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物理电学实验复习 电学实验基础 常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表改装而成的 一 电流表的构造和工作原理1 构造 永磁铁和放入永磁铁磁场的可转动线圈组成 I 大约几欧到几十欧 二 把灵敏电流计改为电压表 电路图 2 电压表的内阻 Rv Rg R 三 把灵敏电流计G改为电流表A 2 电流表的内阻 RA Rg R R Rg 1 限流式 2 分压式 四 滑动变阻器的两种接法 2 滑动变阻器电路 限流电路 负载电阻两端的电压变化范围为 当R R0时 也可用 此电路滑动变阻器消耗的功率较少 内阻不计 电动势为 A 2 滑动变阻器电路 分压式电路 负载电阻两端的电压变化范围为 常适用于R0 R时 此电路滑动变阻器消耗的功率较多 电压变化范围较大 内阻不计 电动势为 选择方法 限流接法 分压接法 通常情况 电流 电压能达到要求的调节范围 不超过测量仪表的量程 不超过各元件允许的最大电流 三种特殊条件 a 要求某部分电路的电压或电流从零开始连续可调 b 采用限流接法时无论怎样调节滑动变阻器 电路中的电流 电压 都会超过电表量程或元件允许的最大电流 c 用电器电阻远大于滑动变阻器电阻 不利于测量获得多组数据 负载RX的电压调节范围 可见滑动变阻器的总阻值R越大 电阻RX两端电压的变化范围越大 变阻器总阻值R是Rx的2 5倍时 限流接法对电流 电压控制作用显著 这样既便于调节 用电器两端电压变化范围又比较大 1 限流电路 在合上开关以前 一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大 如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调 也没有要求多测几组数据 而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大 并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作 这时应从节省电能 和电路简单考虑 选用限流电路 2 分压电路 负载RX的电压调节范围0 E 在合上开关以前 一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端 以使负载上的电压和电流最小 均为零 滑动变阻器的总阻值R越小 越便于调节用电器两端电压 一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻 在0 1 0 5倍之间为好 要求测量结果尽量准确 需要多测几组数据 要求待测电阻两端电压变化范围较大 或要求从零开始连读可调 应选分压电路 如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多 为了能使待测电阻两端电压有较大变化 应选分压电路 如果采用限流电路时 电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程 应选分压电路 三 控制电路 滑动变阻器的接法 的选择 EIR电源负担轻 E IR Iap 电源负担重 简便 复杂 用电压表测电压 用电流表测电流 外接法 内接法 限流式 分压式 1 原理 一伏安法测电阻 同一性 2 电路 限流器电路 安培表内接法 限流器电路 安培表外接法 分压器电路 安培表内接法 分压器电路 安培表外接法 2 如何选择电流表的内接或外接方式 答 一般当RX较小时 即RX RV时 RX与RA较接近 采用电流表的外接方式 而当RX RA时 一般采用电流表的内接方式 一般RX较小时外接 RX较大时内接 由于电流表分压引起的 误差产生的原因 若 时 采用电流表内接法 由于电压表分流引起的 误差产生的原因 若 时 采用电流表外接法 比值法 b 选择方法 内接法与外接法的选择 a 条件 已给出R的估计阻值 若 时 采用电流表内接法 若 时 采用电流表外接法 1 采用电流表内接法的条件 Rx RA采用电流表外接法的条件 Rv Rx 例题解析 电流表内 外接判断方法 用试触法进行判断 当 即 时用内接法大 2 当不满足Rx RA和Rv Rx关系时 当 即 时用外接法小 当时 用内 外接法均可 3 当Rx RA Rv的阻值未知时 试触法 b 选择方法 将电压表分别接a b两点 结论 两次接触 那个表示数变化明显 Rx就与那个表 近接 a 条件 未给出RX的估计阻值 如果电流表示数有显著变化 说明电压表的分流作用较强 不满足RX RV 不适应用电流表的外接法 应用电流表的内接法 安培表和伏特表示数变化显著 明显 的标志是它们的示数的变化量 绝对误差 占原来值的百分比大 相对误差 从另一个角度来看 电压表的示数没有显著变化 说明电流表的分压作用很弱 满足RX RA 应选用内接法 P应接在b处 实验电路 电流表内外接法 选择的依据 R测 U I Rx偏大 R测 U I Rx偏小 电流表的分压 电压表的分流 请牢记 给阻值看比值与比值大表近接 无阻值看变化与变化大表近接 内接和外接的确定 小结 伏安法测电阻之发散思维 2 安安法 电流表的创新使用 测电压 条件 已知电流表A2的内阻 将A2看成一个电压表使用 1 伏安法 测电压表的电阻 电压表 电流表 是一个能读出其两端电压 通过其电流 的电阻 没有系统误差 没有系统误差 此电路能否测量出电流表的内阻 根据并联分流进行测量 没有系统误差 3 伏伏法 电压表的创新使用 测电流 条件 已知电压表V2的内阻 将V2看成一个电流表使用 没有系统误差 存在系统误差 能否消除 根据串联分压进行测量 没有系统误差 没有系统误差 备考提示 在很多情况下 电压表和电流表 已知内阻 的功用可以互换 有时利用一块电表配合定值电阻也可以完成功能的互换 实际上就是部分电路欧姆定律的变形运用 在处理时 一定要明确原理 灵活运用 替代比较法测电阻 替代法测量电阻 比较法测量电阻 I2R I1Rx Rx I2R I1 不计电源内阻 4 仪器的选择 安全性原则 要保证所用仪器的安全 电源最大允许通过的电流 电压表和电流表的量程 滑动变阻器允许通过的最大电流 用电器的额定电压电流等 选择电源 电表和用电器时 保证其电流和电压均不超过使用的量程 精确性原则 尽量减小实验误差 选择电表时 在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下 合理选择量程 务必使指针有较大偏转 一般取满偏度的2 3 电表达不到满偏的1 3是不允许的 操作性原则 如滑动变阻器的选择 既要考虑它的额定电流 又要考虑它的阻值范围 当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压 电流 比较方便 当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压 电流 比较方便 选择的一般步骤 根据实验要求设计合理的实验电路 找出唯一性的器材 估算电路中电压和电流的最大值或最小值 结合已知器材的规格选定电源 选定电压表和电流表以及所用的量程 根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器 例1 用伏安法测量金属导线的电阻R 试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路 图中安培表的量程为0 6A 内阻接近1 伏特表的量程为3V 内阻为5K 电源的电动势为6V 变阻器的阻值为0 20 在闭合电键前 变阻器滑动触点应处于正确位置 解 金属导线的电阻不大 安培表应外接 变阻器电阻比较大 可用限流接法 画出电路图如下 例2 有一个电阻Rx 其阻值大约是25k 可供选择的器材是 电流表A1 0 100 A 2k 电流表A2 0 500 A 300 电压表V1 0 10V 100k 电压表V2 0 50V 500K 直流稳压电源E 15V 1A 滑动变阻器R 1k 1W 电键K和若干根导线 试选择适当的器材 选取适当的电路 使测量尽可能准确 并画出电路图 再将如图示的实物连线 解 1 电压表 电流表的选择 由于滑动变阻器的电阻明显小于待测电阻 因此滑动变阻器必须用分压器接法 若电压表选V2 50V 因为电源电压15V不足其量程的1 3 所以电压表应选V1 10V 2 电流表内接法和外接法的选择 实验电路图 因为RX 25K RA 300 所以采用电流表内接法 由于用分压器接法时 电阻RX中的最大电流为 Imax 10V 25K 0 4mA 400 A 所以电流表选A2 500 A 例3 如图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图 器材规格如下 1 待测电阻Rx 约100 2 直流毫安表 量程0 10mA 内阻50 3 直流电压表 量程0 3V 内阻5k 4 直流电源 输出电压4V 内阻可不计 5 滑动变阻器 阻值范围0 15 允许最大电流1A 6 电键一个 导线若干条 根据器材的规格和实验要求 在本题的实物图上连线 答 因毫安表内阻与待测电阻相近 必须 外接 因为变阻器电阻很小 电源和滑动变阻器连接成分压电路 全题6分 电源 滑动变阻器连接成分压电路 占3分 除电键接错扣1分外 其它任何错都不给这3分 伏安法测电阻的电路占3分 其中电流表应外接 即电压表应直接与待测电阻并联 这部分接线中有任何错误都不给这3分 A1 例4 某电压表的内阻在20 50k 之间 现要测量其内阻 实验室提供下列可选用的器材 待测电压表V 量程3V 电流表A1 量程200 A 电流表A2 量程5mA 电流表A3 量程0 6A 滑动变阻器R 最大阻1K 电源 电动势4V 电键K 1 所提供的电流表中 应选用 填写字母代号 2 为了尽量减小误差 要求测多组数据 试在方框中画出符合要求的实验电路图 解析 由于滑动变阻器用分压接法时 伏特表两端电压变化范围较大 可以多测几组数据 故滑动变阻器用分压接法 由于电压表中通过的最大电流为Imax 3V 20K 150 A 因此电流表应选用A1 例题2 2006年全国 现要测量某一电压表的内阻 给定的器材有 待测电压表 量程2V 内阻约4k 电流表 量程1 2mA 内阻约500 直流电源E 电动势约2 4V 内阻不计 固定电阻3个 R1 4000 R2 10000 R3 15000 电键S及导线若干 要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半 试从3个固定电阻中选用1个 与其它器材一起组成测量电路 并在虚线框内画出测量电路的原理图 要求电路中各器材用题中给定的符号标出 电路接通后 若电压表读数为U 电流表读数为I 则电压表内阻RV 命题意图 本题考查了电压表内阻的测量 实验中真正的难点在于如何获得电压表中流过的电流大小 此时可以用电流表与定值电阻配合完成电流表的功能 原理还是部分电路的欧姆定律 关键是灵活的运用 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 1 在虚线方框中画出电路图 标明所用器材的代号 2 若选测量数据中的一组来计算 r1 则所用的表达式为r1 式中各符号的意义是 2000年高考 根据并联电路两端电压相等 将两电流表并联 如图示 解 电流表I1m 10mA r1 40 R1 100 R2 50 若滑动变阻器用限流接法 Imin 1 5 190 0 08A 8mA Imax 10mA 电流的变化范围很小 应该用分压器接法 因为电压表读数很小 Um 0 4V 不能用伏安法量 调节滑动变阻器的电阻 测出多组两电流表的读数 由I1r1 I2r2 得r1 I2r2 I1 评分标准 1 如图所示 5分 若电阻R1与电池串联 不扣分 若R2用作限流电阻 正确的同样给分 2 I1表示通过电流表A1的电流 I2表示通过电流表A2的电流 r2表示电流表A2的内阻 3分 未说明r2的不扣分 四关于电流表和电压表的读数方法 目前中学实验室学生用电流表和电压表多数为磁电式电表 标为2 5级 即满刻度的百分比误差为2 5 可按下面的方法读数 电学实验基础知识 量程为0 6A的电流表 满刻度绝对误差最大为 0 015A 最小分格为0 02A 指针偏转不够一个分格的部分用半格估读法 读数为两位小数 如图 电流表读数为0 15A 量程为3A的电流表 满刻度绝对误差最大为 0 075A 最小分格为0 1A 指针偏转不够一个分格的部分用1 10格估读法 读数为两位小数 如图 电流表读数为0 74A 量程为3V的电压表 满刻度绝对误差最大为 0 075V 最小分格为0 1V 指针偏转不够一个分格的部分用1 10格估读法 读数为两位小数 如图 电压表读数为2 38V 量程为15V的电压表 满刻度绝对误差最大为 0 375V 最小分格为0 5V 指针偏转不够一个分格的部分用1 5格估读法 读数为一位小数 如图 电压表读数为11 7V 1 电路应采用电流表外接法 为什么 2 滑线变阻器应采用分压式接法 描绘小电珠的伏安特性曲线 3 采用 4V 0 7A 小灯泡较好 在0 3V内已能反映出非线形特性 如图 因此 电压表用3V量程 电流表用0 6A量程 测量范围不要超过3V和0 6A 否则 要选用15V 3A 将会带来较大的读数误差 4 应使滑动变阻器的阻值由小向大 A B 逐渐改变 在电压表0 3V范围内读取并记录下12组左右不同的电压值U和电流值I 在坐标纸上以U为横轴 以I为纵轴 画出U I曲线 分析曲线变化的规律 曲线不为直线的原因是 例3 04上海 小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大 某同学为研究这一现象 用实验得到如下数据 I和U分别表示小灯泡上的电流和电压 1 在左下框中画出实验电路图 可用的器材有 电压表 电流表 滑线变阻器 变化范围0 10 电源 小灯泡 电键 导线若干 2 在右图中画出小煤泡的U I曲线 3 如果某一电池的电动势是1 5V 内阻是2 0 问 将本题中的灯泡接在该电池两端 小灯泡的实际功率是多少 简要写出求解过程 若需作图 可直接画在第 2 小题的方格图中 解 1 见下图 2 见下图 3 作出U E Ir图线 可得小灯泡工作电流为0 35安 工作电压为0 80伏 因此小灯泡实际功率为0 28瓦 例4 使用如图1所示的器材测定小灯泡在不同电压下的电功率 并且作出小灯泡的电功率与它两端电压的平方的关系曲线 已知小灯泡上标有 6V 3W 字样 电源是3个铅蓄电池串联组成的电池组 滑动变阻器的规格是 5 2A 要求 把图1中实物连成实验电路 图2的4个图象中哪个可能是正确的 简单说明理由 解 变阻器通常用来控制电路中的电流或电压 可以有限流与分压两种接法 根据题意 灯泡电阻约为R 62 3 12 若采用限流 即使变阻器阻值用到最大 灯泡电压最小值可达4V左右 其电压调节 范围约在4V 6V间 显然不宜选取合理数据范围作电功率与两端电压平方关系图线 而采用分压接法则灯泡两端电压变化范围为0V 6V间 便于选取数据作相应图线 至于电压表与电流表采用内接 外接 题目未给表的内阻 但实验学生用表在电阻为10 左右时 内 外接表误差差别不大 本题不作要求 连线时应注意量程选择与表 一 接线柱接法 接线如图3 例4的实物连线图 图2中所绘图线 由横 纵坐标可知为P U2图线 小灯泡在点亮时灯丝温度可高达上千摄氏度 随电压升高 灯丝温度升高 相应电阻率增大 电阻增大 与相应电阻不变时的功率相比要减少 或者说由P U2 R可知 该 图线斜率为1 R 随P增大 R增大 斜率减小 因此D图可能正确 而B图对应斜率不变 即R不变的情况 与本题实际不符 测电阻率 b a 图4 A 电压表0 3V内电阻约30K B 电流表0 0 6A内电阻约0 5K C 电池组 电动势3V内电阻很小D 保护电阻R0E 电键F 螺旋测微器 1 用螺旋测微器测量电阻丝的直径 其刻度位置如图1所示 读数为 mm 2 试将图2中提供的器材连成实验电路 要求 避免由于电流的热效应而使电阻丝的电阻率随电流的变化而发生变化能进行多次测量 根据图3所示的数据点描绘出图线 根据描绘出的图线结合有关数据计算出该电阻丝的电阻率 m 保留两位有效数字 有一根固定在直尺上的均匀电阻丝 总阻值小于5 两端各有一个固定的接线柱a和b 直尺的之间有一个可沿直尺滑动的触头c c的上端为接线柱 触头c与电阻丝通常不接触 当用手按下时 才与电阻丝接触 且可在直尺上读出触点的位置 现给你如下器材 要求测量该电阻丝的电阻率 G 连接用导线若干 3 通过改变滑动触头c的位置 分别测量出了五组与长度L对应的电压U的数据 电流表示数保持在0 5A不变 并已描在坐标纸上 如图3所示 4 0 5 1 0 1 5 2 0 图3 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 6 0 8 0 7 U V L m 例有一根固定在直尺上的均匀电阻丝 总阻值小于5 两端各有一个固定的接线柱a和b 直尺的之间有一个可沿直尺滑动的触头c c的上端为接线柱 触头c与电阻丝通常不接触 当用手按下时 才与电阻丝接触 且可在直尺上读出触点的位置 现给你如下器材 要求测量该电阻丝的电阻率 A 电压表0 3V内电阻约30K B 电流表0 0 6A内电阻约0 5K C 电池组 电动势3V内电阻很小D 保护电阻R0E 电键F 螺旋测微器 1 用螺旋测微器测量电阻丝的直径 其刻度位置如图1所示 读数为 mm 2 试将图2中提供的器材连成实验电路 要求 避免由于电流的热效应而使电阻丝的电阻率随电流的变化而发生变化能进行多次测量 根据图3所示的数据点描绘出图线 根据描绘出的图线结合有关数据计算出该电阻丝的电阻率 m 保留两位有效数字 3 通过改变滑动触头c的位置 分别测量出了五组与长度L对应的电压U的数据 电流表示数保持在0 5A不变 并已描在坐标纸上 如图3所示 L m U V G 连接用导线若干 分析 1 螺旋测微器的读数方法是 读数 固定刻度数 包括半毫米刻度 可动刻度数 精度由图1可得 电阻丝的直径d 1 980mm 2 由电阻定律可得 测量电阻丝的电阻率的原理式子为为了避免由于电流的热效应而使电阻丝的电阻率随电流的变化而变化 本实验中采用了控制度量法 即保持电流I不变 这样实验中只需改变滑动触头的位置 测量多组U L值 利用U L图像就可以计算电阻率 满足实验要求的实验电路实物接线图如图4所示 3 由实验原理可知 由此 理论上U L图线应该是一条过原点的直线 但是由于实验的偶然误差 描出的点并不在一条直线上 在描图线时 应通过尽可能多的点画一条直线 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 6 0 8 0 7 0 5 1 0 1 5 2 0 U V L m 图5 并使不在直线上的各点分布在直线两侧的点的数目大致相同 这样 才能使各次实验的偶然误差得到部分的抵消 提高实验的精确度 描绘的图线如图5所示 在图线上选一点 如 0 5m 1 0v 求出的值 然后根据原理式计算电阻率 07年佛山市教学质量检测11 3 11 3 测定金属丝的电阻 阻值3 5 时 给定的实验器材的实物如下图所示 要求通过金属丝的电流可以在0 0 6A之间变化 请在方框中画出实验电路图 并在图中用实线代替导线连接成符合实验要求的电路图 解 实验电路图如图示 例7 电桥法测电阻 利用给出的电路图和器材 G为灵敏电流表 R0为阻值均匀的电阻丝 R为已知阻值的定值电阻 Rx为被测电阻 要求利用这些器材测未知电阻Rx 实验中还需要什么测量仪器 将实物连成电路图 写出测量Rx的实验步骤 并写出利用测量数据表示Rx的表达式 L1L2 RX R R0 P 解 还需要米尺 测量左右两部分电阻丝的长度L1 L2 按图接好电路后 移动滑动触头P 使电流表指针指在中央零刻度处 用刻度尺测量P点两边电阻丝的长度L1 L2 由RX R L1 L2 二 替代法测量电阻 利用伏安法测电阻 无论电流表内接还是电流表外接都会对测量造成误差 而利用比较法测电阻可避免这些误差 实验时先连入某待测电阻 记下电路中电表的读数 然后把待测电阻换成电阻箱 调整电阻箱 使电路中电表的读数与原来一样 这样的电阻箱便是待测电阻的阻值 1 原理 2 电路 用电阻箱和电流表测量 用电阻箱和电压表测量 替代比较法测电阻 替代法测量电阻 比较法测量电阻 I2R I1Rx Rx I2R I1 不计电源内阻 例1 为了测量电流表A1的内阻 采用图示的电路 其中电流表A1的量程是0 300 A 内阻约为100 待测 A2是标准电流表 量程0 200 A R1为电阻箱 阻值范围0 999 9 为电池 电动势3V 内阻不计 S1为开关 S2为单刀双掷开关 按电路图接好电路后 将可变电阻器R2和电阻箱R1适当调节后 将单刀双掷开关S2扳到接点1处 接通开关S1 调节可变电阻R2 使两电表的读数都是150 A 然后将开关S2扳到接点2 调节电阻箱R1使标准电流表的读数仍是150 A 若此时电阻箱各旋钮位置如图 则 1 电流表A1的内阻Rg 2 为了保证两电流表的安全使用 限流电阻R3的阻值应选A 100 B 150 C 10K D 15K 3 可变电阻器R2应选 A 2K B 5K C 200 D 500 解 替代法测电阻 当R2 0时 要保证两个电流表都不超过量程 R3 E Imin 3 0 2mA 15k 选D R2 R3 E I 3 0 15mA 20k R2 5k 选B Rg 92 8 为了测定电流表A1的内阻 采用如图1所示的电路 其中 A1是待测电流表 量程为300 A内阻约为100 A2是标准电流表 量程是200 A R1是电阻箱 阻值范围0 999 9 R2是滑动变阻器 R3是保护电阻E是电池组 电动势为4V 内阻不计 S1是单刀单掷开关 S2是单刀双掷开关 1 根据电路图1 请在图2中画出连线 将器材连接成实验电路 2 连接好电路 将开关S2扳到接点a处 接通开关S1 调整滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150 A 然后将开关S2扳到接点b处 保持R2不变 调节电阻箱R1 使A2的读数仍为150 A 若此时电阻箱各旋钮的位置如图3所示 电阻箱R1的阻值是 则待测电流表A1的内阻R3 86 3 86 3 3 上述实验中 无论怎样调整滑动变阻器R2的滑动端位置 都要保证两块电流表的安全 在下面提供的四个电阻中 保护电阻R3应选用 填写阻值相应的字母 A 200K B 20K C 15K D 20 4 下面提供最大阻值不同的四个滑动变阻器供选用 即要满足上述实验要求 又要调整方便 滑动变阻器 填写阻值相应的字母 A 1k B 5k C 10k D 25k B C 用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值 900 1000 电源E 具有一定内阻 电动势约为9 0V 电压表V1 量程为1 5V 内阻r1 750 电压表V2 量程为5V 内阻r2 2500 滑线变阻器R 最大阻值约为100 单刀单掷开关K 导线若干 1 测量中要求电压表的读数不小于其量程的1 3 试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图 原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注 2 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线 3 若电压表V1的读数用U1表示 电压表V2的读数用U2表示 则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx 解1 只有两个电压表 只能用比较法 电路图如图示 测出两个电压表的示数U1 U2 R并 r2 U1 U2 解2 也可将V1 V2都看作电流表 由并联电路特点得 I2 I1 Ix 即U2 r2 U1 r1 U1 Rx Rx U1r1r2 U2r1 U1r2 注意 要求电压表的读数不小于其量程的1 3 只能用分压器接法 V2的量程大于V1 V2应在干路中 题目 上页 解3 仍用比较法 电路图如图示 测出两个电压表的示数U1 U2 解4 将V1 V2分别看作电流表和电压表 由伏安法得 r1 Rx U2 I1 r1U2 U1 Rx U2 U1 r1 U1 注意 要求电压表的读数不小于其量程的1 3 只能用分压器接法 V2的量程大于V1 V1应在与Rx串联 题目 上页 15 为了测量一个阻值较大的未知电阻 某同学使用了干电池 1 5V 毫安表 1mA 电阻箱 0 9999 电键 导线等器材 该同学设计的实验电路如图 a 所示 实验时 将电阻箱阻值置于最大 断开K2 闭合K1 减小电阻箱的阻值 使电流表的示数为I1 1 00mA 记录电流强度值 然后保持电阻箱阻值不变 断开K1 闭合K2 此时电流表示数为I2 0 80mA 记录电流强度值 由此可得被测电阻的阻值为 解 解得Rx 375 375 经分析 该同学认为上述方案中电源电动势的值可能与标称值不一致 因此会造成误差 为避免电源对实验结果的影响 又设计了如图 b 所示的实验电路 实验过程如下 断开K1 闭合K2 此时电流表指针处于某一位置 记录相应的电流值 其大小为I 断开K2 闭合K1 调节电阻箱的阻值 使电流表的示数为 记录此时电阻箱的阻值 其大小为R0 由此可测出Rx 点拨 这是替代法测电阻 I R0 三 半偏法测量电流表的内阻 1 原理 半偏法测电流表内阻的原理是欧姆定律和并联电路的电流分配关系 因电流表可以读出自身的电流 故在其电流减半时 必有另一支路分掉另一半的电流 在总电流近似不变的条件下 该支路的电阻 电阻箱读出 等于电流表的电阻 2 电路 3 步骤 1 先闭合S1 调节R1使电流表指针满偏 2 再闭合S2 保持电阻R1不变 调节R2使电流表指针半偏 记下R2的值 3 若R1 100R2 有Rg R2 4 误差分析 在用半偏法测电流表的内阻的实验中 当闭合开关S2时 调节R2使电流表半偏 即通过电流表的电流为Ig 2 此时干路总电流因回路中总电阻变小而变大 即比Ig稍大 这样通过R2的电流将大于Ig 2 因此电流表内阻的测量值小于真实值 5 半偏法测电压表的内阻 R测 R真 1 把电阻箱R0的阻值调到0 把滑动变阻器的触头P滑到a端 3 保持滑动变阻器触头位置不变 调节R0使电压表指针半偏 记下R0的值 4 若R RV 有Rg R0 2 闭合开关S 调节R使电压表指针满偏 半偏法测电压表的内阻 半偏法测电流表的内阻 电路 实验条件 实验步骤 1 把滑动变阻器的触头P滑到a端 把电阻箱R0的阻值调到0 1 把滑动变阻器R1的电阻调到最大 把电阻箱R2的阻值调到0 2 闭合开关S 调节R使电压表指针满偏 2 先闭合S1 调节R1使电流表指针满偏 3 再闭合S2 保持电阻R1不变 调节R2使电流表指针半偏 记下R2的值 则Rg R2 3 保持滑动变阻器触头位置不变 调节R0使电压表指针半偏 记下R0的值 则RV R0 原理 Pa间的总电压基本不变 并联分流 干路中的电流基本不变 串联分压 误差分析 并联分流 满偏时Pa之间电阻 半偏时Pa之间电阻 串联分压 误差分析拓展 V A Rg测量值小于真实值 R串大于标准值 R并小于标准值 改装成电压表读数小于真实值 改装成电流表读数小于真实值 改进 在R串上并联一个大电阻 改进 在R并上串联一个小电阻 RV大于标准值 RA小于标准值 通过表头的电流偏小 把电流表改装成伏特表 把电流表改装成安培表 仪器选择 R1 Rg 滑动变阻器和电阻箱均可 R RV 必须用滑动变阻器 构成分压电路 R2略大于Rg 必须用电阻箱 R0略大于RV 必须用电阻箱 电动势E越大 调满偏时R1连入电路中的电阻越大 实验条件满足的越好 误差越小 电动势E越大 调满偏时滑动变阻器Pa之间的电阻越小 实验条件满足的越好 误差越小 上述操作步骤中 必要的操作步骤按合理顺序排列应为 若在步骤 中 读出R0的值为2400 则电压表的内阻RV 用这种方法测出的内阻RV与其真实值相比偏 E 调节滑动变阻器的阻值 使电压表的示数为3 0V 例2 为了测量一个量程为3 0V的电压表的内阻 可以采用图所示的电路 在测量时 可供选择的步骤如下 A 闭合开关S B 将电阻箱R0的阻值调到最大 F 断开开关S C 将电阻箱R0的阻值调到零 H 将滑动变阻器的滑动触头调到a端 G 将滑动变阻器的滑动触头调到b端 D 调节电阻箱R0的阻值 使电压表示数为1 5V 读出此时电阻箱R0的阻值 2400 大 测定电源的电动势和内阻 测定电动势内阻电路 用电流表和电压表测E r 实验电路如右 根据闭合电路欧姆定律 E U Ir 本实验电路中电压表的示数是准确的 而电流表的示数比通过电源的实际电流小 所以本实验的系统误差是由电压表的分流引起的 为了减小这个系统误差 滑动变阻器R的阻值应该小一些 所选用的电压表的内阻应该大一些 为了减小偶然误差 要多做几次实验 多取几组数据 然后利用U I图象处理实验数据 将点描好后 用直尺画一条直线 使尽可能多的点落在这条直线上 而且在直线两侧的点数大致相等 这条直线代表的U I关系的偶然误差比每一组实验数据的偶然误差都小 这条直线在U轴上的截距就是被测电源电动势E 对应的I 0 斜率的绝对值就是被测电源的内阻r 特别要注意 有时纵坐标的起始点不是0 求内阻的一般式应该是r U I 伏安法测E r实验中测量值和真实值的比较1 1 安培表内接在并联电路之内的电路 解 作U E Ir图线如图实线示 式中的U是路端电压 I应是通过电源的电流 I实 IA IV IA U RV 可见U越大 差值 I实 IA 就越大 U 0时 差值 I实 IA 也为0 实际的U I图线如图虚线示 斜率增大 E测 E真r测 r真 该电路适用于滑动变阻器阻值很小 电源内阻很小 的情况 若将电流表的内阻并入电池中 则U路和I的测量值就都准确了 E的测量值就准确了 测出的内阻是电源内阻r和电流表的内阻之和 U路 E I RA r E Ir 伏安法测E r实验中测量值和真实值的比较2 2 安培表外接在并联电路之外的电路 解 作U E Ir图线如图实线示 式中的I是通过电源的电流 U应是路端电压 U路 UA UV IRA UV 可见I越大 差值IRA就越大 I 0时差值为0 实际的U I图线如图虚线示 E测 E真r测 r真 该电路适用于滑动变阻器阻值很大 电源内阻很大 的情况 13 利用如图a所示的电路图测量电源电动势和内电阻 器材如图b所示 请用实线代表导线 将图b中器材连成实验用电路 解 实验用电路如图示 画出U I图线如图示 E 1 46V r 0 72 14 如图甲所示为一黑箱装置 盒内有电源 电阻等元件 a b为黑箱的两个输出端 1 为了探测黑箱 小明进行了以下几步测量 用多用电表的电阻挡测量a b间的电阻 用多用电表的电压挡测量a b间的输出电压 用多用电表的电流挡测量a b间的输出电流 你认为以上测量中不妥的有 填序号 理由是 中不能用电阻挡直接测含源电路的电阻 中可能会造成短路 2 含有电源的黑箱相当于一个等效电源 a b是电源的两极 小明想测定这个等效电源的电动势和内阻 设计了如图乙所示的测量电路 此电路同时能测出电阻R0的阻值 小明将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时 记录了三个电表的一系列示数 记录在下面两个表格中 表格一 表格二 在图丙的坐标纸中分别作出R0的U I图象和电源的U I图象 根据作出的图象可以求出定值电阻R0 电源电动势E V 内电阻r 若实验中的所有操作和数据处理无错误 实验中测得的定值电阻R0值 实际值 测得的电源电动势E的值 实际值 内阻r的测量值 实际值 横线上选填 大于 等于 小于 解见下页 2 0 1 50 1 0 大于 小于 小于 题目 解 表格一应是电压表V2的读数 表格二应是电压表V1的读数 即路端电压 两表读数之差U1 U2是电阻R0两端的电压 电源的U I图象和电阻R0的U I图象如图示 题目 第2页 王红同学到实验室做 测定电源电动势和内阻 的实验时 发现实验桌上还有一个定值电阻R0 他设计了如图所示的电路来测量R0的阻值 实验时用U1 U2 I分别表示电表V1 V2 A的读数 并将滑动变阻器的滑片P移动到不同位置时 记录了U1 U2 I的一系列值 1 他在同一坐标纸上分别作出U1 I U2 I图线 则所作的直线斜率较大的是 U2 I 解 U1 I图线的斜率等于电源内阻r U2 I图线的斜率等于电源内阻r与电阻R0之和 2 定值电阻R0的计算表达式是 R0 用测得的物理量表示 若实验中的所有操作和数据处理无错误 实验中测得R0值 填 大于 等于 或 小于 实际值 3 张超同学说 在王红同学所用的实验器材中 如果知道电流表的内阻rA 就能少用一个电压表测出电动势 内阻以及R0的值 请你在虚线框中画出张超 同学设想的电路图 并写出简单实验步骤和E r R0三个物理量的计算式 大于 3 解 电路图