10伏安法实验电路和器材的选择(两课时)

伏伏 安安 法法 电电 路路 测量电路测量电路 电源电路电源电路 控制电路控制电路 RX A V 内接法外接法 RX V A 限流式 测量 电路R S 测量电路 S R 分压式 A V R bac 7 10 伏安法实验电路和器材的选择 两课时 恒定电流实验是高考中实验考查的重点 在恒定电流实验中 伏安法实验又是考查的热点 对伏 安法实验 电路的选择 器材的选择 实物连线 又是考查的侧重点 其中滑动变阻器的分压式接法 更是考查的重中之重 伏安法实验 是指用电压表 伏特表 测出电压 U 用电流表 安培表 测出电流 I 然后进行分 析计算的实验 现行高考要求掌握的伏安法实验主要有 伏安法测电阻 R 或电阻率 R U I 伏安法测功率 P P UI 伏安法测电池电动势 E 和内电阻 r E U Ir 下面 我们主要以伏安法测电阻 R 为例 来说明伏安法实验选择电路和器材的原则和方法 一 伏安法实验电路的结构 二 电路的特点及选择 1 测量电路 当 RX RA时 选内接法 实质是测 RX与 RA的串联电阻 真真测 RRR I UU I U R A ARX 系统误差的产生原因 分压 RA越小 则误差越小 A 当 RX RV时 选外接法 实质是测 RX与 RV的并联电阻 真 真 真 测 R RR RR II U I U R V V ARX 系统误差的产生原因 分流 RV越大 则误差越小 V 测量电路选择内 外接法的一般标准是 当 即时 用内接法 当 即时 用外接法 X V A X R R R R VAX RRR 2 X V A X R R R R VAX RRR 2 当 即 或它们比较接近时 一般要根据更精确的计算或其他方面确定 X V A X R R R R VAX RRR 2 选用内接法还是外接法 例 1 用伏安法测电阻 当被测电阻的阻值不能估计时 可采用试接的方法 如图 让电 压表的一端接在 a 点 另一端先后接到 b 点和 c 点 注意观察两个电表的示数 若电流表的示数 有显著变化 则待测电阻跟 表的内阻可以比拟 电压表应接在 a 两点 若电压 表示数有显著变化 则待测电阻跟 表的内阻可以比拟 电压表应接在 a 两点 例 2 用一电压表和电流表测一电阻 RX的阻值 若使用甲电路 示数分别为 3 0V 4 0mA 若使用乙电 V A V A 路 示数分别为 3 9V 3 9mA 则 RX的真实值 V A A 略小于 750 B 略大于 750 C 略小于 1000 D 略大于 1000 甲 A V A V 乙 V A V A V A V A ABCD 00 050 100 150 20 I A 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 U V 2 控制电路 以下 R 表示变阻器全电阻 电源内阻不计 限流式RX上电压调节范围 RX上电流调节范围 E RR R X X E RR E X X R E 适用情况 R 与 RX差不多 且不要求 RX上的电压能调到零 R 太大 则调节不便 R 太小 则调节范围不大 R 为 RX的三 四倍至十来倍 最适合用限流式 分压式RX上电压调节范围 0 RX上电流调节范围 0 E X R E 适用情况 R 比 RX小得很多 或要求 RX上的电压能调到零 限流式电路结构简单 节省能量 对与要求较低 一般优先考虑用限流式电路 V A 例 3 有下列器材 要用伏安法较准确测定一个约几十欧的电阻 假设电阻不随温度变化 备用器材有 A 电流表 0 0 6A 内阻 2 B 电压表 0 15V 内阻 15k C 滑动变阻器 0 200 D 蓄电池 12V E 开关和导线 若仅为减少测量误差 可采用的电路是图中的 其最佳电路是 例 4 1994 年全国卷 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 内阻不计 5 滑动变阻器 阻值范围 0 15 允许最大电流 1A 6 开关 1 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 例 5 2006 年上海卷 表格中所列数据是测量小灯泡 U I 关系的实验数据 1 分析上表内实验数据可知 应选用的实验电路图是图 填 甲 或 乙 2 在方格纸内画出小灯泡的 U I 曲线 分析曲线可知小灯 泡的电阻随 I 变大而 填 变大 变小 或 不变 3 如图丙所示 用一个定值电阻 R 和两个上述小灯泡组 成串并联电路 连接到内阻不计 电动势为 3V 的电源上 已知 流过电阻 R 的电流是流过灯泡 b 电流的两倍 则流过灯泡 b 的电 流约为 A U V 0 00 20 51 01 52 02 53 0 I A 0 0000 0500 1000 1500 1800 1950 2050 215 V A S 图甲 A V S 图乙 R a b 图丙 mA V 三 器材的选择 一般的原则 安全可行 准确可靠 方便可调 一般的方法 先看安全因素 再看误差因素 1 可行性原则 器材的可用性 能够根据实验要求和客观条件 使实验切实可行 达到预期目的 例 6 除被测干电池 电键及导线外 使用下列各组器材 能测出电池电动势和内电阻的有 A 滑动变阻器 电压表 电流表B 变阻箱 电压表 电流表 C 变阻箱 电压表D 变阻箱 电流表 2 安全性原则 器材的安全 注意器材的测量范围及承受能力 量程档位等 保证器材在实验中不被损坏 实验者的人身安全 如 尽量不用剧毒强腐蚀性物质 非安全电压下要用绝缘性好的器材 3 可靠性原则 4 排异性原则 避免其他无关的因素产生与本实验应该出现的现象一样的现象 5 准确性原则 应能使读数误差尽可能小 测量仪器的最小刻度应能满足测量的精确度要求 应使测量时在仪器的最佳位置附近读数 如 欧姆表测电阻时 应选能使指针指在中值电阻附 近的档位 例 7 用伏安法测量某电阻 RX的阻值 现有实验器材如下 A 待测电阻 RX 范围在 5 8 额定功率 1W B 电流表 Al 量程 0 0 6A 内阻 0 2 C 电流表 A2 量程 0 3A 内阻 0 05 D 电压表 Vl 量程 0 3V 内阻 3k E 电压表 V2 量程 0 15V 内阻 15k F 滑动变阻器 R 0 100 G 蓄电池 电动势 12V H 导线 开关 为了较准确地测量 并保证器材安全 电流表应选 电压表应选 并画出电路图 应能使仪器电阻等自身因素引起的误差尽可能小 应使用反应灵敏的器材 使示数等跟上实验过程的节奏 例 8 2006 年全国 现要测定一个额定电压 4V 额定功率 1 6W 的小灯泡 图中用表示 的伏安特性曲 线 要求所测电压范围为 0 1V 4V 现有器材 直流电源 E 电动势 4 5V 内阻不计 电压表 V 量程 4 5V 内阻约为 4 104 电流表 A1 量程 250mA 内阻约为 2 电流表 A2 量程 500mA 内阻约为 1 滑动变阻器 R 最大阻值约为 30 电键 S 导线若干 如果既要满足测量要求 又要测量误差较小 应该选用的电流表 是 如图两个电路应该选用的是 6 操作性原则 所选器材 应能使实验时器材的装配 调节 读数方便 便于操作 例 9 用电压表测一节干电池的电动势和内电阻 不超过几欧姆 电路如图所示 现有 电流表 mA 0 500mA 滑动变阻器 0 1k 滑动变阻器 0 10 应选 的滑动变阻器 电压表有 0 3V 和 0 15V 两档 应选 V 档 伏安法实验电路和器材的选择总结 选择电路和器材应彼此兼顾 选电路时考虑使用什么器材 选器材时考虑使用什么电路 综合分 析各方面因素 分析的一般方法和顺序是 依量程定仪器 由指定定可选 依估算定误差 由阻值定结构 先定测量电路 再定控制电路 先看安全可行 再看准确可调 A V E S R 甲 A V E S R 乙 作业 班次 座次 姓名 1 某同学做电学实验 通过改变滑动变阻器电阻大小 测量并记录 了多组电压表和电流表的读数 根据表格中记录的数据分析 他所连接 的电路可能是下列电路图中的 2 用伏安法较准确地测定一个阻值约 10 的电阻 所给器材如下 A 电流表 0 0 6A 内阻 0 1 B 电压表 0 6V 内阻 5k C 电池 4 5V 内阻不计 D 滑动变阻器 0 50 1A E 开关一个 导线若干 要求用图象法求 RX时画图尽量准确 试画出所采用的电路图 3 2010 年天津卷 要测量电压表 V1的内阻 RV 其量程为 2V 内阻约 2k 实验室提供的器材有 电流表 A 量程 0 6A 内阻约 0 1 电压表 V2 量程 5V 内阻为 5k 定值电阻 R1 阻值 30 定值电阻 R2 阻值为 3k 滑动变阻器 R3 最大阻值 100 额定电流 1 5A 电源 E 电动势 6V 内阻约 0 5 开关 S 一个 导线若干 有人拟将待测电压表 V1 和电流表 A 串联接入电压合适的测量电路中 测出 V1 的电压和电流 再计算出 RV 该方案实际上不可行 其最主要的原因是 请从上述器材中选择必要的器材 设计一个测量电压表 V1内阻 RV的实验电路 要求测量尽量准确 实验必须在同一电路中 且在不增减元件的条件下完成 试画出符 合要求的实验电路图 图中电源与开关已连接好 并标出所选元件的相应字母代号 由上问写出 V1内阻 RV的表达方式 说明式中各测量量的物理意义 4 在测定金属丝电阻率实验中 若估计金属丝电阻 Rx约 3 为减小误差 要求金属丝发热功率 P 0 75W 备有 的部分仪器有 6V 电池组 A 电流表 B 0 0 6A 内阻 0 5 电流表 C 0 3A 内阻 0 01 电压表 D 0 3V 内阻 lk 电压表 E 0 15V 内阻 5k 滑动变阻器 F 0 100 额定电流 1A 滑动变阻器 G 0 20 额定电流 1A 1 实验中用螺旋测微器测导线直径时 可估读到 mm 用毫米刻度尺测导线 长度时 可估读到 mm 2 上述器材中应选用的是 3 在框内画出实验电路图 4 将如图的实物连成实验电路 5 2012 年山东卷 在测量金属丝电阻率的试验中 可供选用的器材如下 待测金属丝 Rx 阻值约 4 额定电流约 0 5A 电压表 V 量程 3V 内阻约 3k 电流表 A1 量程 0 6A 内阻约 0 2 A2 量程 3A 内阻约