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1、2022年高二物理 (人教大綱版)第二冊(cè) 第十四章 恒定電流 七、電壓表和電流表(第二課時(shí))
一、引入新課
[師]電阻是導(dǎo)體本身的一個(gè)重要電學(xué)參量,在實(shí)際中經(jīng)常需要測(cè)量電阻.這節(jié)課我們就研究有關(guān)電阻測(cè)量的問題.
二、新課教學(xué)
[師]請(qǐng)同學(xué)們回憶部分電路歐姆定律的內(nèi)容及公式.
[生]導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比.寫成公式為I=.
[師]由I=可知,測(cè)出哪些物理量就可以計(jì)算出導(dǎo)體的電阻?
[生]根據(jù)部分電路歐姆定律I=可知,電阻R=.因此,只要用電壓表測(cè)出電阻兩端的電壓U,用電流表測(cè)出通過電阻的電流I,就可以求出導(dǎo)體的阻值R.
[師]物理上把這種利用電
2、壓表和電流表測(cè)電阻的方法叫做伏安法.
現(xiàn)有下列儀器:電源、電壓表、電流表、電鍵和待測(cè)電阻各一只,請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)測(cè)量電阻的電路圖.
[生]在教師的指導(dǎo)下討論,最后總結(jié)出可有兩種測(cè)量電路.
[投影]兩種測(cè)量電路,如圖所示.
說明:如果要調(diào)節(jié)待測(cè)電阻兩端的電壓,還可以在電路中接入滑動(dòng)變阻器.
[師](甲)電路通常稱為電流表外接法,(乙)電路通常稱為電流表內(nèi)接法.如果是理想情況,即電流表內(nèi)阻為零,電壓表的電阻趨近于無窮大,兩種電路的測(cè)量結(jié)果怎樣?
[生]相同.
[師]我們?cè)诔踔杏懻摰木褪沁@種理想情況.但是實(shí)際中,由于電壓表和電流表本身具有內(nèi)阻,把它們連入電路中以后,不可避免地要改變被測(cè)
3、電路中的電壓和電流,給測(cè)量結(jié)果帶來誤差.請(qǐng)同學(xué)們思考:用圖(甲)電路測(cè)量時(shí),電壓表測(cè)量的是哪里的電壓?
[生]是待測(cè)電阻兩端的電壓.
[師]電流表測(cè)量的是通過待測(cè)電阻的電流嗎?為什么?
[生]不是.因?yàn)殡妷罕碇羞€有分流,所以電流表測(cè)出的是通過待測(cè)電阻和電壓表的電流之和.
[師]電流表的讀數(shù)比實(shí)際流過待測(cè)電阻的電流大還是???
[生]大.
[師]根據(jù)Rx=求得的電阻呢?
[生]求出的電阻值要比真實(shí)值小.即R測(cè)
4、,即
R測(cè)=解得R真=.
[師]用乙圖的電路測(cè)量時(shí),電流表測(cè)量的是哪里的電流?
[生]電流表測(cè)量的是通過待測(cè)電阻的電流.
[師]電壓表測(cè)量的是待測(cè)電阻兩端的電壓?jiǎn)??為什么?
[生]不是.因?yàn)殡娏鞅硪秩ヒ徊糠蛛妷海噪妷罕頊y(cè)出的是加在待測(cè)電阻與電流表兩端的電壓之和.
[師]電壓表的讀數(shù)比待測(cè)電阻兩端的實(shí)際電壓大還是???
[生]大.
[師]據(jù)Rx=求得的電阻呢?
[生]求出的電阻要比真實(shí)值大.即R測(cè)>R真.
[師]若已知電流表的內(nèi)阻RA和待測(cè)電阻的測(cè)量值R測(cè),怎樣求得待測(cè)電阻的真實(shí)值?
[生]討論并回答:
電流表內(nèi)接法測(cè)得的電阻是待測(cè)電阻與電流表電阻的串聯(lián)值,即R測(cè)=R
5、A+R真
解得R真=R測(cè)-RA
[師]通過上述分析可以知道:無論采用電流表外接法,還是電流表內(nèi)接法測(cè)量電阻都有誤差,那么哪種電路的測(cè)量結(jié)果更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值呢?
[生]在教師的指導(dǎo)下討論.
(1)若待測(cè)電阻的阻值Rx比電壓表內(nèi)阻RV小得越多,因電壓表分流引起的誤差就越小,故采用電流表外接法;
(2)若待測(cè)電阻的阻值Rx比電流表的內(nèi)阻RA大得多,因電流表的分壓引起的誤差就越小,故采用電流表內(nèi)接法.
[練習(xí)]如圖所示,用伏安法測(cè)定一個(gè)定值電阻的阻值,實(shí)驗(yàn)所需器材規(guī)格如下:
待測(cè)電阻Rx(約100 Ω )、直流毫安表(量程10 mA,內(nèi)阻50 Ω)、直流電壓表(量程3 V,內(nèi)阻5
6、kΩ)、直流電源(輸出電壓4 V,內(nèi)阻可不計(jì))、滑動(dòng)變阻器(最大阻值15 Ω,允許最大電流1 A)、電鍵1個(gè),導(dǎo)線若干條.
根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求,在本題的實(shí)物圖上連線.如下圖所示.
解析:據(jù)題意知,直流毫安表的量程為10 mA,電源電壓為4 V,滑動(dòng)變阻器的最大阻值為15 Ω,若選用限流電路,電路中的最小電流為35 mA,超過毫安表的量程,所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓電路.因?yàn)榇郎y(cè)電阻Rx約為100 Ω,比電壓表的內(nèi)阻5 kΩ小得多,所以采用電流表外接法.電路連接情況如下圖所示.
三、小結(jié)
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題:
1.伏安法測(cè)電阻的原理是部分電路的歐姆定律
7、.
2.利用伏安法測(cè)電阻時(shí),為了減小測(cè)量誤差,電路的連接方法通常有兩種:電流表外接法和電流表內(nèi)接法.
3.當(dāng)RV>>Rx時(shí),電壓表分流作用小,采用電流表外接法.當(dāng)Rx>>RA時(shí),電流表分壓作用小,采用電流表內(nèi)接法.
四、作業(yè)
1.練習(xí)五(3)、(4)
2.預(yù)習(xí)分組實(shí)驗(yàn)“探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件”
五、板書設(shè)計(jì)
六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)
1.圖(b)中E為電源,其電動(dòng)勢(shì)為E,R1為滑動(dòng)變阻器,R2為電阻箱,A為電流表.用此電路經(jīng)以下步驟可近似測(cè)得A的內(nèi)阻RA:①閉合K1,斷開K2,調(diào)節(jié)R1,使電流表讀數(shù)等于其量程I0;②保持R1不變,閉合K2,調(diào)節(jié)R2,使電流表讀數(shù)等于,然后讀出R2
8、的值,取RA=R2.
(1)按圖(a)所示電路在圖(b)所給出的實(shí)物中畫出連接導(dǎo)線.
(2)真實(shí)值與測(cè)量值之差除以真實(shí)值叫做測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差,即.試導(dǎo)出它與電源電動(dòng)勢(shì)E、電流表量程I0及電流表內(nèi)阻RA的關(guān)系式.
(3)若I0=10 mA,真實(shí)值RA約為30 Ω,要想使測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差不大于5%,電源電動(dòng)勢(shì)最小應(yīng)為多少伏?
2.圖(a)為測(cè)量電阻的電路,Rx為待測(cè)電阻,R的阻值已知.R′為保護(hù)電阻,阻值未知.電源E的電動(dòng)勢(shì)未知.K1、K2均為單刀雙擲開關(guān).A為電流表,其內(nèi)阻不計(jì).
(1)按圖(a)所示的電路,在圖(b)的實(shí)物圖上連線.
(2)測(cè)量Rx的步驟為:將K2向d閉合,
9、K1向_______閉合,記下電流表讀數(shù)I1,再將K2向c閉合,K1向_______閉合,記下電流表讀數(shù)I2.
計(jì)算Rx的公式是Rx=_______.
3.圖甲、乙是兩組同樣的器材實(shí)物圖,用來測(cè)量待測(cè)電阻R的阻值,每組器材中包括:電池、電鍵、變阻器、電壓表、電流表、待測(cè)電阻R、若干導(dǎo)線.
圖甲 圖乙
(1)如果待測(cè)電阻R的阻值比電壓表的內(nèi)阻不是小很多,但R的阻值比電流表的內(nèi)阻大很多,試在圖甲中連線使之成為測(cè)量電路;如果待測(cè)電阻R的阻值比電流表的內(nèi)阻不是大很多,但R的阻值比電壓表的內(nèi)阻小很
10、多,試在圖乙中連線使之成為測(cè)量電路.
(2)求用甲、乙兩組器材分別測(cè)量R時(shí)的值.
參考答案:
1.解析:(1)連線如圖所示
(2)由步驟①連成電路應(yīng)用全電路歐姆定律得:
I0= ①
由步驟②連成電路,根據(jù)電路串、并聯(lián)關(guān)系得:
②
①②式聯(lián)立解得
③
(3)由③式代入數(shù)據(jù)得E=I0RA/5%=6 V
2.解析:
(1)如下圖所示
(2)將K2向d閉合,K1向a閉合時(shí),Rx與R并聯(lián),I1是流過Rx的電流;當(dāng)K2向c閉合,K1向b閉合時(shí),Rx與R并聯(lián),I2是流過R的電流.R′是保護(hù)電阻,阻值應(yīng)該很大,才能保證電路結(jié)構(gòu)變化時(shí)起保護(hù)作用,也就是說Rx和R并聯(lián)電路兩端可以看做恒壓,有I1Rx=I2R,所以Rx=I2R/I1
3.解析:(1)如圖所示
(2)用圖甲線路時(shí),R= ①
用圖乙線路時(shí),R= ②