表达式:
Rx=__________(用已知量和测量量符号表示)
(第1题图)
2.在“伏安法测电阻”实验中,某小组的实验电路如图甲所示。
(第2题图)
(1)本实验是根据__________算出电阻Rx的阻值。
(2)由两节新干电池串联组成的电源两端电压大约是________V。
(3)闭合开关前,应将变阻器滑片放在其最________(填“左”或“右”)端,闭合开关后,发现两个电表中只有一个电表有示数,初步检查确认,接线完好,两个电表无故障,则发生故障的元件应是________(填“电源”“电阻Rx”或“变阻器”)。
(4)排除故障后,经过多次测量得到的实验数据如表所示。
数据序号
1
2
3
4
5
电压U/V
0.75
1.0
1.5
2.0
2.5
电流I/A
0.09
0.14
0.22
0.28
0.32
①为减小实验误差,小明依据多次测量取平均值的做法进行了如下运算
Rx=
≈7.38Ω,由此得电阻Rx=7.38Ω。
这样的算法是____________(填“合理”或“不合理”)的。
②小芳把表中的数据在坐标系中描点、连线,得到图乙所示的UI图象。
由图可得电阻Rx=______Ω。
(5)由于没有电压表,小红设计了如图丙所示的电路图,其中电阻R0=20Ω,电流表A1、A2为两个完全相同的电流表,连接好电路后,闭合开关,发现两个电流表指针均偏转了相同的角度,如图丁所示,则通过电阻Rx′的电流是______A,Rx′=______Ω。
安阻法测电源内阻
3.【中考·泰安】某同学在课外研究性学习中发现,一些不能用做电源使用的旧干电池仍然存在较大的电压。
他从网上查询得知,是因为旧干电池的内部本身存在较大的电阻(简称内阻),其状况相当于1节干电池与1个电阻Rx串联,电池符号可用
的方式进行表示。
现有以下实验器材,要想测出一节旧干电池的内阻,请你根据实验需要选择合适的实验器材,完成实验。
实验器材:
旧干电池1节(电压大约在1.0~1.2V之间,内阻大约在2~3Ω之间);电流表1只(量程0~0.6A,0~3A);电阻4个,分别为R1=2Ω、R2=3Ω、R3=100Ω、R4=150Ω;开关2个,导线若干。
(1)电流表的量程应选________,选用的两个电阻分别为________、________。
(2)请画出实验电路图。
(3)根据画出的电路图,写出实验步骤,用字母表示出实验过程中测量的物理量。
①______________________________________________________________;
②______________________________________________________________。
③用测量的物理量和已知量符号表示出1节旧干电池的内阻Rx的计算表达式:
Rx=______________。
专训4:
测电阻——等效替代法
等效替代法:
用阻值相等的电阻箱去代替被测电阻,并保证电流或电压相同,再通过电阻箱的读数得到测量结果。
等效替代法测电阻的基本方案
1.在物理实验中常用到等效替代法,例如用一个7Ω的电阻替换某支路中2Ω和5Ω串联的电阻,在其他条件不变的情况下,这种替换能使该支路中电流不变,这说明一个7Ω的电阻与阻值为2Ω和5Ω串联的电阻对电流的阻碍作用是等效的。
在用如图所示电路测量未知电阻的实验中,用的就是等效替代法,其中Rx是待测电阻(阻值大约几百欧),R是滑动变阻器,R0是电阻箱(电阻箱是一种可以显示阻值的变阻器,电阻箱的最大电阻值大于Rx)。
请完成下列填空。
(1)按电路图连好电路,并将电阻箱R0的阻值调至________。
(2)闭合开关S1前,滑片P置于最________(填“左”或“右”)端。
(3)闭合开关________。
(4)闭合开关_______,调节滑片P,使电流表指针指在适当的位置,记下此时电流表的示数I。
(5)先断开开关________,再闭合开关________,保持________的电阻不变,调节________,使电流表的示数仍为I。
(6)____________________的示数就是待测电阻Rx的阻值。
(第1题图)
(第2题图)
2.在测量电阻Rx的实验中,连接了如图所示的电路,测量步骤如下:
(1)只闭合开关S1,适当调节滑动变阻器R0,读出电压表示数,测量出________两端的电压,记录为U1。
(2)断开开关S1,闭合开关S2,且保持滑片位置不变,调节________的阻值,使电压表示数达到U1。
(3)读出电阻箱的阻值,记录为R2,则Rx=________。
3.小明同学利用电阻箱和电流表测量未知电阻Rx的阻值,实验电路图如图甲所示,他选择了满足实验要求的器材,并连接了部分电路,如图乙所示。
(1)为了测出电阻Rx的阻值,请你添加一根导线完成图乙所示实验电路的连接。
(第3题图)
(2)请将实验操作补充完整。
①移动滑动变阻器的滑片P,使其连入电路的阻值最大,将S拨至a处,移动滑动变阻器的滑片P,使电流表的示数为某一适当值I。
②将S从a拨至b处,调节____________(填“电阻箱”“滑动变阻器”或“电阻箱与滑动变阻器”),使电流表的示数为I。
③读出电阻箱的示数R=________Ω(如图丙),即为待测电阻Rx的阻值。
4.小明利用如图所示的实验器材测量电阻Rx,实验过程如下:
(第4题图)
(1)对照电路图,连接实物电路,将滑动变阻器的滑片移到最________(填“左”或“右”)端。
(2)闭合开关S、S1,调节滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为3V。
(3)断开开关S1,闭合开关S、S2,__________(填“调节”或“不调节”)滑动变阻器的滑片,调节电阻箱,使电压表的示数为3V,读出电阻箱的示数为25Ω。
(4)待测电阻Rx的阻值为______Ω。
全章高频考点专训答案
专训1
1.解:
(1)滑动变阻器
(2)如图所示。
(3)15;0~15V;0~0.6A
(第1题图)
点拨:
(1)为了比较准确地测出电阻R0的阻值,要多次测量求平均值以减小误差,则需要用滑动变阻器改变电路中电流和电阻两端电压;(3)要求测量时电表指针的示数大于量程的
,对于0~0.6A量程,电路中的电流应大于0.6A×
=0.4A;对于0~3A量程,电路中的电流应大于3A×
=2A;由于被测电阻的阻值大约为30Ω,电流表若用0~0.6A量程,则被测电阻两端电压大于0.4A×30Ω=12V;电流表若用0~3A量程,则被测电阻两端电压大于2A×30Ω=60V。
因此电源电压应该选择15V,电压表选择0~15V量程;此时通过电阻的最大电流I=
=0.5A,故电流表选择0~0.6A量程。
2.解:
(1)灯泡L断路
(2)10 (3)灯泡灯丝的电阻跟温度有关
点拨:
(1)闭合开关,在调节滑动变阻器的过程中,发现电压表示数突然变大,电流表无示数,说明电压表并联部分断路,原因可能是灯泡L断路;
(2)小灯泡正常发光时的电压U=2.5V,由图象可知通过的电流I=0.25A,
由I=
可得,此时灯泡的电阻R=
=
=10Ω;
(3)实验过程中,灯丝的长度、横截面积、材料都不变,电压不同,灯丝温度不同,电阻大小不同,所以灯泡灯丝的电阻跟温度有关。
3.
(1)如图所示。
(第3题图)
(2)0.2 (3)20
点拨:
(2)由图乙可知,电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,示数为0.2A;
(3)由UI图象知,当U=4V时,通过R的电流I=0.2A,
由I=
可得,电阻R的阻值:
R=
=
=20Ω。
4.
(1)如图所示
(第4题图)
(2)右 (3)5 (4)越大
(5)控制变量法;B
点拨:
(1)因为电池电压为3V,所以电压表的量程选择0~3V的量程,将电压表3V的接线柱与滑片P相连;将电流表与电阻串联,将电流表的负接线柱与接线柱B连接;
(2)由于滑动变阻器接的下面左边的接线柱,所以闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移至变阻器的最右端;
(3)由图乙知,电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,所以示数为0.4A;
则R=
=
=5Ω;
(4)由表格中数据知,电阻长度增大为原来的几倍,电阻值便增大为原来的几倍或电阻值与长度的比值是一个常数,所以其他条件不变,导体的电阻与长度成正比;
(5)导体的电阻大小与导体的长度、横截面积、材料有关,探究金属丝电阻大小与长度的关系时,必须保持导体的材料和横截面积一定,这种探究问题的科学方法叫控制变量法;在探究电流与电压、电阻的关系时也运用了此方法。
专训2
1.
(1)调节滑动变阻器,读出电压表V1、V2的示数分别为U1、U2
(2)U2R0/U1(3)保护电路、可以进行多次测量
2.B 点拨:
由电路图可知,Rx、R、R0串联,电流表测电路中的电流;开关S掷于a时,电压表测Rx与R两端的电压之和,因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,可得:
Rx+R=
=
=5Ω,
开关S掷于b时,电压表测R两端的电压,因电压表读数减小0.7V,电流表读数增加0.4A,所以,
Ub=Ua-0.7V=2.5V-0.7V=1.8V
电路中的电流:
I′=I+0.4A=0.5A+0.4A=0.9A,则R的阻值:
R=
=
=2Ω,
则Rx的阻值:
Rx=5Ω-R=5Ω-2Ω=3Ω。
3.解:
(1)如图所示
(第3题图)
(2)①电压表的示数为2.5V
②
4.
(1)C;b至a
(2)50
点拨:
若选择滑动变阻器B,在开关S掷向1时,电压表示数最小约为3.2V[4.5V×50Ω/(70Ω)≈3.2V],电压表示数不可能会调至2.5V。
故实验中选择的是滑动变阻器C。
两步操作中,滑动变阻器接入电路的电阻为:
R=(3V/1.5V)×20Ω=40Ω;
则待测电阻阻值为:
Rx=(2.5V/2V)×40Ω=50Ω。
专训3
1.
(1)如图所示
(第1题图)
(2)阻值最大;断路 (3)0.24;10
(4)②b端;③
R0
点拨:
(1)滑动变阻器应和电流表串联,接线柱应该“一上一下”接入电路。
(2)为了保护电路,滑动变阻器的滑片应滑到阻值最大处;电流表指针几乎未动,说明电路中没有电流(或电流很小),则电路中可能出现了断路;又因为电压表指针有明显偏转,说明电压表两接线柱到电源两极间的电路是连通的,则出现的故障可能是Rx断路;
(3)如图乙所示,电流表读数为0.24A;
未知电阻的阻值:
Rx=
=
=10Ω;
(4)②应将滑片移到b端,记录电流表示数I2。
Rx表达式的推导:
步骤②,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P移到b端,Rx被短路,只有R0工作,电流表示数为I2;
所以电源电压:
U=I2R0,
步骤①,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P移到a端,两电阻并联,总电流为I1;
两次实验中,R0两端电压均等于电源电压,R0阻值不变,所以通过R0的电流均为I2,通过待测电阻的电流:
Ix=I1-I2,
待测电阻两端的电压:
Ux=U=I2R0,
待测电阻:
Rx=
=
R0。
2.
(1)Rx=
(2)3 (3)右;电阻Rx
(4)①不合理;②7.5 (5)1.6;5
点拨:
(1)伏安法测电阻的实验原理是:
Rx=
;
(2)一节新干电池的电压约是1.5V,且电池串联总电压等于两节新干电池电压之和。
所以由两节新干电池串联组成的电源两端电压约是3V;
(3)图中滑动变阻器用了左下和右上两个接线柱,为保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应调到最右端;用表格分析电路可能发生的故障如下:
可能故障
现象
可能性
电源断路或短路
电压表、电流表均无示数
不可能
滑动变阻器断路
电压表、电流表均无示数
不可能
滑动变阻器短路
电压表、电流表均有示数
不可能
电阻Rx断路
电压表有示数,电流表示
数几乎为0
可能
电阻Rx短路
电压表无示数,电流表有示数
可能
故,发生故障的元件是电阻Rx。
(4)①为了减小测量的误差应取多次测量的平均值,应先计算每次测量的电阻,再取平均值,故小明的做法不合理;
②由图象知,通过Rx的电流与其两端电压成正比,当电压为3V时,通过的电流为0.4A,
所以Rx的阻值:
Rx=
=
=7.5Ω;
(5)由电路图知,R0和Rx′并联,A1测R0支路电流,A2测干路电流,由并联电路电流特点知,干路电流等于各支路电流之和,而两电流表指针偏转角度相同,
所以A2使用的是0~3A量程,A1使用的是0~0.6A量程,由丁图知A2示数为2A,A1示数为0.4A,
由欧姆定律和并联电路的电压特点知,Ux′=U0=I0R0=0.4A×20Ω=8V,
由并联电路电流特点知:
Ix′=I-I0=2A-0.4A=1.6A,
所以Rx′=
=
=5Ω。
3.解:
解法一:
(1)0~0.6A;R1;R2
(2)电路图如图甲所示。
(3)①闭合开关S1、断开开关S2,记下电流表的示数I1
②闭合开关S2、断开开关S1,记下电流表的示数I2
③
解法二:
(1)0~0.6A;R1;R2
(2)电路图如图乙所示。
(第3题图)
(3)①只闭合开关S1,记下电流表的示数I1
②同时闭合开关S1、S2,记下电流表的示数I2
③
解法三:
(1)0~0.6A;R1;R2
(2)电路图如图丙所示。
(3)①只闭合开关S1,记下电流表的示数I1
②同时闭合开关S1、S2,记下电流表的示数I2
③
专训4
1.
(1)最大
(2)左 (3)S1 (4)S3
(5)S3;S2;滑动变阻器;电阻箱的阻值
(6)电阻箱
2.
(1)电阻Rx
(2)电阻箱 (3)R2
3.解:
(1)如图所示
(2)②电阻箱 ③4658
(第3题图)
点拨:
题中电源电压一定,当S接a和接b处时,电路中的电流不变,则电路中的总电阻不变,故电阻箱连入电路中的电阻等于待测电阻Rx。
电阻箱的读数为4×1000Ω+6×100Ω+5×10Ω+8×1Ω=4658Ω。
4.
(1)右 (3)不调节 (4)25
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