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1、第五講 特殊方法測(cè)電阻
一、伏安法測(cè)電阻
1.原理:
用電壓表測(cè)出小燈泡兩端的電壓,用電流表測(cè)出經(jīng)過(guò)小燈泡的電流,即可計(jì)算出小燈泡的電阻,這種方法叫做伏安法.
2.實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格如下:
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
1
2
3
3.實(shí)驗(yàn)需要的器材有:電壓表、電流表、電源、開關(guān)和導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器.
4.注意事項(xiàng):
(1)在選取器材時(shí),電流表的量程要大于電路中的最大電流;滑動(dòng)變阻器的最大電阻應(yīng)略大于或接近小燈泡的電阻,以使調(diào)節(jié)效果明顯.
(2)連電路時(shí)要斷開開關(guān),并按照電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器的
2、使用規(guī)則,將他們正確地接入電路,電壓表、電流表要注意量程的選擇、連接、讀數(shù)等,使用滑動(dòng)變阻器也要注意規(guī)格的選擇、連接、如何調(diào)節(jié)滑片改變電路中的電流和電壓等.
(3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),在閉合開關(guān)前,要把變阻器調(diào)到最大阻值,使電路中的電流最小,目的是保證電路中的燈泡、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表等儀器的安全.
(4)注意把每次測(cè)量的結(jié)果和小燈泡的發(fā)光情況記錄下來(lái),以便最后分析總結(jié).
(5)分析處理數(shù)據(jù),對(duì)于測(cè)得的各組電流和電壓值,計(jì)算出相應(yīng)的電阻,然后比較幾次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電阻,找出其中的規(guī)律.
二、單表測(cè)電阻
1.單伏法測(cè)電阻
(1)設(shè)計(jì)思路:
該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是如何得到待測(cè)電阻的電流
3、.可利用串聯(lián)電路電路處處相等,將待測(cè)電阻與已知電阻串聯(lián),求得通過(guò)已知電阻的電流即可.先用電壓表測(cè)得已知電阻兩端電壓,將測(cè)得值除以已知阻值即可,然后用電壓表再測(cè)出待測(cè)電阻兩端的電壓,將測(cè)得值除以電流即可,電路圖如圖所示.
(2)實(shí)驗(yàn)原理:
由歐姆定律可得,再由串聯(lián)電路電流處處相等的規(guī)律得.
因而只需測(cè)出已知電阻和未知電阻兩端的電壓即可.
總結(jié):上面方法是運(yùn)用一只電壓表測(cè)量?jī)纱危ㄐ枰痣娐罚俑鶕?jù)已知電阻計(jì)算出被測(cè)電阻的阻值.對(duì)于特殊電路可以采用短路某個(gè)用電器,改變電路結(jié)構(gòu)來(lái)解決問(wèn)題.
2.單安法測(cè)電阻
(1)設(shè)計(jì)思路:
該問(wèn)題的關(guān)鍵是如何找到未知電阻兩
4、端的電壓.可利用并聯(lián)電路支路電壓相等,將待測(cè)電阻與已知電阻并聯(lián),只要求出已知電阻兩端電壓即可.顯然,已知電阻兩端電壓可通過(guò)電流與自身阻值相乘來(lái)獲得,前者由電流表直接測(cè)出,后者則是已知條件.電路圖如圖.
(2)實(shí)驗(yàn)原理:
由歐姆定律可得,再由并聯(lián)電路各支路電壓相等的規(guī)律得,因此只需測(cè)定通過(guò)未知電阻和已知電阻的電流即可.
總結(jié):上述方法測(cè)電阻都是利用一只電流表測(cè)兩次(需要拆電路),再根據(jù)已知電阻計(jì)算出被測(cè)電阻的阻值.對(duì)于特殊電路可以采用短路某個(gè)用電器,改變電路結(jié)構(gòu)來(lái)解決問(wèn)題.
【例1】 小明利用“伏安法”測(cè)量定值電阻R的阻值.
(1)請(qǐng)你添加一條導(dǎo)線,將圖1
5、5甲所示的電路連接完整;
(2)電路連接正確后,閉合開關(guān)S,滑動(dòng)變阻器的滑片P滑動(dòng)到某一位置時(shí),電壓表的示數(shù)如圖15乙所示,電流表的示數(shù)如圖15丙所示,電阻R的阻值為 W.
【例2】 在“測(cè)量額定電壓為2.5 V的小燈泡的電阻”的實(shí)驗(yàn)中,按圖甲所示電路圖連好電路,開關(guān)試觸確認(rèn)電路無(wú)誤后開始實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中測(cè)出了三組數(shù)據(jù),記錄在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表中。第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示。
(1)表格中①處應(yīng)填寫的數(shù)據(jù)是 ;
(2)由表格數(shù)據(jù)可知小燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值是 Ω。(結(jié)果保留整數(shù))
次數(shù)
1
2
3
U/V
6、
2
2.5
3
I/A
①
0.30
0.32
Rx
R0
S2
S3
圖26
指示燈
開
關(guān)
+
輸出
S1
15
3
V
0 5 10 15
0 1 2 3
|||||||||||||||||||||||||||||||
【例3】 小明想利用一塊已經(jīng)調(diào)好的電壓表和阻值已知的電阻R0,測(cè)量未知電阻Rx的阻值.他選擇了滿足實(shí)驗(yàn)要求的器材,并連接部分實(shí)驗(yàn)電路,如圖所示.小明測(cè)量思路為:開關(guān)S1、S2閉合,S3
7、斷開時(shí),電壓表的示數(shù)為U1.開關(guān)S1、S3閉合,S2斷開時(shí),電壓表的示數(shù)為U2;
(1)請(qǐng)你按照小明的思路,只添加一根導(dǎo)線完成實(shí)驗(yàn)電路的連接.
(2)請(qǐng)你利用U1、U2和R0表示Rx.Rx= .
【例4】 小兵同學(xué)用一塊電壓表和阻值已知的定值電阻R0測(cè)量未知電阻Rx的阻值(如圖所示).
(1)請(qǐng)你幫助他完成實(shí)驗(yàn)電路的連接;
(2)請(qǐng)將主要的試驗(yàn)步驟補(bǔ)充:
A.?dāng)嚅_開關(guān),連接好電路;
B.只閉合開關(guān)S1時(shí),電壓表示數(shù)用U1表示;
C. 時(shí),電壓表示數(shù)用U2表示;
(3)請(qǐng)根據(jù)測(cè)量的物理量U1、U2、R0,表示出電
8、阻Rx= .
【例5】 現(xiàn)有如下器材:電源(電壓未知但符合實(shí)驗(yàn)要求),三個(gè)開關(guān),一個(gè)已調(diào)零的電壓表,一個(gè)已知阻值為R0的定值電阻,待測(cè)電阻Rx,一個(gè)符合實(shí)驗(yàn)要求的滑動(dòng)變阻器和若干導(dǎo)線.利用上述器材測(cè)量待測(cè)電阻Rx的阻值,下圖是某同學(xué)連接的部分電路.
(1)請(qǐng)只添加兩根導(dǎo)線把電路補(bǔ)充完整.
(2)先閉合開關(guān)S1和S2,斷開開關(guān)S3,讀出電壓表示數(shù)為U1;保持滑動(dòng)變阻器滑片P位置不動(dòng),斷開開關(guān)S2,再閉合開關(guān)S3,讀出電壓表示數(shù)為U2;請(qǐng)用R0、U1和U2表示Rx.Rx= .
【例6】 小明利用電壓表和阻值為R0的定
9、值電阻,測(cè)量額定電壓為的小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻RL.他選擇了滿足實(shí)驗(yàn)要求的器材,并連接了部分實(shí)驗(yàn)電路,如圖所示.
(1)為了測(cè)量出RL的阻值,請(qǐng)只添加兩條導(dǎo)線完成圖所示的實(shí)驗(yàn)電路的連接;
(2)請(qǐng)把小明的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整:
①斷開開關(guān)S2,閉合開關(guān)S1、S3,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P,使 ;保持滑動(dòng)變阻器的滑片位置不變,斷開開關(guān)S3,閉合開關(guān)S2,記錄電壓表的示數(shù)為;
②請(qǐng)用R0及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表示出RL,RL= .
【例7】 小亮利用阻值為R0的定值電阻和一塊電流表測(cè)量未知電阻Rx的阻值.他選擇了滿足這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求的器材,并連接了部分實(shí)驗(yàn)電路,如圖所示
10、.
(1)為了測(cè)出電阻Rx的阻值,請(qǐng)?zhí)砑右桓鶎?dǎo)線完成如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路的連接.
(2)開關(guān)S1、S2都閉合時(shí),電流表的示數(shù)為I1;只閉合開關(guān)S2時(shí),電流表的示數(shù)為I2.請(qǐng)用I1、I2和R0表示Rx.Rx= 。
【例8】 小明利用電流表和阻值已知的電阻R0測(cè)量電阻Rx的電阻值.他選擇了滿足實(shí)驗(yàn)要求的電源、已調(diào)零的電流表,并連接了部分實(shí)驗(yàn)電路,如圖所示.
(1)請(qǐng)你添加一根導(dǎo)線幫助小明完成實(shí)驗(yàn)電路的連接.
(2)當(dāng)開關(guān)S1閉合、S2斷開時(shí),電流表的示數(shù)為I1,當(dāng)開關(guān)S1、S2都閉合時(shí),電流表的示數(shù)為I2,請(qǐng)用I1、I2和R0表示Rx,Rx=
11、 .
【例9】 小明想利用一塊電流表和阻值已知的電阻R0測(cè)量未知電阻RX的阻值.小明選擇了滿足這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)器材,并連接了部分實(shí)驗(yàn)電路,如圖所示.
(1)為了測(cè)出電阻RX的阻值,請(qǐng)你只添加兩根導(dǎo)線完成圖17所示的實(shí)驗(yàn)電路的連接.
(2)只閉合開關(guān)S1,電流表的示數(shù)用I1表示;開關(guān)S1、S2都閉合時(shí),電流表的示數(shù)用I2表示.請(qǐng)你用I1、I2和R0表示RX.RX = .
【例10】 為了測(cè)量未知電阻Rx的阻值,小明選擇了一塊已經(jīng)調(diào)好的電流表、一個(gè)阻值已知的定值電阻R0、一個(gè)符合要求的電源、兩個(gè)開關(guān)S1和S2,并連接了如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路,請(qǐng)幫助小
12、明完成下列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:
(1)只閉合開關(guān)S1,讀出電流表示數(shù)為I1, ,讀出電流表示數(shù)為I2;
(2)用實(shí)驗(yàn)測(cè)量值求出電阻Rx表達(dá)式為:Rx= 。
【例11】 曉明利用阻值為R0的定值電阻和一塊電流表測(cè)量未知電阻Rx的阻值。他選擇了滿足這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求的器材,并連接了實(shí)驗(yàn)電路,如圖所示。他的實(shí)驗(yàn)步驟如下:
(1)閉合開關(guān)S,讀出電流表的示數(shù)為I1;
RX
R0
S
b
a
(2)斷開開關(guān)S,將 ,(選填“A”、“B”、“C”)閉合開關(guān)S,讀出電流表的示數(shù)為I2。
A
13、.導(dǎo)線a左端線頭改接到R0左端
B.導(dǎo)線b 右端線頭改接到電流表負(fù)極
C.導(dǎo)線b左端線頭改接到Rx右端
(3)請(qǐng)用I1、I2和R0表示Rx。R x= 。
圖21
學(xué)生電源
+
-
0.6
3
A
0 0.2 0.4 0.6
|||||||||||||||||||||||||||||||
0 1 2 3
S
RX
R0
S1
【例12】 小萱想利用一塊電流表和阻值已知的電阻R0測(cè)量電阻RX的阻值。她選擇了滿足實(shí)
14、驗(yàn)要求的器材,并連接了部分實(shí)驗(yàn)電路,如圖21所示。
(1)請(qǐng)你添加兩根導(dǎo)線完成圖21所示的實(shí)驗(yàn)電路的連接;
(2)只閉合開關(guān)S時(shí),電流表的示數(shù)為I1;閉合開關(guān)S和S1時(shí),電流表的示數(shù)為I2。請(qǐng)你用I1、I2和R0表示未知電阻RX。 RX = 。
【例13】 為了測(cè)出未知電阻Rx的電阻,小剛根據(jù)實(shí)驗(yàn)桌上已備有的實(shí)驗(yàn)器材:電壓為U的滿足實(shí)驗(yàn)要求的電源,已知阻值為R0的定值電阻,電流表A、滑動(dòng)變阻器、單刀雙擲開關(guān)S及導(dǎo)線若干,設(shè)計(jì)了如圖所示的電路.
(1)小剛設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)操作步驟:
①將開關(guān)擲向觸點(diǎn)a,移動(dòng)滑片P至某位置,使電流表的示數(shù)為某一
15、適當(dāng)數(shù)值;讀出電流表的示數(shù),記為I1;
②將開關(guān)擲向觸點(diǎn)b,保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變,讀出電流表的示數(shù),記為I2.
(2)請(qǐng)你用測(cè)得的物理量I1、I2和已知物理量U、R0寫出Rx的表達(dá)式:Rx= .
P
R0
Rx
R
A
S2
S1
【例14】 小麗通過(guò)“等效替代法”測(cè)量一個(gè)未知電阻Rx的阻值。下圖為小麗設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖。請(qǐng)你幫小麗將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整:
①將開關(guān)斷開,按電路圖連接電路,將滑動(dòng)變阻器移到阻值最大端。
② ,記錄電流表的示數(shù)I;
② ,
16、 。
③ 記錄此時(shí)電阻箱示數(shù)R0,待測(cè)電阻的阻值Rx = R0 。
【例15】 小明要測(cè)量一只定值電阻Rx的阻值。實(shí)驗(yàn)桌上器材如下:滿足實(shí)驗(yàn)要求的電源一個(gè)、開關(guān)兩個(gè)、已調(diào)零的電壓表一塊、阻值已知的定值電阻R0、待測(cè)電阻Rx和導(dǎo)線若干。請(qǐng)你幫助小明設(shè)計(jì)一個(gè)用現(xiàn)有這些器材測(cè)出電阻Rx阻值的電路(已知電源兩端的電壓不超過(guò)電壓表的量程,要求測(cè)量過(guò)程中不得重新拆裝電路),要求:
(1)畫出電路圖(2)寫出實(shí)驗(yàn)步驟及所測(cè)物理量(3)推導(dǎo)出電阻Rx阻值表達(dá)式。
【例16】 實(shí)驗(yàn)桌上有如下實(shí)驗(yàn)器材:電源電壓不變的電源、阻值已知的定值電阻各一個(gè),電阻箱一個(gè),
17、已調(diào)零的電壓表兩塊,開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干.請(qǐng)用上述實(shí)驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明“兩個(gè)電阻R1與R2串聯(lián)時(shí),如果R1的阻值保持不變,則電阻R1與R2串聯(lián)的等效電阻R跟電阻R2的關(guān)系為: R= R2+ b(b為常量)”.請(qǐng):(1)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖;(2)寫出實(shí)驗(yàn)步驟;(3)畫出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表.
【例17】 實(shí)驗(yàn)桌上有如下實(shí)驗(yàn)器材:滿足實(shí)驗(yàn)要求的電源、阻值已知的定值電阻各一個(gè),電阻箱一個(gè),已調(diào)零的電流表兩塊,開關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干.請(qǐng)用上述實(shí)驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明可以驗(yàn)證“兩個(gè)電阻R1與R2并聯(lián)時(shí),如果R1的阻值保持不變,則電阻R1與R2并聯(lián)的等效電阻R跟電阻R2的關(guān)系為(b為常量)”.請(qǐng):(1)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖;(2)寫出實(shí)驗(yàn)步驟;(3)畫出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表.