高中物理测量电阻的方法大总结.docx
- 文档编号:30687092
- 上传时间:2023-08-19
- 格式:DOCX
- 页数:62
- 大小:345.02KB
高中物理测量电阻的方法大总结.docx
《高中物理测量电阻的方法大总结.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理测量电阻的方法大总结.docx(62页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中物理测量电阻的方法大总结
高中物理测量电阻的方法大总结
太原市第十二中学姚维明
电阻的测量是恒定电路问题中的重点,也是学生学习中的难点。
这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法,从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。
一.欧姆表测电阻
1、欧姆表的结构、原理
它的结构如图1,由三个部件组成:
G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电
流计。
R是可变电阻,也称调零电阻,电池的电动势为E,内阻为r。
欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。
当红、黑表笔接上待测电阻Rx时,由闭合电路欧姆定律可知:
I=E/(R+Rg+Rx+r)=E/(R内+RX)
由电流的表达式可知:
通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比,但
存在一一对应的关系,即测出相应的电流,就可算出相应的电阻,这就是欧图1姆表测电阻的基本原理。
2.使用注意事项:
(1)欧姆表的指针偏转角度越大,待测电阻阻值越小,所以它的刻度与电流表、电压
表刻度正好相反,即左大右小;电流表、电压表刻度是均匀的,而欧姆表的刻度是不均匀的,左密右稀,这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。
(2)多用表上的红黑接线柱,表示+、-两极。
黑表笔接电池的正极,红表笔接电池的负极,电流总是从红笔流入,黑笔流出。
(3)测量电阻时,每一次换档都应该进行调零
(4)测量时,应使指针尽可能在满刻度的中央附近。
(一般在中值刻度的1/3区域)
(5)测量时,被测电阻应和电源、其它的元件断开。
(6)测量时,不能用双手同时接触表笔,因为人体是一个电阻,使用完毕,将选择开
关拨离欧姆档,一般旋至交流电压的最高档或OFF档。
二.伏安法测电阻
1.原理:
根据部分电路欧姆定律。
2.控制电路的选择
控制电路有两种:
一种是限流电路(如图2);
另一种是分压电路。
(如图3)
(1)限流电路是将电源和可变电阻串联,通过改变电阻的阻值,以达到改变电路的电流,但电流的改变是有一定范围的。
其优点是节省能量;一般在两种控制电路都可以选择的时候,优先考虑限流电路。
(2)分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来,再从可变电阻
的两个接线柱引出导线。
如图3,其输出电压由ap之间的电阻决定,这
样其输出电压的范围可以从零开始变化到接近于电源的电动势。
在下列
图2
三种情况下,一定要使用分压电路:
①要求测量数值从零开始变化或在坐标图中画出图线。
②滑动变阻器的总值比待测电阻的阻值小得多。
③电流表和电压表的量程比电路中的电压和电流小。
3.测量电路
由于伏特表、安培表存在电阻,所以测量电路有两种:
即电流表内接和电
图3
流表外接。
1
(1)电流表内接和电流表外接的电路图分别见图
4、图5
图6
图4
图5
(2)电流表内、外接法的选择,
U
①、已知RV
、RA及待测电阻RX的大致阻值时
RV
I
若RX
>RV
,选用内接法,
RX<RV,选用外接法
RA
RX
RARX
②不知RV、RA及待测电阻
RX,采用尝试法,见图
6,当电压表的一端分别接在
a、b
两点时,如电流表示数有明显变化,用内接法;电压表示数有明显变化,用外接法。
(3)误差分析:
内接时误差是由于电流表分压引起的,其测量值偏大,即
R测>R真;
外接时误差是由于电压表分流引起的,其测量值偏小,即
R测<R真。
4.伏安法测电阻的电路的改进
如图7、图8的两个测电阻的电路能够消除电表的内阻带来的误差,为什么?
怎样测量?
0
0
图7图8
三.伏伏法测电阻
方法1。
U-U法测电压表的内阻Rv——等效替换法
把已知内阻的电压表RV1当做电流表。
电路:
如图9所示
原理:
RV2
U2
RV1
U1
图9
图10
图11
图12
方法2。
U-U法测待测电阻
Rx,把已知内阻的电压表
RV2当电流表。
电路:
如图10所示
原理:
U1
RV2
有系统误差。
Rx
U2
体验1、待测电压表的内阻
RV2
2
改进:
如图11所示
结论:
RV2
U2
R0
没有系统误差
U1
U2
体验2.待测电阻Rx
U1
U2RV2
改进:
如图12所示
Rx
U2
方法3.U-R法测电阻(等效替换法)
如果只用一只电压表,用图
3所示的电路可以测出未知Rx的阻值。
具体的作法是先用电压表测出Rx
两端的电压为U
x;再用这只电压表测出定值电阻R0
两端的电压为U0。
根据测得的电压值U
x、U0和定值电阻的阻值R
0,可计算出Rx的值为:
Rx
UxR0
U0
用这种方法测电阻时一只电压表要连接两次。
图10
方法4.U—R法测电阻:
(开关控制法)
如果只用一个电压表,并且要求只能连接一次电路,用图
4所示的电路可以测出未知R
x的阻值。
具体的作法是先闭合S
1,读出电压表的示数为U
1,再同时闭合S
1和S2,读出这时电
压表的示数为U2。
根据测得的电压值U
1、U2和定值电阻的阻值R0。
根据分压公式可计算出R
x的值:
U1
R0
Rx
U2U1
四.安安法测电阻
方法一:
等效法(电流表与定值电阻串联当做电压表)
如果只用一只电流表,用图6所示的电路可以测出未知Rx的阻值。
先后用电流表测出通过R0和Rx的电流分别为I0、Ix,根据测得的电流值I0、Ix和定值电阻的阻值R0,根
据分流公式可计算出R
x的值为Rx
I0
R0
Ix
方法二:
替代法
电路:
用图7所示的实验电路也可以测出未知Rx的阻值。
方法:
先闭合开关S1,读出电流表的示数为I1,再断开S1闭合S2,读出这时电流表的示数为I2。
根据测得的电流值I1、I2和定值电阻的阻值R0。
3
根据分流公式可计算出Rx的值:
Rx
I1
R0
I2
方法三:
开关控制法
电路:
如果只用一个电流表,并且要求只能连接一次电路,用图8所示的电路也可以测出未知Rx的阻值。
方法:
具体的作法:
是先闭合开关
S1,读出电流表的示数为
I1,再同时闭合
S1、S2,
读出这时电流表的示数为I2。
根据测得的电流值
I1、I2和定值电阻的阻值R0。
计算过程如下:
设电源电压为U,当只闭合
S1时,根据欧姆定律的变形公式U=I
(R
x+R),可得U=I1
(Rx+R0);
当再同时闭合
S1、S2,R0被短路,这时有:
U=I2Rx。
联立解方程组得
方法四:
安阻法
如果只用一个电流表,并且要求只能连接一次电路,用图9所示的电路也可以测出未知
Rx的阻值。
具体的作法:
把滑动变阻器的滑片P调至A端,读出电流表的示数为IA,再把滑动变
阻器的滑片P调至B端,读出这时电流表的示数为IB。
根据测得的电流值IA、IB和定值电
阻的阻值RAB。
同样可计算出Rx的值:
以上方法,需要测量两次电流,所以也叫“安安法”;根据所给器材有电流表和一个已知阻值的电阻R0,所以又叫“安阻法”。
总之,用伏安法测电阻的基本原理是测定电阻两端的电压和流过电阻的电流。
在缺少器材(电流表或电压表)的情况下,我们可用间接的方法得到电压值或电流值,仍然可以测量电阻的阻值。
因此,在进行实验复习时要特别重视原理的理解,这是实验设计的基础。
五.桥式电路测电阻
1.原理:
如图9的电路称为桥式电路,一般情况下,电流计中有电流通过,
A
·
但满足一定的条件时,电流计中会没有电流通过,此时,称为电桥平衡。
处
于电桥平衡时,图中
A、B
两点电势相等,因此电路结构可以看成:
R1R2
和R3R4分别串联,然后并联;或
R1R3和R2R4
分别并联,然后再串联。
·
2.电桥平衡的条件:
R1×R4=R2×R3(自己推导)
B
3.测量方法
图9
如图10,连接电路,取
R1、R2为定值电阻,R3为可变电阻箱(能
够直接读出数值),Rx为待测电阻。
调节R3,使电流计中的读数为零,
应用平衡条件,求出
Rx。
六.半偏法测电阻
1.半偏法测电流表内阻
(1)测量方法:
电流表半偏法测电阻的电路图如图
11,R为滑动变阻
图10
器,R0为电阻箱,G为待测电流表内阻。
实验时,先合上
S1,断开S2,
G
调节R使电流计的指针满偏;再合上
S2,调节
R0使电流计的读数为满刻度
的一半,这时,电阻箱的数值即为电流计的内阻。
(注意:
实验前,变阻器
。
的阻值应放在最大位置;调节
R0时,R不动)
S2R0
R
4
。
S1
图11
(2)测量原理:
S2打开时,设电流表满偏电流Ig=
E
,
rR
Rg
因为R》Rg,R》r,所以Ig≈E/R,当S2闭合时,R0和Rg并联,
并联后总阻值
R并<Rg《R,故S2闭合后,电路中总电流几乎不变,即
Ig≈E/R,调节R0使
电流表半偏为
Ig/2,所以流过R0的电流也为Ig/2,所以R0=Rg
(3)器材选择:
从上述原理可知,
S2打开与闭合,近似认为干路中电流不变,前提是
R》
Rg。
故实验器材选择应满足①电源电动势尽可能大,②
R尽可能大。
(4)误差分析(略)
2.半偏法测电压表的内阻
。
。
电路如图
12:
实验时,将R1的滑动片P放在左边,合上S1和
S2
S2,调节R1,使电压表的读数满偏;保持
R1不变,断开
S2,调节
V
R0
R0,使电压表的读数为满刻度的一半。
则
RV=R0。
请同学们自己分析其实验原理、器材选择与误差分析。
P
七.等效替代法测电阻
R1
S1
1.等效替代法就是在测量的过程中,
让通过待测电阻的电流(或
Er
。
。
电压)和通过电阻箱的电流(或电压)相等。
电路如图
13,将单刀
图12
双掷开关调到
a,闭合S1调节R,使安培表读数为
I
0,保持R不动,
将单刀双掷开关打到b,调节R0使安培表读数仍为
I0,则电阻箱的读数就是待测电阻的数值。
2.测量原理:
图14是用伏特表完成的实验,同学们自己分析测量原理。
3.注意:
主要元件为电阻箱和单刀双掷开关。
虚线框内可用分压控制电路。
S2
S1
图13
图14
图15
八.公式计算法测电阻
公式计算法主要是应用串并联电路的特点和全电路的知识进行分析,
并求出待测电阻的
数值。
图15是测量电阻Rx的电路,Rx为待测电阻,R为保护电阻,其阻值未知,
R1为
已知的定值电阻,电源电动势为
E未知,S1、S2均为单刀双掷开关,
A为电流表,其内阻不
计。
(1)测量Rx的步骤为:
S2向d闭合,S1向a
闭合,记下电流表的读数
I1,再将S2
向c闭合,S1向b闭合,记下电流表读数
I2。
(2)计算Rx的公式为Rx=I2
R1
I1
分析解答:
当S2接d,S1接a时,Rx的电压Ux=I1Rx
当S2接c,S1接b时,R1上的电压U1=I2R2
在不改变电阻R的情况下,Ux=U1
所以I1Rx=I2R1,RX
I2
R1
I1
以上电阻测量的六种方法,同学们在平时解题时可视具体情况灵活选用。
5
三、典型例题
例1.一个阻值看不清的电阻器Rx,要测出它的电阻值。
(1)小明按图12的电路图连接好电路,检查无误后闭合开关S,观察到电压表的示数
为1.6V,电流表的示数如图13所示,则通过电阻器Rx的电流为_____A,Rx的电阻为____Ω。
(2)图14是小虎做这个实验连接的实物图,请你指出其中的三个错误或不妥之处。
①____________________________________________________________________;
②____________________________________________________________________;
③____________________________________________________________________。
分析与解:
(1)在对电压表、电流表读数时,要先看清接线柱找到对应的量程,弄清分度值,再根
据指针的位置进行读数。
图乙中根据接线柱确定是按0~0.6A量程进行读数,对应的分度值
为0.02A,因此读数为0.2A+0.02A×6=0.32A。
(2)电路的错误一般都是电流表、电压表和滑动变阻器连接错误。
先看电流表,是串联连接没错,从图乙看量程也没错,但电流是从负接线柱流进,这是不正确的。
再看滑动变阻器,接线方法显然错误,这样接入电路的是它的最大电阻,移动滑片电阻不变。
电压表是并联连接,正负接线柱连接正确,但量程过大,因为电源电压
不超过3V,选小量程测量结果要相对准确些。
答案:
(1)0.32;5
(2)①电流表的正负接线柱接反了;②把滑动变阻器的电阻线两端接入电路,无法改变电阻
大小;
③电压表的量程选大了。
例2.理课上老师请同学们设计一个测量未知电阻Rx的实验,各组同学都提出了自己的设计方案,下列是两组同学的设计情况。
(1)甲组同学决定采用伏安法,请你在虚线方框内帮他画出实验电路图。
并说明所需测量的物理量:
①___________;②___________;
6
(2)乙组同学设计了不同的方案,经讨论后同学们达成共识,设计的电路如图15,以
下是他们的实验操作步骤:
①按电路图连接好实物电路。
②_______________________________________________________。
③_______________________________________________________。
(3)请你用所测物理量写出两种方案未知电阻Rx的数学表达式:
甲组:
Rx=___________。
乙组:
Rx=___________。
分析与解:
本题同时考查了伏安法测电阻和只用一只电流表测电阻两种不同的电阻测量
方法。
在伏安法测电阻的电路图中,
要用一只电压表和一只电流表分别来测未知电阻的电压
和电流,特别是别忘了串联一只滑动变阻器,需要测量的物理量是未知电阻的电流和电压。
只用一只电流表来测电阻,
电源电压未知,如果只测出一次电流值,
无法求出未知电阻的阻
值,我们可以设法测出两次电流值,分流公式解出未知电阻
Rx的阻值。
具体做法是:
先断
开开关,读出电流表的示数为I
1;再闭合开关,读出电流表的示数为I
2,再根据分流公式
求出Rx和电源电压U。
答案:
(1)如图16①未知电阻两端的电压U;
②通过未知电阻和电流I。
(2)②断开开关,读出电流表的示数为I1
③闭合开关,读出电流表的示数为I
2
(3)U/I;
IR
/(I
2
-I)。
1
0
1
例3.测一个阻值未知的电阻R
x的阻值.提供的器材:
电源
(电压不变)、两个开关、一个电流表、一个已知阻值为R
0的定值电阻和若干条导线。
请
你想办法测出Rx的阻值,要求只需连接一次电路即可,写出你设计的实验方案。
分析与解:
本题考查了只用一只电流表测电阻的方法。
只用一只电流表来测电阻,电源
电压未知,如果只测出一次电流值,
无法求出未知电阻的阻值,我们可以设法测出两次电流
值,再利用并联分流公式解出未知电阻
Rx的阻值;或电源电压一定,利用局部短路,列出
等式。
答案:
[1]电路图(见图17):
[2]实验步骤:
(1)按照电路图连接好电路
(2)闭合开关S1,断开S2,记下电流表示数I1
(3)闭合开关S2,断开S1,记下电流表示数I2
(4)整理实验器材。
[3]待测电阻Rx的表达式:
Rx
I1
R0
I2
[1]电路图(见图18):
[2]
实验步骤:
(1)按照电路图连接好电路
(2)只闭合开关S1,记下电流表示数
I1(3)开
关S、S都闭合,记下电流表示数
I
2
(4)整理实验器材。
1
2
[3]
待测电阻Rx的表达式:
7
例4.现在要测定标有“3.6V0.32A”灯泡正常发光时的灯丝电阻,给你的器材如下:
开关一只,导线若干,4.5V和6V的电源各一套(电源电压恒定),量程为0.6A、3A的电流表和3V、15V的电压表各一只,“5Ω2A”和“10Ω1A”的滑动变阻器各一只。
测量时电表示数必须超过所用量程的一半。
(1)应选择电压为______________V的电源;
(2)电流表量程应选择______________A;
(3)电压表量程应选择______________V;
(4)滑动变阻器的规格应选择______________;
(5)画出符合本实验要求的电路图。
分析与解:
本题是一道运用伏安法测电阻的设计性实验题,主要考查伏安法测电阻的原
理、串并联电路特点、实验设计和实验器材选择。
题中要求“测量时电表示数必须超过所用
量程的一半”,为达到这一要求,必须选择电压为6V的电源(请同学们想一想,这是为什
么?
)。
由于小灯泡正常发光时的电流为0.32A,要满足题中的要求,电流表必须选择量程
为“0.6A”的,电压表必须选择量程为“3V”的。
据欧姆定律可估算出小灯泡的灯丝电阻R灯,
。
将滑动变阻器串联在电路中起分压作用,其阻值设为R,据欧姆定律有
代入上式解得Rx=7.5Ω。
所以滑动变阻器应选“10Ω、1A”的。
由于所选电压表的量程小于小灯泡正常发光时的
额定电压,因此应将电压表并接在滑动变阻器的两端,这样小灯泡两端的电压等于6V减去
电压表的示数。
答案:
(1)6;
(2)0.6;(3)3;(4)“10、1A”;(5)如图19。
典型案例:
1.一只小灯泡,标有“3V1.5W”字样.现要描绘小灯泡0~3V的伏安特性曲线.实验器材有:
A.最大阻值为10Ω的滑动变阻器
B.电动势为6V、内阻约为1.0Ω的电源
C.量程为0.6A、内阻约为1.0Ω的电流表A1
D.量程为3A、内阻约为0.1Ω的电流表A2
E.量程为3V、内阻约为6kΩ的电压表V1
F.量程为15V、内阻约为10kΩ的电压表V2
G.开关、导线若干
(1)电压表应选用________;电流表应选用________.(将选项代号的字母填在横线上)
(2)在该实验中,设计了如图所示的四个电路。
为了减小误差,应选取的电路是
________(将选项代号的字母填在横线上).
8
(3)以下是该实验的操作步骤:
A.将电流表、电压表、变阻器、小灯泡、电源、开关正确连接成电路
B.调节滑动变阻器触头的位置,保证闭合开关前使变阻器与小灯泡并联部分的阻值最
大
C.闭合开关,记下电流表、电压表的一组示数(U,I),移动变阻器的滑动触头,每移动一次记下一组(U,I)值,共测出12组数据
D.按所测数据,在坐标纸上描点并将各点用直线段连接起来,得出小灯泡的伏安特性
曲
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中物理 测量 电阻 方法 总结