测大电阻
(3)判断方法
①直接比较法:
当待测电阻Rx较小且远小于电压表内阻Rv时,应选用外接法;当待测电阻Rx较大且远大于电流表内阻RA时,应选用内接法。
②临界值法:
当待测电阻Rx<
时,视Rx为小电阻,应选用外接法;当Rx>
时,视Rx为大电阻,应选用内接法;当Rx=
时,两种接法均可。
2.滑动变阻器分压式、限流于接法选取
(1)基本电路
(2)电路的对比
调节范围
限流式电路
分压式电路
电压调节范围
0→U
电流调节范围
0→
说明:
U为电源端电压,R为滑动变阻器最大电阻,Rx为待测电阻阻值。
(3)判断方法
①负载电阻Rx远大于滑动变阻器总电阻R,须用分压式接法,此时若采用限流式接法对电路基本起不到调节作用。
②要求负载上电压或电流变化范围大,且从零开始连续可调,须用分压式接法。
③采用限流电路时,电路中的最小电流(电压)仍超过电流表的量程或超过用电器的额定电流(电压)时,应采用变阻器的分压式接法。
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,因为限流式接法总功率较小。
例1.有一小灯泡上标有“6v,0.6W”的字样,现在要用伏安法测量这个灯泡的I—U图像,已知所用器材有:
A.电流表:
0—0.3A,内阻1ΩB.电压表:
0—15V,内阻20kΩ
C.滑动变阻器:
0—30Ω,额定电流2AD.学生电源(直流9V)
E.开关一只,导线若干
为使实验误差尽量减小,试画出合理的实验电路图
例2.在“测定金属的电阻率”实验中,若粗估金属丝的电阻Rx约为3Ω,为减小误差,要求金属丝发热功率P<0.75W,备有的部分器材有:
A.6V的电池组B、电流表(0—0.6A,内阻0.5Ω)
C.电流表(0—3A,内阻0.01Ω)D、电压表(0—3V,内阻1kΩ)
E.电压表(0—15V,内阻5kΩ)F、滑动变阻器(0—100Ω,额定电流1A)
G.滑动变阻器(0—20Ω,额定电流1A)
(1)上述器材应选用的是________________________。
(用字母代替)
(2)画出实验电路图
例3.一个未知电阻Rx,阻值大约为10k—20k.为了较为准确的测定其电阻值,实验室中有如下器材:
电压表V1 (量程3V、内阻约为3k)
电压表V2(量程15V、内阻约为15k)
电流表A1(量程200A、内阻约为100)
电流表A2(量程5mA、内阻约为10)
电流表A3(量程0.6A、内阻约为1)
电源电动势为3V
滑动变阻器R的最大阻值为200
开关S
a.在实验中电压表量程应选 ,电流表应选 。
b.为了尽可能减少误差,请你在虚线框中画出本实验的电路图。
c、根据实验的需要用笔滑线代替导线,将图7所需的实物连接起来。
四、伏安法测电阻及电路的延伸设计
1、伏安法如:
例2
2、比例法
受一些特殊的实验条件限制,比如:
电流(或电压表)表面上虽有刻度,但无刻度值(或刻度值模糊),这时我们不能直接读出电流或电压,但可根据电流或电压表刻度均匀的特点,通过测量其指针偏转格数用比例法完成测量。
例4:
现有一阻值为10.0Ω的定值电阻,一个开关、若干根导线和一个电压表,该电压表表面上有刻度
但无刻度值。
要求设计一个能测定某电源内阻的实验方案,(已知电压表内阻很大,电压表量程大于电源电动势,电源内阻约为几欧),要求:
(1)画出实验电路图
(2)简要写出完成接线后的实验步骤
(3)写出用测得的量计算电源内阻的表达式r=_____________。
解析:
(1)电路图如右图所示。
(2)①断开开关,记下电压表偏转格数N1;②合上开关,记下电压表格数N2。
(3)设电压表每偏转1格表示U0,当K断开时,由闭合电路欧姆定律得:
E=U1=N1U0
当K闭合后,有:
E=U2+
,即E=N2U0+
,联立两式解得:
r=R
。
3、替换法
用“伏安法”测电阻一般有电流表外接与电流表内接两种线路,因为电流表及电压表本身并非理想电表,这两种线路都存在误差;另一种情况是实验只提供一只电流表或电流表本身读数不准,这时我们可以考虑在保证电表读数不变的前提下,用一定值电阻(电阻箱)替换待测电阻,完成实验并提高测量准确性:
例5:
在某校开展的科技活动中,为了要测出一个未知电阻的阻值R,现有如下器材:
读数不准的电流表A、定值电R0、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线。
(1)画出实验电路图,并在图上标出你所选用器材的代码。
(2)写出主要的实验操作步骤
解析:
(1)实验电路如右图所示。
(2)①将S2与Rx相接,记下电流表指针所指位置
②将S2与R1相接,保持R2不变,调节R1的阻值,使电流表的指针在原位置上,记下R1的值,则Rx=R1。
4、伏安法的推广
对一些特殊电阻,如电流表或电压表内阻的测量,电路设计也有其特殊性:
一是要注意到其自身量程对电路的影响,二是要充分利用其“自报电流或自报电压”的功能。
例6:
某电压表的内阻在20kΩ~50kΩ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可供选用的器材:
待测电压表V(量程3V)、电流表A1(量程200uA)、电流表A2(量程5mA)、电流表A3(量程0.6A)、滑动变阻器R(最大值1kΩ、电源E(电动势4V),开关S。
(1)所提供的电流表中,应选用________________。
(2)为了减少误差,要求测量多组数据,试画出符合要求的电路图。
解析:
因为通过电压表的电流必须由电流表测定,所以电流表与电压表应串联,这实际上就是一种特殊的伏安法,电压表成了一个“可自报电压的大电阻”,由于电压表内阻在20kΩ~50kΩ之间,电流表内阻与电压表内阻相比可忽略不计,而滑动变阻器R的阻值远小于电压表内阻,且实验要求测多组数据,因此实验电路中变阻器应接成分压式,这样电压表的电流在80uA~200uA之间,故电流表应选A1。
根据电流表、电压表示数,可求得电压表内阻Rv=
5、比较法
某些问题中,因实验器材不具备(缺电流表或电压表),或因实验条件限制,或因实验精度不允许而
不能用“伏安法”。
这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理,用“伏安法”的替代形式——“比较法”来设计实验方案。
例7.从下表中选出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A1的内阻r1。
要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据。
器材代号
规格
电流表(A1)
量程100mA,内阻r1待测(约40Ω)
电流表(A2)
量程500uA,内阻r2=750Ω
电压表(V)
量程10V,内阻r3=10kΩ
电阻(R1)
阻值约100Ω,作保护电阻用
滑动变阻器(R2)
总阻值约50Ω
电池(E)
电动势1.5V,内阻很小
开关(K)
导线若干
(1)画出电路图,标明利用器材的代号。
(2)若选测量数据中的一组来计算r1,则所用的表达式r1=________________,式中各符号的意义是____________________________________。
解析:
分析题意知道需测量电流表A1的内阻,按常规思想应用伏安法,将电压表并联在待测电流表两端,但经分析即使该电流表满偏时两端电压仅为0.4V,远小于10V量程。
这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”
根据所列仪器的特点,电流表A2内阻已知,由此可采用两电流表并联,因为两电流表两端电压相等即可省去电压的测量,从而减小实验误差,由I2r2=I1r1