骄子之路专题4电学实验基础、伏安法测电阻综述

2017高三一轮总复习物理选修3-1第七章恒定电流专题四电学实验基础伏安法测电阻栏目导航123基础知识整合热门考点研析方法技巧归纳基础知识整合常用的电压表其实是由小量程的电流表G(简称表头)改装而成的．从电路的角度看，表头就是一个电阻，同样遵循欧姆定律．表头与其他电阻的不同仅在于通过表头的电流可从刻度盘上读出来．(1)如图是某一表头G的刻度盘，其量程为0～3mA，内阻(即表头自身电阻)是10Ω.使用时，指针指着某一电流刻度，表示流过表头的电流为某一数值，也意味着表头两端具有一定大小的电压．若指针指在2mA刻度时，对应的电压为________V.(2)将表头改装成电压表就是给表头串联一定值电阻，串联好的表头和定值电阻即为改装后的电压表，这样改装的电压表两端可加的电压范围扩大．现需将(1)中表头改装成量程为3V的电压表，则需串联的电阻阻值为________Ω，改装后的电压表内阻为________Ω.(3)若指针指在表盘刻度为1mA处，即表示加在电压表两端的电压为________V.【思路引导】

1.内阻已知的电流表可以作为电压表使用吗？刻度如何转换？2．电表改装后，原刻度与改装后的刻度之间具有什么关系？已知原刻度，如何求解改装后的刻度？【解析】本题属于教材“思考与讨论”内容的扩展，理解电表的原理，在内阻已知的情况下，电流表和电压表可以互换使用，如果量程不合适的情况下，可以改装电表．(1)根据欧姆定律可知，指针指到2mA时，对应的电压值U＝IRg＝2×10－3A×10Ω＝0.02V.(3)指针指在表盘刻度为1mA处，表示加在电压表两端的电压U′＝I′R＝1×10－3A×1000Ω＝1V.电表的改装1．改装原理：串联电路中的______分压和并联电路中的______分流是电压表和电流表的改装原理．2．灵敏电流计的参数：内阻Rg、______________、______________.3．电表的改装(1)灵敏电流计改装成电压表将灵敏电流计改装成电压表时，需要把电阻和灵敏电流计______起来．(2)灵敏电流计改装成电流表将灵敏电流计改装成电流表时，需要把电阻和灵敏电流计______起来．知识点1

串联并联满偏电流Ig满偏电压Ug串联并联伏安法测电阻1．伏安法测电阻的原理：_______________________．2．测量电路的选择测量电路指的是电压表、电流表、被测电阻三者间的组合关系，分为电流表内接接法和电流表外接接法两种．3．供电电路的选择供电电路指的是滑动变阻器、被测电阻、电源三者间的组合关系，分为滑动变阻器限流连接和滑动变阻器分压连接两种．知识点2部分电路的欧姆定律特别提醒无论灵敏电流计改装成电压表还是电流表，它的三个特征量Rg、Ig、Ug是不变的.热门考点研析1.小量程的电流表改装成电压表(1)原理：将电流表串联一电阻，如图所示：(3)改装后的电压表量程为U，内阻为Rg＋R＝nRg.电表的改装考点

12．小量程的电流表改装成大量程电流表(1)原理：将小量程的电流表并联一电阻，如图所示：(2015年新课标卷Ⅰ)图(a)为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路.(1)已知毫安表表头的内阻为100Ω，满偏电流为1mA；R1和R2为阻值固定的电阻．若使用a和b两个接线柱，电表量程为3mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10mA.由题给条件和数据，可以求出R1＝________Ω，R2＝________Ω.例1

(2)现用一量程为3mA、内阻为150Ω的标准电流表A对改装电表的3mA挡进行校准，校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA.电池的电动势为1.5V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300Ω和1000Ω；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750Ω和3000Ω.则R0应选用阻值为________Ω的电阻，R应选用最大阻值为________Ω的滑动变阻器．(3)若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图(b)的电路可以判断出损坏的电阻．图(b)中的R′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图(a)虚线框的电路．则图中的d点应和接线柱________(填“b”或“c”)相连．判断依据是________________________．【思路引导】

1.毫安表改装的原理是什么？为什么出现了两个量程？2．定值电阻R0在电路中起到什么作用？如何求解其阻值？(3)分析图示电路图可知，图中的d点与接线柱c相连时，闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1，若电表指针不动，则损坏的电阻是R2.【答案】(1)1535(2)3003000(3)c闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1，若电表指针不动，则损坏的电阻是R2【总结提升】处理电流表改装问题的关键是搞清电路原理图，抓住灵敏电流计改装前后Rg、Ig、Ug不变的特点，灵活运用串、并联电路的知识求解．某同学用量程为1mA、内阻为120Ω的表头按图(a)所示电路改装成量程分别为1V和1A的多用电表．图中R1和R2为定值电阻，S为开关．回答下列问题：(1)根据图(a)所示的电路，在图(b)所示的实物图上连线．针对训练1(2)开关S闭合时，多用电表用于测量________(填“电流”、“电压”或“电阻”)；开关S断开时，多用电表用于测量________(填“电流”、“电压”或“电阻”)．(3)表笔A应为________色(填“红”或“黑”)．(4)定值电阻的阻值R1＝________Ω，R2＝________Ω.(结果取3位有效数字)解析：(1)根据电路图连线实物图，注意正负接线柱，如图所示.

(2)开关S闭合时，表头并联分流电阻，扩大电流量程，测量电流；开关S断开时，表头串联分压电阻，扩大电压量程，测量电压．(3)表笔A连接表头的负接线柱，电流必须从表笔A流出多用电表，故表笔A应为黑色．答案：(1)见解析(2)电流电压(3)黑(4)1.00880电压表和电流表的读数问题，总结起来就是九个字——看量程、数格数、算精度．首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流，然后数清表盘总的刻度数，再根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可．(1)0～0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01A.电表的读数考点

2(2)0～3V的电压表，精确度是0.1V，找到指针的实际位置，读到小数点后面两位.(3)0～3A的电流表，精确度是0.1A，找到指针的实际位置，读到小数点后面两位．(4)0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V.(2016届合肥二模)某同学将量程为200μA，内阻为500Ω的表头改装成量程为1mA和10mA的双量程电流表，设计电路如图1所示．定值电阻R1＝500Ω，R2＝250Ω，S为单刀双掷开关，A、B为接线柱．回答下列问题：(1)将开关S置于“1”挡时，量程为________mA.(2)定值电阻的阻值R3＝________Ω.(结果取3位有效数字)(3)利用改装的电流表进行某次测量时，S置于“2”挡，表头指示如图2所示，则所测量电流的值为________mA.例2

【思路引导】

1.将开关S置于“1”挡时，电路是如何连接的？如何判断新改装电流表的量程？2．电流表如何读数？是否估读？【解析】(1)将开关S置于“1”挡时，表头与电阻R1和R2串联后，再和电阻R3并联，根据欧姆定律可知，并联电阻分流越大，改装后电流表量程越大，故量程为10mA.(2)将开关S置于“1”挡时，根据欧姆定律得，Ig(Rg＋R1＋R2)＝(I1－Ig)R3，将开关S置于“2”挡时，Ig(Rg＋R1)＝(I2－Ig)(R2＋R3)，其中I1＝10mA，I2＝1mA，联立解得R3＝25.0Ω.(3)将开关S置于“2”挡时，电流表量程为1mA，由图示电流表可知，其精度值为0.02mA，电流表示数为0.68mA.【答案】(1)10(2)25.0(3)0.68【总结提升】电表的读数需要估读图1为某同学利用伏安法测电阻的电路图.(1)请根据电路图，连接好实物．针对训练2(2)电压表和电流表读数如图所示，已知电压表选用的是0～3V的量程，电流表选用的是0～0.6A的量程，则电阻两端的电压为________V，流过电阻的电流为________A；则该电阻的阻值为________Ω(计算结果保留2位有效数字)．解析：(1)根据电路图连接实物图，如图所示：答案：(1)见解析(2)0.500.501.01.电流表接法的选择利用伏安法测电阻时，如图所示，甲图为电流表内接法；乙图为电流表外接法.伏安法测电阻考点

3(1)两种方法的比较(2)电流表内接、外接方法的选取方法①计算法②试触法不知道被测电阻大概阻值情况下，可以采用试触法，如图所示：电压表分别如甲乙两图连接，当电流表的相对示数变化明显时，说明电压表分流明显，即应用电流表内接法；当电压表的相对示数变化明显时，说明电流表分压明显，即应用电流表外接法．2．滑动变阻器接法的选择所谓滑动变阻器两种接法指的是电路连接的方式——分压法、限流法的选择，如图所示：(1)负载上电压的调节范围分压接法：0≤U≤E，调节范围大．(2)负载上电流的调节范围(3)两种接法的选择①选择不同接法的原则安全性：不超出电表的量程，电表接线柱不反接．方便性：便于调节，便于读数．经济性：损耗能量最小．②通常滑动变阻器可以使用限流法，这样可以提高电能的利用率，但以下三种情况必须选择分压接法：题目提供的电压表、电流表量程较小，电路通过的电流比较大．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．当用电器的电阻远大于滑动变阻器的最大值，且实验要求的电压变化范围较大或要求测量多组数据时．(2014年浙江高考)小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值．(1)图1是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图1中画出．(2)小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的伏安特性，并将得到的电流、电压数据描到U－I图上，如图2.在图中，由电流表外接法得到的数据点是用________(填“○”或“×”)表示的．(3)请你选择一组数据点，在图2上用作图法作图，并求出这段铅笔芯的电阻为________Ω.例3

【思路引导】

1.根据电路图连接实物图的注意点有哪些？电流表外接法如何连接？2．电流表外接接法和内接接法有什么区别？U－I图象的物理含义是什么？【解析】(1)根据电路图连接实物图，应先串后并，先连控制电路后连测量电路，如图所示：(2)电流表外接时，对应同一电压值，电流值偏大，故由电流表外接法得到的数据点是用×表示的．(3)连线如图所示：【答案】(1)见解析(2)×(3)图见解析1.2【总结提升】电流表内接法适用于测量大阻值的电阻，电流表外接法适用于测量小阻值的电阻．连接电路前，现将待测电阻的估计值与电压表、电流表的内阻进行比较，如果待测电阻阻值远小于电压表的阻值，宜采用电流表外接法，测量结果偏小．如果待测电阻阻值远大于电流表的阻值，宜采用电流表内接法，测量结果偏大．某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻的阻值Rx.(1)现有电源(4V，内阻可不计)，开关和导线若干，以及下列电表：A．电流表(0～3.0A，内阻约0.025Ω)B．电流表(0～0.6A，内阻约0.125Ω)C．电压表(0～3V，内阻约3kΩ)D．电压表(0～15V，内阻约15kΩ)E．滑动变阻器(0～20Ω，额定电流1A)F．滑动变阻器(0～100Ω，额定电流1A)针对训练3为了减小测量误差，在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器选用________(选填器材前的字母)；实验电路应采用图1中的________(选填“甲”或“乙”)．(2)图2是测量Rx实验器材实物图，图中已连接了部分导线．请你根据在(1)问中所选的电路图，补充完成图2中实物间的连线.(4)若在(1)问中选用甲电路，产生误差的主要原因是________(选填选项前的字母)；若在(1)问中选用乙电路，产生误差的主要原因是________．(选填选项前的字母)A．电流表测量值小于流经Rx的电流值B．电流表测量值大于流经Rx的电流值C．电压表测量值小于两端Rx的电压值D．电压表测量值大于两端Rx的电压值(2)根据电路图连接实物图，如图所示：(4)根据欧姆定律和串、并联电路的规律可知，采用甲电路时由于电压表A的分流作用，导致电流表的测量值大于流经Rx的电流，所以产生误差的主要原因是B；若采用乙电路，由于电流表的分压作用，导致电压表的测量值大于Rx两端的电压值，所以造成误差的主要原因是D.答案：(1)BCE甲(2)见解析(3)5.2(4)BD方法技巧归纳测电阻方法的改进测电阻的原理是欧姆定律，已知电压和电流，就可以求解电阻，电压表本质上就是自身电压值已知的电阻，电流表本质上就是自身电流值已知的电阻，在内阻已知的情况下，电压表和电流表可以互换使用．1．伏伏法测电阻如果电压表的内阻已知，则电压表可以当作电流表使用，如图所示：2．安安法测电阻如果电流表的内阻已知，则电流表可以当作电压表使用，如图所示：伏伏法和安安法的好处是不会出现由于电表内阻未知，内接或外接导致电阻测量值的偏大或偏小的系统误差．(2014年四川高考)如图甲是测量阻值约几十欧的未知电阻Rx的原理图，图中R0是保护电阻(10Ω)，R1是电阻箱(0～99.9Ω)，R是滑动变阻器，A1和A2是电流表，E是电源(电动势10V，内阻很小)．在保证安全和满足要求的情况下，使测量范围尽可能大．实验具体步骤如下：(Ⅰ)连接好电路、将滑动变阻器R调到最大；(Ⅱ)闭合S，从最大值开始调节电阻箱R1，先调R1为适当值，再调节滑动变阻器R，使A1示数I1＝0.15A，记下此时电阻箱的阻值R1和A2的示数I2；例4

(Ⅲ)重复步骤(Ⅱ)，再测量6组R1和I2的值；(Ⅳ)将实验测得的7组数据在坐标纸上描点．根据实验回答以下问题：(1)现有四只供选用的电流表：A．电流表(0～3mA，内阻为2.0Ω)B．电流表(0～3mA，内阻未知)C．电流表(0～0.3A，内阻为5.0Ω)D．电流表(0～0.3A，内阻未知)A1应选用________，A2应选用________．(2)测得一组R1和I2值后，调整电阻箱R1，使其阻值变小，要使A1示数I1＝0.15A，应让滑动变阻器R接入电路的阻值________(“不变”、“变大”或“变小”)．(3)在坐标纸上画出R1与I2的关系图.(4)根据以上实验得出Rx＝________Ω.【思路引导】

1.A1示数I1＝0.15A，据此可知判断选择哪一电流表吗？电流表的内阻需要知道吗？2．如何通过描点连线确定图象？图象的物理含义是什么？