高中物理伏安法測電阻.ppt

伏安法測電阻,根據(jù)部分電路歐姆定律 可知，只要測出被測電阻兩端的電壓 U 和流過該電阻的電流I ，就可求出電阻 R 的大小。,一、實驗原理,二、實驗電路,測量電路,控制電路,三、實驗器材,伏安法測電阻的電路選擇,(1)電流表和電壓表各一個，知道其內(nèi)阻的大約值,若 時，選用電流表內(nèi)接法。由于該電路中電壓表的讀數(shù)U表示被測電阻Rx與電流表A串聯(lián)后的總電壓，電流表的讀數(shù) I 表示通過Rx的電流，所以使用該電路所測電阻 ，比真實值Rx大了RA,1測量電路的選擇,外接法,(2) 兩只同種電表，已知其內(nèi)阻,已知內(nèi)阻的電流表可以當(dāng)電壓表使用，一般用來測阻值較小的電阻兩端電壓(小電壓)，已知內(nèi)阻的電壓表也可以當(dāng)電流表使用，一般用來測小電流。,(3) 兩只同種電表，內(nèi)阻都未知，需要一個電阻箱或一定值電阻就能測量電表的內(nèi)阻,2控制電路的選擇,控制電路分為限流式和分壓式兩種,變阻器的常規(guī)處理 將變阻器從滑動觸點P分成兩個部分，把一個完整的變阻器看成是由兩部分串聯(lián)組成的，如下圖所示。,兩種接法的比較,a.電壓的調(diào)節(jié)范圍,分壓：UL=0U0,限流：,b.電流的調(diào)節(jié)范圍,分壓：,限流：,可見：分壓式接法的最大優(yōu)點是它的調(diào)壓（或調(diào)流）范圍寬，其次是它的電壓、電流范圍都包含0值且跟R無關(guān)：而限流式接法不僅調(diào)壓（或調(diào)流）范圍較窄，而且其電壓、電流范圍都不含0值還跟R有關(guān)。,從調(diào)節(jié)范圍來看,從方便調(diào)節(jié)的角度來看,分壓式接法以RLR尤其以RLR為優(yōu)；而限流式接法應(yīng)以RLR或跟R相當(dāng)，即RLR為宜。,從節(jié)能方面來看,在滿足負(fù)載需要的情況下，限流式電路消耗的總功率小，電源負(fù)擔(dān)輕；而分壓式電路消耗的總功率大，電源負(fù)擔(dān)重。,從電路結(jié)構(gòu)上看,限流式電路簡單，而分壓式電路比限流式要復(fù)雜得多。,兩種接法的選擇原則,從實驗的目的和要求上看,若需要大范圍調(diào)壓或需小電流調(diào)節(jié)，尤其是要求含0值的電流、電壓調(diào)節(jié)，那就非分壓式接法莫屬了。若僅僅是為了電路的 安全，而對電壓、電流的調(diào)節(jié)又沒有特殊要求時，則選擇限流式接法還更簡便、更節(jié)能一些。,從方便調(diào)節(jié)的角度來看,通常對小阻值滑動變阻器或大阻值負(fù)載（RL 與R相比較），以分壓式接法為優(yōu)；相反對大阻值滑動變阻器或小阻值負(fù)載則以限流式為宜。,(1)要求回路中某部分電路的電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時必須采用分壓接法。 (2)當(dāng)被測電阻阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動變阻器的最大值R，且實驗要求的電壓變化范圍較大(或要求測量多組數(shù)據(jù))時，必須采用分壓接法。 (3)若采用限流接法，電路中實際電壓(電流)總是超過實驗儀器的量程時，只能采用分壓接法。,下列三種情況必須選用分壓接法,1、用伏安法測量一個電阻器材有： 待測電阻RX(約為15); 電流表(量程為25mA,內(nèi)阻） 電壓表（量程為，內(nèi)阻k） 電源（，r=0) 滑動變阻器（最大值00，允許最大電流） 開關(guān)個，導(dǎo)線若干， 根據(jù)器材規(guī)格和實驗要求連接實物圖,析：,RXR 采用電流表外接法,RXR ， 因此采用限流式接法,RX=100,(2),2、要用伏安法來測量一個電阻RX(約為25K) 。器材如下： 直流電流表（050A，內(nèi)阻r=0.3k) 直流電壓表（，內(nèi)阻r=k） 電源（，額定交流） 滑動變阻器（，額定功率）導(dǎo)線，開關(guān)。 為使測量的結(jié)果達(dá)到較高的準(zhǔn)確度， 則： (1)控制電路應(yīng)采用限流電路還是分壓電路? (2)電流表應(yīng)選擇內(nèi)接法,還是外接法? 畫出實驗電路圖,分析：,RXR ，因此采用分壓式接法,(1),(2),RX=25K,因此采用安培表內(nèi)接法,RXR,四、選擇器材和電路的一般原則,1安全性原則：實驗中要保證電流、電壓值既不超過儀表的量程，又不能超過變阻器、小燈泡、電阻箱等器材所允許的最大值 2精確性原則：在不違反安全性原則的前提下，盡量使測量結(jié)果更精確（減小誤差）,3簡便性原則：在不違反前兩個原則的前提下，盡量使測量電路簡單好接，測量中的調(diào)節(jié)控制操作方便,本著這三個原則，一般按照如下順序選擇電路和器材： 1、滑動變阻器的接法和選擇（控制電路）-簡便性、安全性 2、電流表和電壓表的選擇（電表）-安全性、精確性 3、電流表的內(nèi)外接 （測量電路）-精確性,例1.有一電阻R,其阻值大約在40至50之間,需進(jìn)一步測定其阻值,現(xiàn)有下列器材： 電池組,電動勢為9V,內(nèi)阻忽略不計； 電壓表,量程為0至10,內(nèi)阻20； 電流表A1,量程為0至50,內(nèi)阻約20； 電流表A2,量程為0至300m,內(nèi)阻約4； 滑動變阻器R1,阻值范圍為0至100,額定電流1A； 滑動變阻器R2,阻值范圍為0至1700,額定電流0.3; 開關(guān)及導(dǎo)線若干 實驗中要求多測幾組電流、電壓值，為使實驗正常進(jìn)行并減小誤差，并要求滑動變阻器便于調(diào)節(jié)，在實驗中應(yīng)選電流表 和滑動變阻器 ,1、滑動變阻器的接法和選擇（控制電路）-簡便性 2、電流表和電壓表的選擇（電表）-安全性和精確性 3、電流表的內(nèi)外接 （測量電路）-精確性,例2.用伏安法測量某電阻的阻值，現(xiàn)有實驗器材如下： 待測電阻Rx（阻值大約為5，額定功率為1W）； 電流表A1（量程為00.6A，內(nèi)阻為0.2）； 電流表A2（量程為03A，內(nèi)阻為0.05）； 電壓表V1（量程為03V，內(nèi)阻為3K）； 電壓表V2 （量程為015V，內(nèi)阻為15K）； 滑動變阻器R（050）； 蓄電池（電動勢為6V），開關(guān)、導(dǎo)線。 為了較準(zhǔn)確測量Rx的阻值，保證器材的安全，以及操作方便，電流表、電壓表應(yīng)選擇 ，并畫出實驗電路圖。,3、確定測量電路 由于待測電阻Rx的阻值大約是5，而所用電流表的內(nèi)阻為0.2，所用電壓表內(nèi)阻為3K，被測電阻為小電阻，故采用電流表的外接法。,1、確定控制電路和變阻器 因滑動變阻器的全值R0大于被測電阻阻值Rx，故考慮滑動變阻器的限流接法。（采用限流接法時，通過Rx的最小電流為0.11A，最大電流為0.45A，符合實驗要求）。,2、確定電壓表、電流表 被測電阻Rx的額定電壓、額定電流分別為2.2V和0.45A，則電流表選用A1，電壓表選用V1。,解：,作業(yè)：,1、 有一個量程為00.63安培的安培表（00.6安培擋的內(nèi)阻為0.125歐，03安培擋的內(nèi)阻為0.025歐）， 一個量程為015伏的伏特表（內(nèi)阻為1.5104歐姆）， 一個滑動變阻器（電阻為0200歐）， 一個電壓為12伏特的蓄電池組， 一個電鍵和一些導(dǎo)線。 要使用這些器件用伏安法測量一個阻值約為幾十歐的線圈的電阻。,畫出實驗應(yīng)采用的電路圖。,在實物圖中畫線，把所示器件連接成電路。,2.用伏安法測量定值電阻的阻值，備用器材如下：,待測電阻 Rx (阻值約為25K) 電流表 A1 (量程 100A，內(nèi)阻約為 2K) 電流表 A2 (量程 500A，內(nèi)阻約為 300) 電壓表 V1 (量程 10V，內(nèi)阻約為 100 k) 電壓表 V2 (量程 50V，內(nèi)阻約為 500 k) 電 源 E (電動勢 15V，允許通過的最大電流 1A) 滑動變阻器 R (最大阻值 1 k) 電鍵 S，導(dǎo)線若干,為了盡量減小實驗誤差，要求測多組數(shù)據(jù)。 (1)電流表應(yīng)選_，電壓表應(yīng)選_。 (2)畫出實驗電路圖并連接實物圖。,由于 、 可見，RV與RX相差更大些，應(yīng)采用安培表外接式。,分析：,由于待測電阻小于滑動變阻器的全值電阻，所以變阻器應(yīng)采用限流式接法。,電路圖如圖所示,RX R,由于通過電路的最大電流為：,可見，電流表的量程選0.6安培即可。,RX R,線路連接如下：,2. 圖為伏安法測量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：,待測電阻Rx（約100歐）,直流毫安表（量程010毫安，內(nèi)阻50歐）,直流電壓表（量程03伏，內(nèi)阻5千歐）,直流電源（輸出電壓4伏，內(nèi)阻可不計）,滑動變阻器（阻值范圍015歐，允許最大電流1安）,電鍵一個，導(dǎo)線若干條,根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求，在本題的實物圖上連線。,分析,由于待測電阻大于滑動變阻器的全值電阻，所以變阻器應(yīng)采用分壓式接法。,由于RA與RX相當(dāng)，而RVRX，所以，采用安培表外接式。,若選用限流式接法，則通過回路的最小電流為：,可見，只有選用分壓式接法。,線路連接如下：,【例7】一個電壓表的內(nèi)阻為30k左右，現(xiàn)要用伏安法測量其內(nèi)阻，實驗室提供下列可選用的器材： 待測電壓表V（量程5V） 電流表A1（量程200A） 電流表A2（量程5mA） 電流表A3（量程06A） 滑動變阻器R（最大阻值1k） 電源（電動勢6V） 開關(guān)S及導(dǎo)線 在所提供的電流表中，應(yīng)選用 （填字母代號）,解：選擇的電流表，接入電路后，首先要安全，其次要準(zhǔn)確在最大電流不超電流表量程的前提下，應(yīng)盡量地使指針滿偏或接近滿偏為了準(zhǔn)確地選擇該實驗所需的電流表，必須估算電路中可能達(dá)到的最大電流強度，估算時應(yīng)抓住主要矛盾，忽略次要因素Imax/RV 因為忽略了電源內(nèi)阻，電流表內(nèi)阻，所以電路中可能達(dá)到的最大電流強度一定小于200A如果僅從安全角度看，電流表A1，A2，A3均可，但從安全與準(zhǔn)確相結(jié)合的角度看，只能選用電流表A1。,例1.某電壓表的內(nèi)阻在20 k50 k之間，現(xiàn)要測量其內(nèi)阻，實驗室提供下列可選用器材： 待測電壓表V(量程3 V)， 電流表A(量程200 A)， 電流表A2(量程5 mA)， 電流表A3(量程0.6 )， 滑動變阻器R(最大阻值1 k)， 電源E(電動勢4 V)， 電鍵S. (1)所提供的電流表中，應(yīng)選用_(填寫字母代號). (2)為了盡量減小誤差，要求測量多組數(shù)據(jù)，試在圖中畫出符合要求的實驗電路圖(電源和電鍵及連線已畫出).,例2、為了測定電流表A1的內(nèi)阻r1的精確值，實驗室給出了如下器材：,(1) 要求電流表A1的示數(shù)從零開始變化，且能多測幾 組數(shù)據(jù)，盡可能減少實驗誤差。在虛線框內(nèi)畫出實驗電路原理圖，并在圖中標(biāo)出所選用器材的代號。,(2)若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算電流表A1的內(nèi)阻r1，則所測電流表A1的內(nèi)阻r1的表達(dá)式為：r1=_。式中各符號的意義是：_。,分析與解答： (1) 器材選擇(測量電路) 因為電壓表的量程為電源電動勢的 5 倍，所以該電壓表與電源不相配，不能選用該電壓表來測量電壓。而電流表 A1 和 A2 可以配置，因此將電流表 A2 跟定值電阻配合起來可以當(dāng)電壓表使用，測量電路應(yīng)為：,電路選擇(控制電路) 題目要求電流表A1的示數(shù)從零開始變化，多測幾組數(shù)據(jù)，所以滑動變阻器應(yīng)用分壓接法。用總阻值較小的滑動變阻器調(diào)節(jié)方便，故應(yīng)選R1，電路圖為：,(2) 利用電流表A1測出自身電流I1，電流表A2測出通過A1和R0的總電流I2，根據(jù)并聯(lián)電路的關(guān)系有I1r1=(I2I1)R0 ，解得,1用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值(9001000 )： 電源E，具有一定內(nèi)阻，電動勢約為9.0V； 電壓表V1，量程為1.5V，內(nèi)阻r1 = 750 ； 電壓表V2，量程為5V，內(nèi)阻r2 = 2500 ； 滑線變阻器R，最大阻值約為100 ； 單刀單擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干。 (1)測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1/3，試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖(原理圖中的元件要用題中的相應(yīng)的英文字母標(biāo)注)。 (2)若電壓表V1的讀數(shù)用U1表示，電壓表V2的讀數(shù)用U2表示，則由已知量和測得量表示Rx的公式為Rx=_。,練習(xí),2現(xiàn)有以下器材： 電壓表 V1 (量程3V，電阻約幾千歐)， 電壓表 V2 (量程6V，電阻約幾千歐)， 定值電阻 R1 (3.0k)， 滑動變阻器 R (0100 )， 直流電源 (約6V，內(nèi)阻不計)， 開關(guān)、導(dǎo)線若干。 要求利用這些器材來測量電壓表V1的內(nèi)阻值，請在下邊的方框內(nèi)畫出實驗電路圖；若用已知量和直接測得的量來表示電壓表V1內(nèi)阻，則表達(dá)式為 r =_。式中各測得量的物理意義是：_。,半偏法測電阻與電流表改裝成伏特表和安培表,一 、實驗?zāi)康模?用半偏法測量一個靈敏電流為Ig 的電流表的內(nèi)電阻 R ，并將它改裝成一個量程為 v (I)的電壓(安培表)，并校準(zhǔn)該改裝表。,電原理圖,二 、工作原理,若主回路電流恒定不變，當(dāng)兩支路電流各分?jǐn)偪傠娏鞯囊话霑r，則這個支路電阻相等。用電阻箱 R2 的可讀阻值去替代被測電流表的內(nèi)阻值 Rg 。,三 、實驗儀器,現(xiàn)備有如下器材： A. 電流表（量程0 100 A，內(nèi)阻約為100 ） B. 電阻箱（范圍O 10 ） C. 電阻箱（范圍0 9999 ） D. 電阻箱（范圍0 99999 ） E. 滑動變阻器（范圍0 200 ） F. 電源（電動勢3 v ，內(nèi)阻不計） G. 開關(guān)和若干導(dǎo)線,四 、實驗要求：,1. 儀器的規(guī)格與量程的選擇。 2. 線路的連接。 3. 實驗中讀得 R2 的阻值為100 ，若將此電流表改裝成量程為 3v 的電壓表，應(yīng) 串 聯(lián)一個阻值為 29900 的電阻。 4. 若用此改裝表去測量一穩(wěn)恒電壓，則測量值和真實值相比 偏小 （填“偏大”或“偏小”） 。,五 、實驗步驟：, 接通s1 ，調(diào)節(jié)R1 ，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度； 再接通s2 ，調(diào)節(jié)R2 ，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半； 讀出 R2 的阻值，即認(rèn)為電流表的內(nèi)阻 Rg = R2 。,分析與解答： （）為了控制主回路的電流強度，主回路中調(diào)整和控制電流的電阻 R1 應(yīng)選阻值較大，調(diào)節(jié)范圍較寬的電阻， R1 應(yīng)選調(diào)節(jié)范圍為 0 99999 的電阻箱。電流表的電阻一般在 100 左右，用半偏法測電流表的電阻時，與電流表并聯(lián)分流的電阻用只要略大于電流表電阻的電阻箱即可， R2 應(yīng)選調(diào)節(jié)范圍為 0 9999 的電阻箱。,（ 、）