电阻的基本测量方法归纳.docx
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电阻的基本测量方法归纳
电学实验专题(11.10)
一、电阻的基本测量方法归纳
高考要求考生具有一定实验设计能力,电阻测量的实验设计是一个热点问题,本文就这种问题进行归类分析。
仪器的选择首先应考虑安全,其次是误差,最后是耗电。
安全应考虑各电表的读数不能超过量程,电阻类元件的电流不应超过其最大允许电流等。
1、多用电表法
电流表可以看作一个能显示通过自身电流的电阻,电压表是一个可以显示其两端电压的电阻,欧姆表也就是将灵敏电流计进行了特殊的改装,用于测量电阻,不过其刻度是不均匀的,零刻度线在右端,而且值得注意的是它的黑表笔实际上与电源的正极相连。
『例1』如图为一正在测量中的多用电表表盘:
(1)若用欧姆×1kΩ挡测量电阻,则读数为___________Ω;
1.3.5
(2)若用直流50mA挡测量电流,则读数为__________mA;
(3)若用直流250V挡测量电压,则读数为___________V。
2、伏安法
(1)选择内接法与外接法
伏安法是最常用的测量电阻的方法,高考中经常会以伏安法为原型,做简单的变式,于是便有了安安法、伏伏法等,必须要掌握其设计电路的主线,大致可以概括为三步:
伏安法测电阻是根据部分电路欧姆定律来进行测量的,由于电压表和电流表都有内阻,导致了电阻的测量值和真实值存在误差(如图)。
为了尽量减小实验误差,必须要选择合适的接法。
当内、外接法相对误差相等时,有
,所以
为临界值。
当
(即Rx为大电阻)时用内接法,当
(即Rx为小电阻)时用外接法,这样所测的值误差相对较小。
(2)选择分压与限流
(1)通常情况下,由于限流电路能耗较小,在均能满足实验要求的情况下优先考虑以限流接法为主。
(2)在下面三种情况下必须要选择分压接法:
①待测电阻的电压要求从零开始连续变化;
②采用限流式,没有超过量程,若滑动变阻器总电阻远小于被测电阻,起不到调节电压或电流的作用,必须选择分压式;
③采用限流式,依然超过电表的量程,必须采用分压式,但是被测电压必须从零开始,接近电表量程时放慢,绝对不允许超量程。
(3)选择滑动变阻器
若电路采用限流接法,原则上滑动变阻器的阻值要求在被测阻值的5~10倍,如果没有办法满足,则以尽量接近为好;若电路采用分压接法,原则上滑动变阻器的阻值要求在被测阻值的0.5~1倍,同样如果没有办法满足,则以尽量接近为好。
『例2』为了测定一个“6V、1W”的灯泡在不同电压下的电功率,现有器材如下:
直流电源E 电动势6V
直流电流表A1量程200mA
直流电流表A2量程0~0.6A
直流电压表V1量程0~3V
直流电压表V2量程0~15V
滑动变阻器R 最大电阻15Ω
开关一个、导线若干
(1)测量时要求电灯两端电压从0V开始连续调节,尽量减小误差,测多组数据.应选择电流表_______;电压表_______。
(用序号表示)
(2)在虚线框内画出测量的电路图。
3、等效替代法
采用等效替代的物理思想,用一个电阻箱取代待测电阻,而使电路中的各部分电压(或电流)不变,则电阻箱的读数即为该电阻的阻值,这样处理不仅方法简单,而且结果准确。
『例3』某同学准备用500A的电流表改装成一块量程为2.0V的电压表。
他为了能够更精确地测量电流表的内电阻,设计了如图所示电路,参数如下:
A.电流表G1(量程1.00mA,内电阻约100)
B.电流表G2(量程500A,内电阻约200)
C.电池组E(电动势为3.0V,内电阻未知)
D.滑线变阻器R(0—25)
E.四旋钮电阻箱R1(总阻值9999)
F.保护电阻R2(阻值约100)
G.开关S1,单刀双掷开关S2
(1)实验中该同学先合上开关Sl,再将开关S2与a相连,调节滑线变阻器R,当电流表G2有某一合理的示数时,记下电流表G1的示数I;然后将开关S2与b相连,保持_______不变,调节_______,使电流表Gl的示数仍为I时,读取电阻箱读数r。
(2)由上述测量过程可知,电流表G2内电阻的测量值rg=________。
(3)若该同学通过测量得到电流表G2的内电阻值为190,他必须将一个_______k的电阻与电流表G2串联,才能改装为一块量程为2.0V的电压表。
(4)该同学把改装的电压表与标准电压表V0进行了核对,发现当改装的电压表的指针刚好指向满刻度时,标准电压表V0的指针恰好如右图所示。
由此可知,该改装电压表的百分误差为_______%。
4、半偏法
半偏法是电表内阻测量的常见方法,此方法注意适用的条件,尤其注意电阻箱的阻值要求,要通过分析电路学会讨论实验误差,尽量选择合适器材。
『例4』把电流表改装为电压表的实验中给出的器材有:
A、电流表(量程0-300μA)
B、标准伏特表(量程0-3V)
C、电阻箱(0-99999Ω)
D、电阻器(0-100kΩ)
E、电源(电动势2V)
F、电源(电动势6V)
G、滑动变阻器(0-50Ω,额定电流1.5A)
H、电键两只,导线若干。
(1)用半偏法测定电流表的内阻。
采用右下图电路测定电流表G的内阻。
要想得到较高的精确度,从以上给出的器材中,可变电阻R1应选用______,可变电阻R2应选用______,电源E应选用 。
(横线上填写器材的序号)
实验操作的步骤有:
A.合上K1
B.合上K2
C.观察R1的阻值是否最大,如果不是,将R1的阻值调至最大
D.调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度
E.调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半
F.记下R2的阻值。
把以上步骤的字母代号按合理顺序填写在下面横线上空白处:
①____;②____;③____;④____;⑤____;⑥____。
(2)如果记录的R2的阻值为600Ω,则被测电流表G的内阻Rg的测量值为______Ω。
考点落实训练
(1)
1.
(1)当使用多用电表测量物理量时,多用电表表盘示数如图所示.若此时选择开关对准直流50V电压档,则被测电压为_______V;若此时选择开关对准×l0Ω档,则被测电阻的阻值
为________
.
(2)某电阻
约为25k
,要测量它的阻
值.现有电动势为15V的直流电源,最大
阻值为50
的滑动变阻器,另外可供选择
的电表有:
A.电流表(量程
,内阻约2k
)
B.电流表(量程
,内阻约300
)
C.电压表(量程10V,内阻约l00k
)
D.电压表(量程50V,内阻约500k
)
①应选择的电表为(只需填电表前面的字母即可):
电流表_______;电压表______.
②在方框中画出最合适的测量电路图.
2.某待测电阻RX的阻值在80~100Ω之间,现要测量其电阻的阻值,实验室提供如下器材:
A.电流表A1(量程30mA、内阻r1=10Ω)
B.电流表A2(量程150mA、内阻r2约为30Ω)
C.电流表A3(量程0.6A、内阻r3约为0.2Ω)
D.电压表(量程15V、内阻约为20kΩ )
E.定值电阻R0=20Ω
F.滑动变阻器R,最大阻值约为10Ω
G.电源E(电动势4V)、开关、导线若干
(1)在上述提供的器材中,要完成此试验,应选用___________________.(填字母代号)
(2)要求电表读数不得小于量程的1/3,请你在虚线框内画出一种实验电路原理图.
(3)用已知量和测量的量表示RX的表达式RX=___________.
3.实验室中现有的器材如下:
电池E(电动势约10V、内阻r约1Ω)
标准电流表A1(量程300mA,内阻r1约为5Ω)
电阻箱R1(最大阻值999.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω)
滑动变阻器R2(最大阻值10Ω)开关S和导线若干.
要求设计—个测定电流表A2(量程250mA,内阻r2约为5Ω)内阻的实验方案.
(1)在方框中画出测量电路,并在每个仪器旁标上英文代号.
(2)要直接测出的物理量是____________________,用这些物理量表示待测电流表A2内阻的计算公式是______________.
4.热敏电阻是传感电路中常用的电子元件。
现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线,要求特性曲线尽可能完整。
已知常温下待测热敏电阻的阻值约4~5Ω。
热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中,杯内有一定量的冷水,其它备用的仪表和器具有:
盛有热水的热水杯(图中未画出)、电源(3V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1Ω)、直流电压表(内阻约5kΩ)、滑动变阻器(0~20Ω)、开关、导线若干。
①在图(a)的方框中画出实验电路图,要求误差尽可能小。
②根据电路图,在图(b)的实物图上连线。
③简要写出完成接线后的主要实验步骤:
(1)、往保温杯中加入热水,稍等读出温度值;
(2)、 ;
(3)、重复①,②测出不同温度下的数据;
(4)、 。
5.某研究性学习小组为探究小灯泡灯丝电阻与温度的关系,实验中调节滑线变阻器,小灯泡两端电压可以从零至额定电压范围内变化,从而测出小灯泡在不同电压下的电流,以下是实验中可供选用的器材:
A.待测小灯泡(6W、0.5A) B.电流表(量程0~0.6A,内阻0.1Ω)
C.电压表(量程0~5V,内阻约5kΩ) D.电压表(量程0~15V,内阻约15kΩ)
E.滑线变阻器(最大阻值50Ω) F.滑线变阻器(最大阻值1kΩ)
G.直流电源(电动势15V,内阻可忽略) H.开关一个,导线若干
(1)请在虚线框中画出为完成上述实验而设计的合理的电路图.并在每个选用的器材旁标上题目所给的字母序号.
(2)如图所示是该研究小组测得小灯泡的I—U关系图线.由图线可知,小灯泡灯丝电阻随温度的升高而_________________(填“增大”、“减小”或“不变”);当小灯泡两端所加电压为6V时,其灯丝电阻值约为_________________Ω.(保留两位有效数字)
6.要测量电压表V1的内阻Rv,其量程为2V,内阻约2kΩ.实验室提供的器材有:
电流表A,量程0.6A,内阻约0.1Ω; 电压表V2,量程5V,内阻R1=5kΩ;
定值电阻R2,阻值为R2=3kΩ; 滑动变阻器R3,最大阻值100Ω