(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復習 第八章 專題課一 測量電阻常用的6種方法學案(含解析)

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1、(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復習 第八章 專題課一 測量電阻常用的6種方法學案(含解析) 伏安法測電阻 A.待測電阻Rx阻值約為10 Ω左右 B.電壓表V1,量程6 V,內(nèi)阻約2 kΩ C.電壓表V2,量程15 V,內(nèi)阻約10 kΩ D.電流表A1,量程0.6 A,內(nèi)阻約0.2 Ω E.電流表A2,量程3 A,內(nèi)阻約0.02 Ω F.電源:電動勢E=12 V G.滑動變阻器R1,最大阻值10 Ω,最大電流為2 A H.滑動變阻器R2,最大阻值50 Ω,最大電流為0.2 A I.導線、開關若干 (1)為了較精確測量電阻阻值,盡可能多測幾組數(shù)據(jù),且兩表讀數(shù)大

2、于量程一半。除A、F、I以外,還要在上述器材中選出該實驗所用器材________(填器材前面的字母代號)。 (2)在虛線框內(nèi)畫出該實驗電路圖。 [解析] (1)兩表讀數(shù)大于量程一半,根據(jù)題意電壓表選B。由歐姆定律知通過待測電阻電流最大值約為I== A=0.6 A,故電流表選D,滑動變阻器選阻值較小的G。 (2)因待測電阻遠小于電壓表內(nèi)阻,電流表應用外接法,為了盡可能多測幾組數(shù)據(jù),滑動變阻器采用分壓式接法,電路如圖所示。 [答案] (1)BDG (2)圖見解析 伏伏法測電阻(電壓表的靈活選用) 已知內(nèi)阻的電壓表可作電流表使用,在缺少合適的電流表的

3、情況下,常用電壓表代替電流表使用,這是設計電路中的高頻考點。 [例2] 用以下器材可測量電阻Rx的阻值。 待測電阻Rx,阻值約為600 Ω; 電源E,電動勢約為6.0 V,內(nèi)阻可忽略不計; 電壓表V1,量程為0~500 mV,內(nèi)阻r1=1 000 Ω; 電壓表V2,量程為0~6 V,內(nèi)阻r2約為10 kΩ; 電流表A,量程為0~0.6 A,內(nèi)阻r3約為1 Ω; 定值電阻R0,R0=60 Ω; 滑動變阻器R,最大阻值為150 Ω; 單刀單擲開關S一個,導線若干。 (1)測量中要求兩只電表的讀數(shù)都不小于其量程的,并能測量多組數(shù)據(jù),請在虛線框中畫出測量電阻Rx的實驗電路圖。

4、 (2)若選擇測量數(shù)據(jù)中的一組來計算Rx,則由已知量和測量物理量計算Rx的表達式為Rx=____________,式中各符號的意義是___________________________________________。(所有物理量用題中代表符號表示) [解析] (1)電路的最大電流約為I==0.01 A,電流表量程太大,可以把電壓表V1并聯(lián)一個定值電阻改裝成電流表,電壓表選擇V2即可,要求測量多組數(shù)據(jù),滑動變阻器需要分壓式接法,電路如圖所示。 (2)流過被測電阻的電流為I=+=,被測電阻為Rx==。 [答案] (1)測量電路見解析圖 (2) U1為電壓表V1的

5、示數(shù),U2為電壓表V2的示數(shù),r1為電壓表V1的內(nèi)阻,R0為定值電阻 [例3] (2018·全國卷Ⅲ)一課外實驗小組用如圖所示的電路測量某待測電阻Rx的阻值。圖中R0為標準定值電阻(R0=20.0 Ω);可視為理想電壓表;S1為單刀開關,S2為單刀雙擲開關;E為電源;R為滑動變阻器。采用如下步驟完成實驗: (1)按照實驗原理線路圖(a),將圖(b)中實物連線。 (2)將滑動變阻器滑動端置于適當?shù)奈恢?,閉合S1。 (3)將開關S2擲于1端,改變滑動變阻器滑動端的位置,記下此時電壓表的示數(shù)U1;然后將S2擲于2端,記下此時電壓表的示數(shù)U2。 (4)待測電阻阻值的表達式Rx=_____

6、___(用R0、U1、U2表示)。 (5)重復步驟(3),得到如下數(shù)據(jù)。 1 2 3 4 5 U1/V 0.25 0.30 0.36 0.40 0.44 U2/V 0.86 1.03 1.22 1.36 1.49 3.44 3.43 3.39 3.40 3.39 (6)利用上述5次測量所得的平均值,求得Rx=________ Ω。(保留一位小數(shù)) [解析] (1)根據(jù)原理圖,沿電流的流向依次連接。 ①先將E、R、S1連接起來,組成閉合回路。 ②將R0、Rx與R連接起來。 ③將、S2與Rx連接起來。 實物連線如圖所示。 (4

7、)由于為理想電壓表,故S2接1、或接2時流過R0、Rx的電流相等。根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點得 =,解得Rx=R0。 (6)求出5次的平均值為3.41,代入Rx=R0得,Rx=48.2 Ω。 [答案] (1)見解析圖 (4)R0 (6)48.2 安安法測電阻(電流表的靈活選用) 已知內(nèi)阻的電流表可作電壓表使用,在缺少合適的電壓表的情況下,常用電流表代替電壓表使用,這是電學設計電路的高頻考點。 [例4] 用伏安法測定一個待測電阻Rx的阻值(阻值約為200 Ω),實驗室提供如下器材: 電池組E:電動勢3 V,內(nèi)阻不計; 電流表A1:量程0~15 mA,內(nèi)阻約為100 Ω;

8、電流表A2:量程0~300 μA,內(nèi)阻為1 000 Ω; 滑動變阻器R1:阻值范圍0~20 Ω,額定電流2 A; 電阻箱R2:阻值范圍0~9 999 Ω,額定電流1 A; 開關S、導線若干。 要求實驗中盡可能準確地測量Rx的阻值,請回答下列問題: (1)為了測量待測電阻兩端的電壓,可以將電流表________(填寫器材代號)與電阻箱串聯(lián),并將電阻箱阻值調(diào)到________ Ω,這樣可以改裝成一個量程為3.0 V的電壓表。 (2)在圖中畫出完整測量Rx阻值的電路圖,并在圖中標明器材代號。 (3)調(diào)節(jié)滑動變阻器R1,兩表的示數(shù)如圖所示,可讀出電流表A1的示數(shù)是__________

9、 mA,電流表A2的示數(shù)是__________ μA,測得待測電阻Rx的阻值是________。 [解析] (1)將電流表A2與電阻箱串聯(lián)組成電壓表,改裝后電壓表量程是3 V,則電阻箱阻值R2==9 000 Ω。 (2)滑動變阻器最大阻值較小,應采用分壓接法,改裝的電壓表內(nèi)阻可求,RV=9 000 Ω+1 000 Ω=10 000 Ω,電流表A1應采用外接法,電路圖如圖所示。 (3)由題圖可知,電流表A1的示數(shù)為8 mA,電流表A2的示數(shù)是150 μA;根據(jù)歐姆定律可得:Rx==191 Ω。 [答案] (1)9 000 (2)圖見解析 (3)8 150 191 半偏法

10、測電表內(nèi)阻 兩種測量電路 操作步驟 半偏法近似測量電流表內(nèi)阻 ①將電阻箱R的電阻調(diào)到零; ②閉合S,調(diào)節(jié)R0,使電流表達到滿偏I0; ③保持R0不變,調(diào)節(jié)R,使電流表示數(shù)為; ④由上得RA=R。 ①斷開S2、閉合S1,調(diào)節(jié)R0,使表滿偏為I0; ②保持R0不變,閉合S2,調(diào)節(jié)R,使表讀數(shù)為; ③由上得RA=R。 半偏法近似測量電壓表內(nèi)阻 ①閉合S,調(diào)節(jié)電阻箱阻值為R1時,測得表示數(shù)為U1; ②改變電阻箱阻值為R2時,測得表示數(shù)為; ③由上得RV=R2-2R1。 ①滑動變阻器的滑片滑至最右端,電阻箱的阻值調(diào)到最大; ②閉合S1、S2,調(diào)節(jié)R

11、0,使表示數(shù)指到滿偏刻度; ③斷開S2,保持R0不變,調(diào)節(jié)R,使表指針指到滿刻度的一半; ④由上得RV=R。 [例5] (2015·全國卷Ⅱ)電壓表滿偏時通過該表的電流是半偏時通過該表電流的兩倍。某同學利用這一事實測量電壓表的內(nèi)阻(半偏法),實驗室提供的器材如下: 待測電壓表(量程3 V,內(nèi)阻約為3 000 Ω),電阻箱R0(最大阻值為99 999.9 Ω),滑動變阻器R1(最大阻值100 Ω,額定電流2 A),電源E(電動勢6 V,內(nèi)阻不計),開關兩個,導線若干。 (1)虛線框內(nèi)為該同學設計的測量電壓表內(nèi)阻的電路圖的一部分,將電路圖補充完整。 (2)

12、根據(jù)設計的電路,寫出實驗步驟:______________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)將這種方法測出的電壓表內(nèi)阻記為RV′,與電壓表內(nèi)阻的真實值RV相比,RV′________RV(填“>”“=”或“<”),主要理由是_________________________。

13、 [解析] (1)因滑動變阻器阻值較小,所以選擇滑動變阻 器的分壓接法。實驗電路如圖所示。 (2)移動滑動變阻器的滑片,以保證通電后電壓表所在支路分壓最??;閉合開關S1、S2,調(diào)節(jié)R1,使電壓表的指針滿偏;保持滑動變阻器滑片的位置不變,斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱R0,使電壓表的指針半偏;讀取電阻箱所示的電阻值,此即為測得的電壓表內(nèi)阻。 (3)斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表成半偏狀態(tài),電壓表所在支路總電阻增大,分得的電壓也增大;此時R0兩端的電壓大于電壓表的半偏電壓,故RV′>RV(其他合理說法同樣給分)。 [答案] 見解析 等效替代法 如圖所示。 (1)S接1,調(diào)節(jié)R2,讀出電流表示

14、數(shù)為I; (2)S接2,R2不變,調(diào)節(jié)電阻箱R1,使電流表示數(shù)仍為I; (3)由以上可得Rx=R1。 該方法的優(yōu)點是消除了電流表內(nèi)阻對測量的影響,缺點是電阻箱的電阻R1不能連續(xù)變化。 [例6] 電流表A1的量程為0~200 μA、內(nèi)電阻約為500 Ω,現(xiàn)要測其內(nèi)阻,除若干開關、導線之外還有器材如下: 電流表A2:與A1規(guī)格相同; 滑動變阻器R1:阻值0~20 Ω; 電阻箱R2:阻值0~9 999 Ω; 保護電阻R3:阻值約為3 kΩ; 電源:電動勢E約1.5 V、內(nèi)電阻r約2 Ω。 (1)如圖所示,某同學想用替代法測量電流表內(nèi)阻,設計了部分測量電路,在此基礎上請你將滑動變阻

15、器接入電路中,使實驗可以完成。 (2)電路補充完整后,請你完善以下測量電流表A1內(nèi)電阻的實驗步驟。 a.先將滑動變阻器R1的滑動端移到使電路安全的位置,再把電阻箱R2的阻值調(diào)到________(填“最大”或“最小”)。 b.閉合開關S1、S,調(diào)節(jié)滑動變阻器R1,使兩電流表的指針在滿偏附近,記錄電流表A2的示數(shù)I。 c.斷開S1,保持S閉合、R1不變,再閉合S2,調(diào)節(jié)R2,使電流表A2的示數(shù)________,讀出此時電阻箱的阻值R0,則電流表A1內(nèi)電阻r=________。 [解析] (1)滑動變阻器的阻值遠小于待測電流表內(nèi)阻,因此必須采用分壓接法,電路圖如

16、圖所示。 (2)a.實驗前R2應該調(diào)節(jié)到最大,以保證電表安全;c.替代法最簡單的操作是讓A2示數(shù)不變,則可直接從R2的讀數(shù)得到電流表的內(nèi)電阻。 [答案] (1)圖見解析 (2)a.最大 c.再次為I(或仍為I) R0 電橋法測電阻 在ab間接一靈敏電流計,如圖所示,當其讀數(shù)為零時即Uab=0,相當于ab間斷路,此時φa=φb , 則有IR1=I′R3,IR2=I′R4,兩式相除得=,即 R1R4=R2R3,此時交叉電阻的乘積相等,所以知道其中任意三個電阻就可以求出第四個電阻的阻值。 [例7] (2017·全國卷Ⅱ)某同學利用如圖(a)所示的電路測量一微安表(量程為100 μ

17、A,內(nèi)阻大約為2 500 Ω)的內(nèi)阻。可使用的器材有:兩個滑動變阻器R1、R2(其中一個阻值為20 Ω,另一個阻值為2 000 Ω);電阻箱Rz(最大阻值為99 999.9 Ω);電源E(電動勢約為1.5 V);單刀開關S1和S2。C、D分別為兩個滑動變阻器的滑片。   (1)按原理圖(a)將圖(b)中的實物連線。 (2)完成下列填空: ①R1的阻值為________ Ω(填“20”或“2 000”)。 ②為了保護微安表,開始時將R1的滑片C滑到接近圖(a)中滑動變阻器的________端(填“左”或“右”)對應的位置;將R2的滑片D置于中間位置附近。 ③將電阻箱Rz的阻值置于2

18、500.0 Ω,接通S1。將R1的滑片置于適當位置,再反復調(diào)節(jié)R2的滑片D的位置。最終使得接通S2前后,微安表的示數(shù)保持不變,這說明S2接通前B與D所在位置的電勢________(填“相等”或“不相等”)。 ④將電阻箱Rz和微安表位置對調(diào),其他條件保持不變,發(fā)現(xiàn)將Rz的阻值置于2 601.0 Ω時,在接通S2前后,微安表的示數(shù)也保持不變。待測微安表的內(nèi)阻為________ Ω(結(jié)果保留到個位)。 (3)寫出一條提高測量微安表內(nèi)阻精度的建議:__________________________________ ________________________________________

19、________________________________。 [解析] (1)根據(jù)題中的原理圖(a),將題圖(b)中的實物連線如圖所示。 (2)R1起分壓作用,應選用最大阻值較小的滑動變阻器,即R1的電阻為20 Ω,為了保護微安表,閉合開關前,滑動變阻器R1的滑片C應移到左端,確保微安表兩端電壓為零;反復調(diào)節(jié)D的位置,使閉合S2前后微安表的示數(shù)不變,說明閉合后S2中沒有電流通過,B、D兩點電勢相等;將電阻箱Rz和微安表位置對調(diào),其他條件保持不變,發(fā)現(xiàn)將Rz的阻值置于2 601.0 Ω時,在接通S2前后,微安表的示數(shù)也保持不變。說明=,則解得RμA=2 550 Ω。 (3)要提高測量微安表內(nèi)阻的精度,可調(diào)節(jié)R1上的分壓,盡可能使微安表接近滿量程。 [答案] (1)見解析圖 (2)①20 ②左?、巯嗟取、? 550 (3)調(diào)節(jié)R1上的分壓,盡可能使微安表接近滿量程

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