高三復習物理課件：實驗：電表電阻的測量

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歡迎進入物理課堂 2 第3講實驗 電表電阻的測量 第十章 恒定電流 3 一 電流表和電壓表1 表頭 靈敏電流計 1 構造 如圖10 3 1所示 主要由永久磁鐵和放入其中的可轉動的線圈組成 表頭用符號表示 電流表和電壓表都是由表頭改裝而成的 其中的輻向磁場 保證線圈轉動時 磁場情況不變 圖10 3 1 4 2 工作原理 當電流流經線圈時 線圈因受安培力而轉動 彈簧通過轉軸阻礙線圈的轉動 線圈停止轉動時 可以證明I 所以根據表頭指針偏轉的角度可以測出電流的大小 且刻度是均勻的 3 三個參數 內阻Rg 滿偏電流Ig 滿偏電壓Ug 關系是Ug IgRg 對一個表頭 三者都為定值 5 2 電壓表電壓表是根據串聯電路的分壓作用 在表頭上串聯一個分壓電阻 并在表頭的電流的刻度上標出相應的電壓值后改裝而成的 如圖10 3 2所示 改裝后的電壓表量程為U 則由U IgRg IgR得令量程倍數則R n 1 Rg 圖10 3 2 6 3 電流表電流表是根據并聯電路的分流作用 在表頭上并聯一個分流電阻 并在表頭電流刻度上標出相應的電流值后改裝而成的 如圖10 3 3所示 改裝后電流表量程為I 則有IgRg I Ig R 取 量程倍數 則 圖10 3 3 7 二 電阻的測量 一 伏安法測電阻1 原理 歐姆定律2 兩種測量電路如圖10 3 4所示 a 為外接法 b 為內接法 圖中R為待測電阻 由于電流表 電壓表分別有分壓 分流作用 因此兩種方法測量電阻都有誤差 設電流表內阻為RA 電壓表內阻為RV 圖10 3 4 8 1 采用外接法測電阻時如圖 a I IR IV UR U 所以當RV R時 R測 R 即測量值越接近真實值 所以越大越好 9 2 采用內接法測電阻時如圖 b I IR U UA UR 所以當R RA時 R測 R 即測量值越接近真實值 所以越大越好 10 3 測量電路的選擇 由于電壓表的分流作用和電流表的分壓作用 造成表的示數與通過負載的電壓或電流真實值之間產生誤差 為減小此系統誤差 應慎重選擇電流表的內外接法 選擇方法如下 11 直接比較法 當待測電阻阻值Rx RV時 伏特表分流很小 選擇安培表外接電路 當待測電阻阻值Rx RA時 安培表分壓很小 選擇安培表內接電路 臨界值計算比較法 當待測電阻阻值與電壓表 電流表的阻值相差不多時 我們要計算兩種接法的相對誤差 可用與相比較 12 當 即時 宜采用電流表外接法 當 即時 宜采用電流表內接法 而時 電流表內外接法效果是一樣的 13 測試判斷法 試觸法 若Rx RA RV的大小關系事先沒有給定 可借助試觸法確定內 外接法 具體做法是 如圖10 3 5所示組成電路 其中電流表事先已經接好 拿電壓表的一個接線柱去分別試觸M N兩點 觀察先后兩次試觸時兩電表的示數變化情況 圖10 3 5 14 如果電流表的示數變化比電壓表示數變化明顯 即 說明接M點時電壓表分流作用引起的誤差大于接N點時電流表分壓作用引起的誤差 這時應采用內接法 即電壓表接N點 15 如果電壓表的示數變化比電流表示數變化明顯 即 說明接N點時電流表分壓作用引起的誤差大于接M點時電壓表分流作用引起的誤差 這時應采用外接法 即電壓表接M點 說明 口訣 內大外小 即內接法適合測大電阻且系統誤差偏大 即測量值大于真實值 外接法適合測小電阻且系統誤差偏小 即測量值小于真實值 16 如圖10 3 6所示 電壓表和電流表的讀數分別為10V和0 1A 電流表內阻為0 2 求待測電阻Rx的測量值和真實值 測量值 真實值 圖10 3 6 17 3 滑動變阻器兩種接法選擇 1 兩種接法比較 18 19 2 限流電路 分壓電路的選擇原則 限流式適合測量阻值小的電阻 跟滑動變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動變阻器的總電阻還小 分壓式適合測量阻值較大的電阻 一般比滑動變阻器的總電阻要大 因為Rx越小 限流式中滑動變阻器分得電壓越大 調節(jié)范圍越大 Rx越大 分壓式中Rx幾乎不影響電壓的分配 觸頭移動時電壓變化接近線性關系 便于調節(jié) 20 若采用限流式不能控制電流滿足實驗要求 即若滑動變阻器阻值調到最大時 待測電阻上的電流 或電壓 仍超過電流表 或電壓表 的量程 或超過待測電阻的額定電流 則必須選用分壓式 若待測電阻的阻值比滑動變阻器總電阻大得多 以致在限流電路中 滑動變阻器的滑動觸頭從一端滑到另一端時 待測電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大 此時 應改用分壓電路 21 若實驗中要求電流或電壓從零開始連續(xù)可調 則必須采用分壓式電路 限流接法好處是電路簡單 耗能低 22 圖10 3 7為用伏安法測定一個定值電阻阻值的實驗所需的器材實物圖 器材規(guī)格如下 圖10 3 7 23 1 待測電阻Rx 約100 2 直流毫安表 量程0 20mA 內阻50 3 直流電壓表 量程0 3V 內阻5k 4 直流電源 輸出電壓6V 內阻不計 5 滑動變阻器 阻值范圍0 15 允許最大電流1A 6 開關1個 導線若干 根據器材規(guī)格及實驗要求 在本題的實物圖上連線 24 先確定采用電流表內接電路還是外接電路 因為不滿足內接的要求 又因為滿足電流表外接的要求RV Rx 所以電流表應外接 再確定變阻器是采用限流還是分壓 若采用限流式 則滑動變阻器阻值達到最大時 電路中電流達到最小 25 已超過電流表量程 故必須采用滑動變阻器分壓式電路 實驗電路如下圖所示 26 實物連線如下圖所示 27 二 歐姆表測電阻1 歐姆表原理 歐姆表是根據閉合電路歐姆定律制成的 它的構造如圖10 3 8所示 G是內阻為Rg 滿偏電流為Ig的電流表 R為調零電阻 E r分別為電池的電動勢和內電阻 當紅 黑表筆相接時如圖10 3 8 甲 調節(jié)R使指針滿偏 即表明紅 黑表筆間的電阻為零 圖10 3 8 28 當紅 黑表筆不接觸時如圖10 3 8 乙 指針不偏轉 即指著電流零刻度 表明表筆間的電阻為無限大 圖10 3 8 29 當紅 黑表筆間接入某一電阻Rx時如圖10 3 8 丙 則通過電流表的電流為可見 每一個Rx都有一個對應的電流Ix 所以我們可用一電阻刻度盤將電流刻度轉換為電阻刻度 這樣以后 當在紅 黑表筆間接入電阻Rx時 可以從電阻刻度盤上直接讀出其阻值 圖10 3 8 30 2 注意事項 1 電阻零刻度在刻度盤的最右端 即與電流的最大刻度線重合 電阻無限大刻度與最左端的電流零刻度線重合 2 歐姆表的刻度不均勻 由原理可知 從刻度最右端到正中間對應的電阻由零變到Rg r R 從中間到最左端對應的電阻由Rg r R變到無限大 所以 歐姆表的刻度由右到左越來越密 31 3 當兩表筆直接接觸 調節(jié)R無法使指針指到電阻零刻度時 應更換新電池 4 測未知電阻時 應將未知電阻跟其他電路分開 5 測量時不要用手接觸表筆的金屬桿 32 3 使用步驟 1 選量程 估計待測電阻的阻值 將選擇開關扳到合適的倍率上 2 電阻調零 把兩表筆相接觸 調節(jié)歐姆擋調零旋鈕 使指針指到電阻刻度的零位上 3 將兩表筆分別與待測電阻的兩端相接 表針穩(wěn)定后的讀數即為該電阻的阻值 33 4 需要更換倍率時 要重新進行電阻調零 說明 用歐姆表測電阻選擇某倍率后 若指針偏轉角太大表示通過表頭的電流較大 待測電阻較小 應換用較小的倍率擋重新測量 應讓指針指在表盤中間附近 讀數比較準確 34 如圖10 3 9所示為多用表歐姆擋的原理示意圖 其中電流表的滿偏電流Ig 300 A 內阻Rg 100 調零電阻最大阻值R 50k 串聯的固定電阻R0 50 電池電動勢E 1 5V 用它測量電阻R能準確測量的電阻范圍是 A 30 80k B 3 8k C 300 800 D 30 80 圖10 3 9 B 35 歐姆表只能用來粗略地測量電阻 其理由之一就是歐姆表的刻度是不均勻的 且左密右疏 由于其刻度的中央部分比較均勻 故在中值電阻左右讀數最為準確 所以該題應先求出歐姆表的中值電阻 再對照答案進行選擇 而歐姆表的中值電阻即是調零后的歐姆表的內阻 36 所以 當紅表筆 黑表筆直接相接調零時 所以 當指針指在中間時 中值電阻時 被測電阻為Rx 則 37 三 替代法測電阻替代法測電阻的原理是 用電阻箱替代待測電阻 調節(jié)電阻箱 使兩次電流相等 則電阻箱的阻值就是待測電阻的阻值 此法簡單易行 利用了電阻箱電阻可讀性 其典型電路如圖10 3 10所示 圖10 3 10 38 把單刀雙擲開關打在a端 調節(jié)R1使電流表的示數指在一個適當的位置并記錄下此時電流表示數 保持R1不動 將單刀雙擲開關打在b端 調節(jié)電阻箱的阻值使電流表示數不變 此時電阻箱的阻值就是待測電阻Rx的阻值 此法測電阻時在理論上不存在誤差 電流表讀數不準確也不影響測量結果 39 如圖10 3 11所示為測量電阻的電路 Rx為待測電阻 R的阻值已知 R 為保護電阻 阻值未知 電源E的電動勢未知 K1 K2均為單刀雙擲開關 A為電流表 其內阻不計 圖10 3 11 40 測量Rx的步驟為 將K2向d閉合 K1向閉合 記下電流表讀數I1 再將K2向c閉合 K1向閉合 記下電流表讀數I2 計算Rx的表達式是 a b 41 電源電動勢和保護電阻R 均不知大小 因為電流表兩次讀數時 都要求Rx和R并聯 回路總電阻不變 Rx和R兩端電壓不變 此時若知Rx和R中的電流 可利用并聯關系求解Rx 可見當開關K1接a K2接d 電流表讀數I1是Rx上電流 K2接c K1接b時 電流表讀數是R上電流 由Rx和R并聯 有I1Rx I2R 可得 42 為了測量一個阻值較大的未知電阻 某同學使用了干電池 1 5V 毫安表 1mA 電阻箱 0 9999 電鍵 導線等器材 該同學設計的實驗電路如圖10 3 13 a 所示 實驗時 將電阻箱阻值置于最大 斷開K2 閉合K1 減小電阻箱的阻值 使電流表的示數為I1 1 00mA 記錄電流強度值 43 然后保持電阻箱阻值不變 斷開K1 閉合K2 此時電流表示數為I2 0 80mA 記錄電流強度值 由此可得被測電阻的阻值為 圖10 3 13 375 44 經分析 該同學認為上述方案中電源電動勢的值可能與標稱值不一致 因此會造成誤差 為避免電源對實驗結果的影響 又設計了如圖10 3 13 b 所示的實驗電路 實驗過程如下 斷開K1 閉合K2 此時電流表指針處于某一位置 記錄相應的電流值 其大小為I 斷開K2 閉合K1 調節(jié)電阻箱的阻值 使電流表的示數為 記錄此時電阻箱的阻值 其大小為R0 由此可測出Rx I R0 45 斷開K2 閉合K1 使電流表的示數為I1 1 00mA時 可知電阻箱電阻值為1500 當斷開K1 閉合K2時 電流表是示數為I2 0 80mA 由歐姆定律可知未知電阻的阻值為375 第二種實驗電路為了消除電源電動勢標稱值不準確產生的誤差而采用替代法 因此兩次電流表示數應相同 此時電阻箱示數即為待測電阻的阻值大小 46 用伏安法測量某一電阻Rx阻值 現有實驗器材如下 待測電阻Rx 阻值約5 額定功率為1W 電流表A1 量程0 0 6A 內阻0 2 電流表A2 量程0 3A 內阻0 05 電壓表V1 量程0 3V 內阻3k 電壓表V2 量程0 15V 內阻15k 滑動變阻器R0 0 50 蓄電池 電動勢為6V 開關 導線 為了較準確測量Rx阻值 電壓表 電流表應選 并畫出實驗電路圖 47 伏安法測電阻 由待測電阻Rx額定功率和阻值的大約值 可以計算待測電阻Rx的額定電壓 額定電流的值約為則電流表應選A1 電壓表應選V1 又因則電流表必須外接 48 因為滑動變阻器的全阻值大于被測電阻Rx 故首先考慮滑動變阻器的限流接法 若用限流接法 則被測電阻Rx上的最小電流為因該實驗對電流 電壓的調節(jié)范圍未作特殊要求 故用限流電路 電路如圖所示 49 說明 滑動變阻器全阻值相對待測電阻較大 用分壓接法不便于調節(jié) 故限流接法是首選 只要能保證安全且有一定的調節(jié)范圍即可 50 用伏安法測量一個定值電阻的阻值 所需器材規(guī)格如下 待測電阻Rx 約100 直流電流表 量程0 10mA 內阻50 直流電壓表 量程0 3V 內阻5k 直流電源 輸出電壓4V 內阻不計 滑動變阻器 0 15 允許最大電流1A 開關1個 導線若干 根據器材的規(guī)格和實驗要求畫出實驗電路圖 51 用伏安法測量電阻電流表有兩種連接方式 即電流表的內接法和外接法 由于故電流表應采用外接法 在控制電路中 若采用變阻器的限流接法 當滑動變阻器阻值調至最大 通過負載的電流最小 此時電流仍超過電流表的量程 故滑動變阻器必須采用分壓接法 如圖所示 52 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全