高中物理伏安法测电阻ppt课件.ppt

伏安法测电阻 1 根据部分电路欧姆定律可知 只要测出被测电阻两端的电压U和流过该电阻的电流I 就可求出电阻R的大小 一 实验原理 2 二 实验电路 测量电路 控制电路 3 三 实验器材 4 伏安法测电阻的电路选择 1 电流表和电压表各一个 知道其内阻的大约值 若时 选用电流表内接法 由于该电路中电压表的读数U表示被测电阻Rx与电流表A串联后的总电压 电流表的读数I表示通过Rx的电流 所以使用该电路所测电阻 比真实值Rx大了RA 1 测量电路的选择 5 外接法 6 2 两只同种电表 已知其内阻 已知内阻的电流表可以当电压表使用 一般用来测阻值较小的电阻两端电压 小电压 已知内阻的电压表也可以当电流表使用 一般用来测小电流 7 3 两只同种电表 内阻都未知 需要一个电阻箱或一定值电阻就能测量电表的内阻 8 2 控制电路的选择 控制电路分为限流式和分压式两种 变阻器的常规处理将变阻器从滑动触点P分成两个部分 把一个完整的变阻器看成是由两部分串联组成的 如下图所示 9 两种接法的比较 a 电压的调节范围 分压 UL 0 U0 限流 b 电流的调节范围 分压 限流 可见 分压式接法的最大优点是它的调压 或调流 范围宽 其次是它的电压 电流范围都包含0值且跟R无关 而限流式接法不仅调压 或调流 范围较窄 而且其电压 电流范围都不含0值还跟R有关 从调节范围来看 10 从方便调节的角度来看 分压式接法以RL R尤其以RL R为优 而限流式接法应以RL R或跟R相当 即RL R为宜 从节能方面来看 在满足负载需要的情况下 限流式电路消耗的总功率小 电源负担轻 而分压式电路消耗的总功率大 电源负担重 从电路结构上看 限流式电路简单 而分压式电路比限流式要复杂得多 11 两种接法的选择原则 从实验的目的和要求上看 若需要大范围调压或需小电流调节 尤其是要求含0值的电流 电压调节 那就非分压式接法莫属了 若仅仅是为了电路的安全 而对电压 电流的调节又没有特殊要求时 则选择限流式接法还更简便 更节能一些 从方便调节的角度来看 通常对小阻值滑动变阻器或大阻值负载 RL与R相比较 以分压式接法为优 相反对大阻值滑动变阻器或小阻值负载则以限流式为宜 12 1 要求回路中某部分电路的电流或电压实现从零开始可连续调节时必须采用分压接法 2 当被测电阻阻值Rx远大于滑动变阻器的最大值R 且实验要求的电压变化范围较大 或要求测量多组数据 时 必须采用分压接法 3 若采用限流接法 电路中实际电压 电流 总是超过实验仪器的量程时 只能采用分压接法 下列三种情况必须选用分压接法 13 1 用伏安法测量一个电阻 器材有 待测电阻RX 约为15 电流表 量程为25mA 内阻 电压表 量程为 内阻 k 电源 r 0 滑动变阻器 最大值 00 允许最大电流 开关 个 导线若干 根据器材规格和实验要求连接实物图 析 RX R 采用电流表外接法 RX R 因此采用限流式接法 RX 100 2 14 15 2 要用伏安法来测量一个电阻RX 约为25K 器材如下 直流电流表 0 50 A 内阻r 0 3k 直流电压表 内阻r k 电源 额定交流 滑动变阻器 额定功率 导线 开关 为使测量的结果达到较高的准确度 则 1 控制电路应采用限流电路还是分压电路 2 电流表应选择内接法 还是外接法 画出实验电路图 分析 RX R 因此采用分压式接法 1 2 RX 25K 因此采用安培表内接法 RX R 16 17 四 选择器材和电路的一般原则 1 安全性原则 实验中要保证电流 电压值既不超过仪表的量程 又不能超过变阻器 小灯泡 电阻箱等器材所允许的最大值 2 精确性原则 在不违反安全性原则的前提下 尽量使测量结果更精确 减小误差 3 简便性原则 在不违反前两个原则的前提下 尽量使测量电路简单好接 测量中的调节控制操作方便 本着这三个原则 一般按照如下顺序选择电路和器材 1 滑动变阻器的接法和选择 控制电路 简便性 安全性2 电流表和电压表的选择 电表 安全性 精确性3 电流表的内外接 测量电路 精确性 18 例1 有一电阻R 其阻值大约在40 至50 之间 需进一步测定其阻值 现有下列器材 电池组 电动势为9V 内阻忽略不计 电压表 量程为0至10 内阻20 电流表A1 量程为0至50 内阻约20 电流表A2 量程为0至300m 内阻约4 滑动变阻器R1 阻值范围为0至100 额定电流1A 滑动变阻器R2 阻值范围为0至1700 额定电流0 3 开关 及导线若干 实验中要求多测几组电流 电压值 为使实验正常进行并减小误差 并要求滑动变阻器便于调节 在实验中应选电流表和滑动变阻器 1 滑动变阻器的接法和选择 控制电路 简便性2 电流表和电压表的选择 电表 安全性和精确性3 电流表的内外接 测量电路 精确性 19 例2 用伏安法测量某电阻的阻值 现有实验器材如下 待测电阻Rx 阻值大约为5 额定功率为1W 电流表A1 量程为0 0 6A 内阻为0 2 电流表A2 量程为0 3A 内阻为0 05 电压表V1 量程为0 3V 内阻为3K 电压表V2 量程为0 15V 内阻为15K 滑动变阻器R 0 50 蓄电池 电动势为6V 开关 导线 为了较准确测量Rx的阻值 保证器材的安全 以及操作方便 电流表 电压表应选择 并画出实验电路图 20 3 确定测量电路由于待测电阻Rx的阻值大约是5 而所用电流表的内阻为0 2 所用电压表内阻为3K 被测电阻为小电阻 故采用电流表的外接法 1 确定控制电路和变阻器因滑动变阻器的全值R0大于被测电阻阻值Rx 故考虑滑动变阻器的限流接法 采用限流接法时 通过Rx的最小电流为0 11A 最大电流为0 45A 符合实验要求 2 确定电压表 电流表被测电阻Rx的额定电压 额定电流分别为2 2V和0 45A 则电流表选用A1 电压表选用V1 解 21 作业 22 1 有一个量程为0 0 6 3安培的安培表 0 0 6安培挡的内阻为0 125欧 0 3安培挡的内阻为0 025欧 一个量程为0 15伏的伏特表 内阻为1 5 104欧姆 一个滑动变阻器 电阻为0 200欧 一个电压为12伏特的蓄电池组 一个电键和一些导线 要使用这些器件用伏安法测量一个阻值约为几十欧的线圈的电阻 画出实验应采用的电路图 在实物图中画线 把所示器件连接成电路 23 2 用伏安法测量定值电阻的阻值 备用器材如下 待测电阻Rx 阻值约为25K 电流表A1 量程100 A 内阻约为2K 电流表A2 量程500 A 内阻约为300 电压表V1 量程10V 内阻约为100k 电压表V2 量程50V 内阻约为500k 电源E 电动势15V 允许通过的最大电流1A 滑动变阻器R 最大阻值1k 电键S 导线若干 为了尽量减小实验误差 要求测多组数据 1 电流表应选 电压表应选 2 画出实验电路图并连接实物图 24 25 26 27 由于 可见 RV与RX相差更大些 应采用安培表外接式 分析 由于待测电阻小于滑动变阻器的全值电阻 所以变阻器应采用限流式接法 电路图如图所示 RXR 28 由于通过电路的最大电流为 可见 电流表的量程选0 6安培即可 RXR 线路连接如下 29 2 图为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 待测电阻Rx 约100欧 直流毫安表 量程0 10毫安 内阻50欧 直流电压表 量程0 3伏 内阻5千欧 直流电源 输出电压4伏 内阻可不计 滑动变阻器 阻值范围0 15欧 允许最大电流1安 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 30 分析 由于待测电阻大于滑动变阻器的全值电阻 所以变阻器应采用分压式接法 由于RA与RX相当 而RV RX 所以 采用安培表外接式 若选用限流式接法 则通过回路的最小电流为 可见 只有选用分压式接法 线路连接如下 31 32 33 34 35 例7 一个电压表的内阻为30k 左右 现要用伏安法测量其内阻 实验室提供下列可选用的器材 待测电压表V 量程5V 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 最大阻值1k 电源 电动势6V 开关S及导线在所提供的电流表中 应选用 填字母代号 解 选择的电流表 接入电路后 首先要安全 其次要准确 在最大电流不超电流表量程的前提下 应尽量地使指针满偏或接近满偏 为了准确地选择该实验所需的电流表 必须估算电路中可能达到的最大电流强度 估算时应抓住主要矛盾 忽略次要因素 Imax RV因为忽略了电源内阻 电流表内阻 所以电路中可能达到的最大电流强度一定小于200 A 如果仅从安全角度看 电流表A1 A2 A3均可 但从安全与准确相结合的角度看 只能选用电流表A1 36 例1 某电压表的内阻在20k 50k 之间 现要测量其内阻 实验室提供下列可选用器材 待测电压表V 量程3V 电流表A 量程200 A 电流表A2 量程5mA 电流表A3 量程0 6 滑动变阻器R 最大阻值1k 电源E 电动势4V 电键S 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 要求测量多组数据 试在图中画出符合要求的实验电路图 电源和电键及连线已画出 37 38 39 例2 为了测定电流表A1的内阻r1的精确值 实验室给出了如下器材 40 1 要求电流表A1的示数从零开始变化 且能多测几组数据 尽可能减少实验误差 在虚线框内画出实验电路原理图 并在图中标出所选用器材的代号 2 若选测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1 则所测电流表A1的内阻r1的表达式为 r1 式中各符号的意义是 41 分析与解答 1 器材选择 测量电路 因为电压表的量程为电源电动势的5倍 所以该电压表与电源不相配 不能选用该电压表来测量电压 而电流表A1和A2可以配置 因此将电流表A2跟定值电阻配合起来可以当电压表使用 测量电路应为 42 电路选择 控制电路 题目要求电流表A1的示数从零开始变化 多测几组数据 所以滑动变阻器应用分压接法 用总阻值较小的滑动变阻器调节方便 故应选R1 电路图为 2 利用电流表A1测出自身电流I1 电流表A2测出通过A1和R0的总电流I2 根据并联电路的关系有I1r1 I2 I1 R0 解得 43 1 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S 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中的相应的英文字母标注 2 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 练习 44 2 现有以下器材 电压表V1 量程3V 电阻约几千欧 电压表V2 量程6V 电阻约几千欧 定值电阻R1 3 0k 滑动变阻器R 0 100 直流电源 约6V 内阻不计 开关 导线若干 要求利用这些器材来测量电压表V1的内阻值 请在下边的方框内画出实验电路图 若用已知量和直接测得的量来表示电压表V1内阻 则表达式为r 式中各测得量的物理意义是 45 半偏法测电阻与电流表改装成伏特表和安培表 46 一 实验目的 用半偏法测量一个灵敏电流为Ig的电流表的内电阻R 并将它改装成一个量程为v I 的电压 安培表 并校准该改装表 47 电原理图 48 二 工作原理 若主回路电流恒定不变 当两支路电流各分摊总电流的一半时 则这个支路电阻相等 用电阻箱R2的可读阻值去替代被测电流表的内阻值Rg 49 三 实验仪器 现备有如下器材 A 电流表 量程0 100 A 内阻约为100 B 电阻箱 范围O 10 C 电阻箱 范围0 9999 D 电阻箱 范围0 99999 E 滑动变阻器 范围0 200 F 电源 电动势3v 内阻不计 G 开关和若干导线 50 四 实验要求 1 仪器的规格与量程的选择 2 线路的连接 3 实验中读得R2的阻值为100 若将此电流表改装成量程为3v的电压表 应串联一个阻值为29900 的电阻 4 若用此改装表去测量一稳恒电压 则测量值和真实值相比偏小 填 偏大 或 偏小 51 五 实验步骤 接通s1 调节R1 使电流表指针偏转到满刻度 再接通s2 调节R2 使电流表指针偏转到满刻度的一半 读出R2的阻值 即认为电流表的内阻Rg R2 52 分析与解答 为了控制主回路的电流强度 主回路中调整和控制电流的电阻R1应选阻值较大 调节范围较宽的电阻 R1应选调节范围为0 99999 的电阻箱 电流表的电阻一般在100 左右 用半偏法测电流表的电阻时 与电流表并联分流的电阻用只要略大于电流表电阻的电阻箱即可 R2应选调节范围为0 9999 的电阻箱 53 实验中若读得R2的阻值为100 则电流表的电阻Rg 100 由于R2与电流表并联后 R2调整到电流表半偏时 回路的总电阻减小 主回路中的电流将大于电流表的满偏电流Ig 而通过电流表的电流为Ig 2 则通过R2中的电流将大于Ig 2 故电阻箱R2此时的阻值应比电流表的电阻Rg小一些 所以用半偏法测得的电流表的电阻值小于实际值 由此计算出的电流表的电压降vg IgRg 也偏小 若将此电流表改装成量程为3v的电压表 则量程的扩大倍率n v vg 3 10 4 100 300 偏大 则串联分压电阻R2 n 1 Rg 300 1 100 29900 故