高中物理电学实验电阻的测量.docx
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高中物理电学实验电阻的测量
高中物理电学实验——电阻的测量
1.(2016·全国Ⅱ,23,9分)某同学利用图甲所示电路测量量程为V的电压表
的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:
电阻箱R(最大阻值99Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5kΩ),直流电源E(电动势3V),开关1个,导线若干.
实验步骤如下:
①按电路原理图甲连接线路;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图甲中最左端所对应的位置,闭合开关S;
③调节滑动变阻器,使电压表满偏;
④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为V,记下电阻箱的阻值.
回答下列问题:
(1)实验中应选择滑动变阻器________(填“R1”或“R2”).
(2)根据图甲所示电路将图乙中实物图连线.
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位).
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号).
A.100μAB.250μAC.500μAD.1mA
1.【解析】
(1)本实验原理是当变阻箱阻值为零时,电压表满偏,Umax=V,而当电阻箱取某一阻值R0时,电压表示数变为U2,则电阻箱两端电压U1=Umax-U2,即可求出通过电压表的电流,I=
,这个理论成立的前提是电阻箱阻值变化前后,电压表与电阻箱两端电压保持不变,这就要求滑动变阻器阻值较小,故选R1.
(2)如图所示.
(3)根据原理可知U2=2V,U1=Umax-U2=V,R0=Ω,I=
,RV=
=2520Ω.
(4)当电压表满偏时,满偏电流Imax=
=
≈1mA,D正确.
【答案】
(1)R1
(2)连线见解析图 (3)2520 (4)D
2.(2016·浙江理综,22,10分)某同学用伏安法测量导体的电阻,现有量程为3V,内阻约为3kΩ的电压表和量程为A、内组约为Ω的电流表.采用分压电路接线,图甲是实物的部分连线图,待测电阻为图乙中的R1,其阻值约为5Ω.
(1)测R1阻值的最优连接方式为导线①连接________(填“a”或“b”)、导线②连接________(填“c”或“d”).
(2)正确接线测得实验数据如表,用作图法求得R1的阻值为________Ω.
U/V
I/A
(3)已知图乙中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体,R2的边长是R1的
,若测R2的阻值,则最优的连线应选________(填选项).
A.①连接a,②连接c
B.①连接a,②连接d
C.①连接b,②连接c
D.①连接b,②连接d
2.【解析】
(1)由于待测电阻Rx<
,电流表应外接,所以导线①应该接a;滑动变阻器采用分压式接法,导线②应接d.
(2)用作图法求解Rx时,注意描点连线应为一条过原点的直线,使直线穿过尽可能多的点,不在直线上的点均匀分布在直线两侧,U—I图线的斜率等于待测电阻的阻值.由图线可得R=Ω.
(3)根据电阻定律R=ρ
,可以计算出题图中两个电阻R1和R2的阻值相等,因此测量R2的电阻时,电路接法与测量R1相同即可,B正确.
【答案】
(1)a d
(2)图见解析;~ (3)B
3.(2016·江苏物理,10,8分)小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系.已知该金属电阻在常温下的阻值约10Ω,R随t的升高而增大.实验电路如图所示,控温箱用以调节金属电阻的温度.
实验时闭合S,先将开关K与1端闭合,调节金属电阻的温度,分别记下温度t1,t2,…和电流表的相应示数I1,I2,….然后将开关K与2端闭合,调节电阻箱使电流表的示数再次为I1,I2,…,分别记下电阻箱相应的示数R1,R2,….
(1)有以下两电流表,实验电路中应选用________.
A.量程0~100mA,内阻约2Ω
B.量程0~A,内阻可忽略
(2)实验过程中,要将电阻箱的阻值由Ω调节至Ω,需旋转图中电阻箱的旋钮“a”“b”“c”,正确的操作顺序是________.
①将旋钮a由“0”旋转至“1” ②将旋钮b由“9”旋转至“0”
③将旋钮c由“9”旋转至“0”
(3)实验记录的t和R的数据见下表:
温度t(℃)
阻值R(Ω)
请根据表中数据,在方格纸上作出R—t图象.
由图线求得R随t的变化关系为R=________Ω.
3.【解析】
(1)电路中的最大电流I=
A=150mA,无法达到A电流表的量程的
,因此选用A.
(2)要将电阻箱的电阻值由Ω调为Ω,应注意电阻箱阻值不能为零,因此应先将a旋钮由0调到1,顺序为①③②或①②③.
(3)图象如图所示,由图象可知,电阻R与温度t的关系为R=+
t(Ω)=+(Ω).
【答案】
(1)A
(2)①③②(或①②③) (3)图象见解析;++~+都算对)
4.(2015·新课标全国Ⅱ,23,9分)电压表满偏时通过该表的电流是半偏时通过该表电流的两倍.某同学利用这一事实测量电压表的内阻(半偏法),实验室提供的器材如下:
待测电压表
(量程3V,内阻约为3000Ω),电阻箱R0(最大阻值为99Ω),滑动变阻器R1(最大阻值100Ω,额定电流2A),电源E(电动势6V,内阻不计),开关2个,导线若干.
(1)虚线框内为该同学设计的测量电压表内阻的电路图的一部分,将电路图补充完整.
(2)根据设计的电路,写出实验步骤:
____________.
(3)将这种方法测出的电压表内阻记为RV′,与电压表内阻的真实值RV相比,RV′________RV(填“>”“=”或“<”),主要理由是_____________________________________________________________________.
4.【解析】
(1)实验电路图如图所示.
(2)移动滑动变阻器的滑片,以保证通电后电压表所在支路分压最小;闭合开关S1、S2,调节R1,使电压表的指针满偏;保持滑动变阻器滑片的位置不变,断开S2,调节电阻箱R0使电压表的指针半偏;读取电阻箱所示的电阻值,此即为测得的电压表内阻.
(3)断开S2,调节电阻箱使电压表成半偏状态,电压表所在支路总电阻增大,分得的电压也增大;此时R0两端的电压大于电压表的半偏电压,故RV′>RV.
【答案】
(1)图见解析
(2)见解析 (3)>;理由见解析
1.伏安法测电阻
(1)电流表的内、外接法对比
内接法
外接法
电路图
误差原因
电流表分压
U测=Ux+UA
电压表分流
I测=Ix+IV
电阻
测量值
R测=
=Rx+RA>Rx
测量值大于真实值
R测=
=
测量值小于真实值 误差校正 Rx= -RA (RA已知) Rx= (RV已知) 适用条件 RA? Rx,测大电阻 RV? Rx,测小电阻 (2)电流表内、外接法的选择依据 ①计算法看倍数关系: 根据题给数据估算.若 > ,即R >RVRA,则应采用内接法;若 < ,即R ②试触法看相对变化: 按图接好电路,用电压表的一根接头P先后与a、b处试触.若电流表“相对变化”明显,则说明电压表分流作用较大,应采用电流表内接法;若电压表“相对变化”明显,则说明电流表分压作用较大,应采用电流表外接法. (3)滑动变阻器的限流、分压接法的对比 限流接法 分压接法 电路图 P初位置 b端 a端 电压调 节范围 ≤Ux≤E 0≤Ux≤E 电流调 节范围 ≤Ix≤ 0≤Ix≤ 相对优点 电路结构简单,能耗较低 待测电阻Rx两端电压或电流能从零开始调节,调节范围最大 (4)滑动变阻器分压、限流接法的选择依据 滑动变阻器的两种连接方式各有优缺点,两种接法均能满足实验要求时选限流接法.但以下三种情况必须采用分压接法: ①要使待测元件的电压(或电流)从零(或很小值)开始连续调节,必须采用分压接法; ②如果实验所提供的电压表、电流表或电阻元件允许的最大电流(或电压)较小,采用限流接法时,实际电流(或电压)都会超过允许的最大电流(或电压),为了保护电表或电阻元件免受损坏,必须采用分压接法; ③若所用的滑动变阻器阻值远小于待测电阻阻值,采用限流接法时,待测电阻上的电流(或电压)变化很小,不利于多次测量求平均值或用图象法处理数据,应选择分压接法. 2.等效替代法测电阻 步骤如下: 如图所示,S接1,调节R2,读出 表示数为I;S接2,R2不变,调节电阻箱R1,使 表示数仍为I.由上可得Rx=R1. 该方法的优点是消除了电表引起的系统误差对测量的影响,缺点是电阻箱的阻值不能连续变化,测量误差较大. (2014·新课标全国Ⅱ,22,6分)在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx约为200Ω,电压表 的内阻约为2kΩ,电流表 的内阻约为10Ω,测量电路中电流表的连接方式如图甲或图乙所示,结果由公式Rx= 计算得出,式中U与I分别为电压表和电流表的示数.若将图甲和图乙中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值. 【解析】 由于Rx> ,利用内接法即题图甲误差更小,更接近待测电阻的真实值.测量值Rx1= =Rx+RA,即Rx1大于真实值.测量值Rx2= ,即Rx2小于真实值. 【答案】 Rx1 大于 小于 (2016·福建漳州八校第二次联考)LED绿色照明技术已经走进我们的生活.某实验小组要精确测定额定电压为3V的LED灯正常工作时的电阻,已知该灯正常工作时电阻大约500Ω,电学符号与小灯泡电学符号相同. 实验室提供的器材有: A.电流表A1(量程为0至50mA,内阻RA1约为3Ω) B.电流表A2(量程为0至3mA,内阻RA2=15Ω) C.定值电阻R1=697Ω D.定值电阻R2=1985Ω E.滑动变阻器R(0至20Ω)一只 F.电压表V(量程为0至12V,内阻RV=1kΩ) G.蓄电池E(电动势为12V,内阻很小) H.开关S一只,导线若干 (1)如图所示,请选择合适的器材,电表1为________,电表2为________,定值电阻为________.(填写器材前的字母编号) (2)将电路图补充完整. (3)写出测量LED灯正常工作时的电阻表达式: Rx=________(填字母,电流表A1、电流表A2和电压表V的读数分别用I1、I2、U表示),当表达式中的________(填字母)达到________,记下另一电表的读数代入表达式,此状态得到的电阻为LED灯正常工作时的电阻. 【解析】 (1)该灯的额定电压为3V,故所给的电压表F不能直接并联在灯的两端测量电压,可把内阻已知的电流表B与一定值电阻串联改成一个量程较小的电压表,串联的定值电阻应为D,则改装后的电压表的量程为U=I2(R2+RA2)=6V,能满足实验的要求.LED灯的工作电流为 =6mA,流经电表2的电流为 =mA,则流经电表1的电流最大值为(6mA+mA)=mA,测量该电流时可选用内阻已知的电压表F,流经F的最大电流为 =12mA,故表1选F,表2选B,定值电阻选D. (2)该实验的滑动变阻器的最大阻值只有20Ω,故选用分压接法,电路图如图所示. (3)灯泡两端的电压UL=I2(RA2+R2),流经它的电流IL= -I2,故灯泡的电阻Rx= = ,当表达式中的I2达到mA时,该灯达到额定电压,此状态得到的电阻为该灯正常工作时的电阻. 【答案】 (1)F B D (2)图见解析 (3) I2 mA 电表的非常规接法测电阻 1.伏伏法测电阻 若 的内阻RV1已知,则可用如图甲所示的电路测电阻Rx,且Rx= = ·RV1. 2.安安法测电阻 若 的内阻RA1已知,则可用如图乙所示的电路测电阻Rx,且Rx= . 说明: 图甲和图乙中,电压表和电流表的“内接”和“外接”并不是为了减小系统误差,而是从量程的大小、能否准确测量等因素考虑的. 3.电阻箱当成电表使用 (1)电阻箱当成电压表: 如图甲所示,可测得电流表 的内阻RA2= .图中利用电阻箱R测得 表两端的电压为(I1-I2)R,起到了测电压的作用. (2)电阻箱当成电流表: 如图乙所示,若已知R及RV,可测得干路电流I= + .图中电阻箱与电压表配合使用,起到了测电流的作用. 1.(2015·河南开封二模)某同学用下列器材测量一电阻丝的电阻Rx: 电源E,适当量程的电流表、电压表各一只(电流表有内阻,电压表内阻不是无限大),滑动变阻器R、RP,开关S1、S2,导线若干.他设计如图甲所示的电路测量电阻Rx的值,并有效地消除了因电压表和电流表内阻而产生的系统误差. 实验步骤如下: A.先闭合S1,断开S2,调节R和RP,使电流表和电压表示数合理,记下两表示数为I1、U1; B.闭合S2,调节RP,记下电流表和电压表示数为I2、U2. (1)请你帮他按电路图在实物图乙上连线; (2)指出上述步骤B中错误的做法并进行改正: _____________________________,写出用测量数据表示被测电阻Rx的表达式: ______________________________. 1.【解析】 (1)电路连接如图所示. (2)先闭合S1、断开S2,调节R和RP,使电流表和电压表示数合理,记下两表示数I1、U1,设电压表内阻为RV,则 = + , 步骤B应保持RP不变,闭合S2,记下电流表和电压表示数I2、U2,则 = + + ,所以Rx= . 【答案】 (1)图见解析 (2)应保持RP不变,闭合S2 2.(2016·山东济南一模)用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω),实验室提供如下器材: 电池组E(电动势3V,内阻不计) 电流表A1(量程0~15mA,内阻约为100Ω) 电流表A2(量程0~300μA,内阻为2000Ω) 滑动变阻器R1(阻值范围0~20Ω,额定电流2A) 电阻箱R2(阻值范围0~9999Ω,额定电流1A) 开关S、导线若干 要求实验中尽可能准确地测量Rx的阻值,请回答下面问题: (1)将电流表A2与电阻箱串联,改装成一个量程为V的电压表,需将电阻箱阻值调到________Ω. (2)在方框中完整画出测量Rx阻值的电路图,并在图中标明器材代号; (3)调节滑动变阻器R1,两表的示数如图所示,可读出电流表A1的示数是________mA,电流表A2的示数是________μA,测得待测电阻Rx的阻值是________Ω. 2.【解析】 (1)改装后电压表量程是3V,因为Ig(Rg+R)=U,则电阻箱阻值R= -Rg=8000Ω. (2)滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻阻值,滑动变阻器应采用分压接法.待测电阻阻值约为200Ω,电流表A1内阻约为100Ω,电压表内阻RV=2000Ω+8000Ω=10000Ω,R (3)由图示可知,电流表A1的示数为mA,电流表A2的示数是150μA;待测电阻两端电压U=I2RV=150×10-6×10000V=V,测得待测电阻Rx= = Ω=Ω或Rx= ≈191Ω. 【答案】 (1)8000 (2)图见解析 (3) 150 (或191) 3.(2015·广西四校调研)某同学为了测定一只电阻的阻值,采用了如下方法: (1)用多用电表粗测: 多用电表电阻挡有4个倍率: 分别为×1k、×100、×10、×1,该同学选择×100倍率,用正确的操作步骤测量时,发现指针偏转角度太大(指针位置如图中虚线所示).为了较准确地进行测量,请你补充完整下列依次应该进行的主要操作步骤: ①__________________________________________________________________. ②两表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指在0Ω处. ③重新测量并读数,若这时刻度盘上的指针位置如图中实线所示,测量结果是________Ω. (2)为了尽量准确测该电阻,现用伏安法测电阻,要求测量时,电表指针有较大偏转,测量多组数据.除被测电阻外,还备有如下实验仪器,请选择仪器,设计实验电路. A.电压表V(量程50V,内阻约为25kΩ) B.电流表A1(量程100mA、内阻r1=20Ω) C.电流表A2(量程100mA、内阻约5Ω) D.定值电阻R0(80Ω) E.滑动变阻器R(0~10Ω) F.电源: 电动势E=6V,内阻较小 G.导线、开关若干 请在虚线框内画出能准确测量电阻R的电路图(要求在电路图上标出元件符号).请根据设计的电路图写出Rx的测量值表达式: Rx=________. 3.【解析】 (1)由题知选择×100倍率的电阻挡,正确操作时,发现多用电表的指针偏转角度太大,由多用电表的电阻刻度特点可知,为了使读数准确,指针要摆到表盘中央附近,则要把×100倍率挡换成×10倍率挡.由欧姆表表盘的读数规则可知测量结果为12×10Ω=120Ω. (2)已知电源电动势E=6V,而电压表V的量程为50V,相比较可得知,此电压表不可选,误差太大. 由电源电动势E=6V,被测阻值约120Ω可知: 通过Rx的最大电流约为I= =50mA.此题要用伏安法测电阻,测量中表的指针要有较大角度偏转误差才会较小,同时知A1的量程和内阻.可将定值电阻R0与A1串联改装成一电压表测Rx两端的电压.滑动变阻器的最大阻值R=10Ω,比被测电阻Rx小得多,则采取分压接法,电路图如图所示. 由电路图可知,Rx两端电压Ux=I1(R0+r1) Rx中的电流Ix=I2-I1 则Rx= = (R0+r1) 【答案】 (1)①换用×10倍率的挡位 ③120 (2)电路图见解析 (R0+r1)
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