伏安法測電阻實驗專題西樵高級中學方紅德

1、伏安法測電阻伏安法測電阻實驗專題實驗專題伏安法測電阻實驗是高中階段的一個重要的實驗，它涉及到實驗電路的設(shè)計、器材的選擇、實物圖的連線、誤差分析以及數(shù)據(jù)處理等知識要點。 電學中的 “測量導線的電阻率”和“描繪小燈泡伏安曲線”兩個實驗，實質(zhì)上都是利用伏安法測電阻原理進行的實驗，只是最后數(shù)據(jù)的處理不一樣。 希望通過本節(jié)課的學習，同學們對伏安法測電阻實驗有更進一步的理解。一、伏安法測電阻的原理二、伏安法測電阻的電路組成三、伏安法測電阻的電路設(shè)計四、選擇電路器材的原則五、題例評解六、答題經(jīng)驗小結(jié)本節(jié)課學習內(nèi)容一、伏安法測電阻的原理URIUIR成AVRXRXAVRXVAVARX 電路設(shè)計時主要要考慮電流表

2、的“內(nèi)接、外接”法和滑動變阻器的“分壓、限流” 接法。三、伏安法測電阻的電路設(shè)計分壓內(nèi)接限流內(nèi)接分壓外接限流外接 若不知道電阻值的大小，可用試觸法來確定用哪種接法，如下圖，將單刀雙擲開關(guān)分別接到a、b點： 若電流表示數(shù)變化比較明顯，說明電壓表分流作用大，應(yīng)采用內(nèi)接法； 若電壓表示數(shù)變化比較明顯，說明電流表分壓作用大，應(yīng)采用外接法。3. 3. 在未知電阻大小的情況下可采用試觸法判斷電路的連接外接法外接法 內(nèi)接法內(nèi)接法 誤差來源誤差來源 測量結(jié)果測量結(jié)果 測量條件測量條件 電壓表的分流電壓表的分流 電流表的分壓電流表的分壓 R R測測RRR真真4.4.電流表內(nèi)外接法的對比表AVRXAVRxR RX

3、 X R RA A 時AVR RxR 時R RX X R RV V 時AVR RxR 時電路連接電路連接 電路圖電路圖 滑動變阻器主要有“限流式和分壓式”兩種接入法。 滑動變阻器以何種接法接入電路，應(yīng)遵循安全性、準確性、方便性、節(jié)能性原則綜合考慮，靈活選取。（二） 控制電路-滑動變阻器限流分壓電路的選擇E Es sR RA AB BP PR Rx xE Es sP PR Rx xR RA AB B1.1.限流法 E Es sR RA AB BP PR Rx x(1)(1)圖中變阻器起限流作用，待測電阻R Rx x的電壓可調(diào)范圍EERRRxx (2)(2)限流式電路的優(yōu)缺點: :1)1)優(yōu)點是：

4、連線簡單，電路消耗的額外功率相對較小。2)2)缺點是：對電壓的調(diào)節(jié)范圍較小，不管滑動觸頭如何調(diào)節(jié)，都不能使電壓表、電流表的讀數(shù)為零2.2.分壓法 (1)(1)圖中變阻器起分壓作用，待測電阻R Rx x的電壓可調(diào)范圍E0(2)(2)分壓式電路的優(yōu)缺點: :1)1)優(yōu)點是：電壓可以從零開始調(diào)節(jié)到電源電動勢, ,調(diào)節(jié)范圍較大. . 2)2)缺點是：電路結(jié)構(gòu)較為復雜, ,電路消耗的額外功率相對較大. .E Es sP PR Rx xR RA AB B(1)(1)要求回路中某部分電路的電流或電壓實現(xiàn)從零開始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)時可連續(xù)調(diào)節(jié)時, ,必須采用分壓接法必須采用

5、分壓接法. .(2)(2)實驗要求的電壓變化范圍較大實驗要求的電壓變化范圍較大( (或要求測量多組數(shù)據(jù)或要求測量多組數(shù)據(jù)) )時，必須采用分壓接法時，必須采用分壓接法. . (3)(3)當被測電阻阻值當被測電阻阻值R Rx x遠大于滑動變阻器的最大值遠大于滑動變阻器的最大值R.R.(4)(4)若采用限流接法，電路中實際電壓若采用限流接法，電路中實際電壓( (電流電流) )總是超過總是超過實驗儀器的量程時，只能采用分壓接法實驗儀器的量程時，只能采用分壓接法. .(5) (5) 若沒有很高的要求，僅從安全性和準確性角度分析若沒有很高的要求，僅從安全性和準確性角度分析兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和

6、節(jié)能因素采用兩者均可采用時，可考慮安裝簡便和節(jié)能因素采用限流接法限流接法. .3.3.下列情況必須選用分壓接法限流式限流式 分壓式分壓式 可調(diào)范圍可調(diào)范圍變阻器變阻器電能損耗電能損耗EERRRxxE0較大阻值較大阻值較小阻值較小阻值較小較小較大較大4.4.滑動變阻器兩種連接方式的比較滑動變阻器兩種連接方式的比較R R滑10R10Rx x，應(yīng)選擇限流式電路R R滑10R10Rx x，應(yīng)選擇分壓式電路若實驗要求電壓從零開始變化，必須選擇分壓式電路如無此要求，當安全性原則：安全性原則：通過電源，電表，滑動變阻器，用電器的電流不能超過其允許的最大電流。準確性原則：準確性原則：選用電表量程應(yīng)可能減小測量

7、值的相對誤差，電壓表、電流表在使用時盡可能使指針接近滿量程，若指針偏轉(zhuǎn)不到滿偏角度的/3/3，讀數(shù)誤差較大。方便操作原則：方便操作原則：選擇控制電路時，既要考慮供電電壓變化范圍是否滿足實驗要求，又要注意便于操作?；驹瓌t：基本原則：安全性、準確性、方便操作四、選擇電路器材的原則五、題例評解五、題例評解1.1.一個未知電阻一個未知電阻R Rx , ,無法估計其電阻值無法估計其電阻值, ,某同學用伏安法測量此電某同學用伏安法測量此電阻阻, ,用如圖甲、乙兩種電路各測一次用如圖甲、乙兩種電路各測一次, ,用甲圖所測數(shù)據(jù)為用甲圖所測數(shù)據(jù)為3.0V3.0V、3.0mA,3.0mA,用乙圖測得的數(shù)據(jù)是用乙

8、圖測得的數(shù)據(jù)是2.9V2.9V、4.0mA,4.0mA,由此可知由此可知, , 用用 圖測圖測得得R Rx x的誤差較小的誤差較小, ,測量值測量值R Rx x= = . .選用此電路的測量值比真實選用此電路的測量值比真實值值_（偏大或偏?。ㄆ蠡蚱。┘准?0001000 AVAVRxRx甲乙偏大偏大132.91330UU電壓表相對變化為14.03.0133II電流表相對變化為顯然是電流表讀數(shù)相對變化比較大，說明電壓表分流作用明顯，因此要采用內(nèi)接法。解析1.1.本題要根據(jù)兩個電表示數(shù)相對變化的大小來取舍電路解析2：因為 所以采用外接法；因為R滑10RX，所以要采用分壓電路.500XAVRR

9、 R2.用伏安法測量一定值電阻阻值的實驗所需的器材規(guī)格如下：A.待測電阻R Rx x（約120）B.直流毫安表（量程010mA，內(nèi)阻50）C.直流電壓表（量程03V，內(nèi)阻5k）D.直流電源（輸出電壓4V，內(nèi)阻不計）E.滑動變阻器（阻值0-10，最大電流1A）F.電鍵一個，導線若干在方框內(nèi)畫出電路圖，并根據(jù)電路圖連接右邊實物圖，開始時，滑動變阻器的滑片應(yīng)該移到最 端（選“左”或“右”）開始時，滑動變阻器的滑動觸頭應(yīng)該移到使電表讀數(shù)最小的位置，所以滑片P應(yīng)移到最 端右解析2：根據(jù)電路圖連接實物圖如下：3.3.用伏安法測量定值電阻的阻值，備用器材如下：待測電阻 R Rx x ( (阻值約為25K25

10、K) )電流表 A A1 1 ( (量程 100A100A，內(nèi)阻約為 2K2K) )電流表 A A2 2 ( (量程 500A500A，內(nèi)阻約為 300300) )電壓表 V V1 1 ( (量程 10V10V，內(nèi)阻約為 100 k100 k) )電壓表 V V2 2 ( (量程 50V50V，內(nèi)阻約為 500 k500 k) )電 源 E E ( (電動勢 15V15V，允許通過的最大電流 1A)1A)滑動變阻器 R R ( (最大阻值 1 k1 k) )電鍵S S，導線若干為了盡量減小實驗誤差，要求測多組數(shù)據(jù)。(1)(1)電流表應(yīng)選_，電壓表應(yīng)選_。(2)(2)畫出實驗電路圖。解析3(1)

11、 3(1) ：器材選擇( (測量電路) )電源電動勢遠小于電壓表V V2 2的量程，而跟電壓表V V1 1的量程較接近，若選用電壓表V V2 2來測量電壓，其最大偏轉(zhuǎn)量達不到量程的1/31/3，讀數(shù)時偶然誤差太大，所以選用V V1 1較恰當；而此時通過電流表的最大電流 ，因此，電流表A A2 2與V V1 1配置較好。又因為 , ,所以測量電路應(yīng)選內(nèi)接法。410A 400 A2.5 10mmxUIRAVR RxR =54773.3.用伏安法測量定值電阻的阻值，備用器材如下：待測電阻 R Rx x ( (阻值約為25K25K) )電流表 A A1 1 ( (量程 100A100A，內(nèi)阻約為 2K

12、2K) )電流表 A A2 2 ( (量程 500A500A，內(nèi)阻約為 300300) )電壓表 V V1 1 ( (量程 10V10V，內(nèi)阻約為 100 k100 k) )電壓表 V V2 2 ( (量程 50V50V，內(nèi)阻約為 500 k500 k) )電 源 E E ( (電動勢 15V15V，允許通過的最大電流 1A)1A)滑動變阻器 R R ( (最大阻值 1 k1 k) )電鍵S S，導線若干為了盡量減小實驗誤差，要求測多組數(shù)據(jù)。(1)(1)電流表應(yīng)選_，電壓表應(yīng)選_。A A2 2V V1 1解析3 (2) (2) ：電路選擇( (控制電路) )測量部分的總電阻R RX約為25k2

13、5k ，遠大于滑動變阻器的總電阻1k1k，即R R滑10R10Rx x ，所以要采用分壓電路控制，實驗電路如下圖所示。RRxv1A2E rS4 4在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗中，用導線a a、b b、c c、d d、e e、f f、g g和h h按圖所示方式連接好電路，電路中所有元器件都完好，且電壓表和電流表已調(diào)零閉合開關(guān)后：(1)(1)若不管怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡亮度能發(fā)生變化，但電壓表、電流表的示數(shù)總不能為零，則可能是_導線斷路解析4 (1) ：若調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡的亮度變化，但電壓表、電流表示數(shù)總不能為零，說明滑動變阻器起到了限流作用，而沒有起到分壓作用，所以可能是g導線斷

14、路g當小燈泡與電阻串聯(lián)后,由 E=I(Rr rR燈) ，解得R=0.8 .(2)(2)某同學測出電源和小燈泡的U-IU-I圖線如圖所示，將小燈泡和電阻R R串聯(lián)后接到電源上，要使電路中電流為1.0 A1.0 A，則R R _. _. 解析4 (2) ：由電源的U-I線知E=3.0 V，r r=1，小燈泡的U-I線得R燈=1.2 0.8RE rSL(3)(3)某同學在實驗中還測出a a、b b、c c三種元件的伏安特性曲線分別如圖7 7中的(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)，下列說法正確的是( ( ) ) A Aa a可以作為標準電阻使用B Bb b能作為標準電阻使用C Cb b的阻值隨電

15、壓升高而增大D Dc c的阻值隨電壓升高而增大解析4 (3) ：因a元件的I-U線是直線，說明電阻隨電壓的變化不變，故可作為標準電阻，故A對，B錯因I-U線的斜率倒數(shù)表示電阻值的變化，故C對，D錯，選A、C.AC 5. (2010 5. (2010江門模擬) )在“測定金屬的電阻率”的實驗中，用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如圖所示，用米尺測出金屬絲的長度L L，金屬絲的電阻大約為55，先用伏安法測出金屬絲的電阻R R，然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率(1)從圖中讀出金屬絲的直徑為_mm.解析5(1) ：0.5 mm0.179 mm0.679 mm.0.679 (2)(2)為此取

16、來兩節(jié)新的干電池、電鍵和若干導線及下列器材：為此取來兩節(jié)新的干電池、電鍵和若干導線及下列器材：A.A.電壓表電壓表0 03V,3V,內(nèi)阻內(nèi)阻10K10K B. B.電壓表電壓表0 015V,15V,內(nèi)阻內(nèi)阻50k50kC.C.電流表電流表0 00.6A,0.6A,內(nèi)阻內(nèi)阻0.05 D.0.05 D.電流表電流表0 03A,3A,內(nèi)阻內(nèi)阻0.010.01E E滑動變阻器滑動變阻器,0,010 F10 F滑動變阻器滑動變阻器,0,0100 100 要求較準確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選要求較準確地測出其阻值，電壓表應(yīng)選_，電流，電流表應(yīng)選表應(yīng)選_，滑動變阻器應(yīng)選，滑動變阻器應(yīng)選_(填序號填序號)解析5

17、(2) : 兩節(jié)干電池的電動勢是3 V，用3 V量程的電壓表A；因為金屬絲的電阻大約為5 ，即使把3 V的電動勢全加在金屬絲上，電流才是0.6 A，因此用量程是0.6 A的電流表C；此題中金屬絲的電阻大約為5 ，為了減小實驗誤差和方便操作，應(yīng)選10 的滑動變阻器E.ACE實驗中某同學的實物接線如圖實所示，請指出該同學實物接線中的兩處明顯錯誤錯誤1：_；錯誤2：_.導線接在滑動變阻器的滑片上電路采用了內(nèi)接法解析5(2) :檢查電路通常從電表的正負、量程、串并聯(lián)、內(nèi)外接、限流分壓、滑片P的位置、短路斷路等方面檢查。6 6(2007(2007廣東）實驗室新進了一批低電阻的電磁螺線管，已知螺線管使用的

18、金屬絲電阻率=1.7=1.71010-8-8mm。課外活動小組的同學設(shè)計了一個試驗來測算螺線管使用的金屬絲長度。他們選擇了多用電表、電流表、電壓表、開關(guān)、滑動變阻器、螺旋測微器（千分尺）、導線和學生電源等。 （1 1）他們使用多用電表粗測金屬絲的電阻，操作過程分以下三個步驟：（請?zhí)顚懙诓讲僮鳎⒓t、黑表筆分別插入多用電表的“+”+”、“-”-”插孔；選擇電阻檔“1”1”；_；把紅黑表筆分別與螺線管金屬絲的兩端相接，多用表的示數(shù)如圖6 6（a a）所示。 將紅、黑表筆短接，調(diào)整歐姆調(diào)零旋鈕調(diào)零AVRABPRxESAVRABPRxESRABPESAVRxRABPESAVRxCABD圖圖6（b）圖圖

19、6 （a）（2 2）根據(jù)多用電表示數(shù)，為了減少實驗誤差，并在實驗中獲得較大的電壓調(diào)節(jié)范圍，應(yīng)從圖7 7（b b）的A A、B B、C C、D D四個電路中選擇_電路來測量金屬絲電阻；D D（3 3）他們使用千分尺測量金屬絲的直徑，示數(shù)如圖所示，金屬絲的直徑為 mmmm；（4 4）根據(jù)多用電表測得的金屬絲電阻值，可估算出繞制這個螺線管所用金屬絲的長度約為_m m。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）0252030解析6:6:0.2600.26013m13m（4 4）多用電表測得的金屬絲電阻值R=4R=4224284(2.610)412.5 m441.710LLRSdd RLm（3 3）金屬絲的直徑為d=0.

20、260mmd=0.260mm解析6（5 5）: 使用多用電表電壓檔位，接通電源, ,逐個測量各元件、導線上的電壓，若電壓等于電源電壓，說明該元件或?qū)Ь€斷路故障。 使用多用電表電阻檔位, ,斷開電路或拆下元件、導線，逐個測量各元件、導線上的電阻，若電阻為無窮大，說明該元件或?qū)Ь€斷路故障. .（5 5）他們正確連接電路，接通電源后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)電流表始終無示數(shù)。請設(shè)計一種方案，利用多用電表檢查電路故障并寫出判斷依據(jù)。( (只需寫出簡要步驟) ) 六、答題經(jīng)驗小結(jié)六、答題經(jīng)驗小結(jié)1 1、關(guān)于電流表內(nèi)外接：待測電阻較大時一般內(nèi)接，測量結(jié)果偏大（大內(nèi)大）待測電阻較小時一般外接，測量結(jié)果偏?。ㄐ⊥?/p>

21、?。? 2、關(guān)于分壓與限流：根據(jù)題目的要求和隱含條件確定是限流還是分壓電路3 3、關(guān)于滑動電阻器的選擇：分壓時選R R滑小于R RX X的；限流時選R R滑大于R RX X的4 4、關(guān)于滑動變阻器在閉合開關(guān)前p p的位置分壓時移到R R滑最小值位置；限流時移到R R滑最大值位置5 5、關(guān)于器材的選擇主要從安全、準確、方便操作三個方面來考慮選擇1.1. 一只小燈泡，標有“3V3V、0.6W”0.6W”字樣?，F(xiàn)用給出的器材測量該小燈泡正常發(fā)光時的電阻R R1 1。（滑動變阻器最大阻值為1010；電源電動勢為12V12V，內(nèi)阻為11；電流表內(nèi)阻為11，電壓表的內(nèi)阻為10k10k）。 （1 1）在設(shè)計

22、電路的過程中，為了盡量減小實驗誤差，電流表應(yīng)采用 （選填“內(nèi)接”或“外接”）法?；瑒幼冏杵鞯倪B接方式應(yīng)采用 . . （選填“分壓式”或“限流式”） 七、課后練習七、課后練習（2）將你所設(shè)計的實驗電路圖畫在左下方的虛線框中。（3）根據(jù)設(shè)計的電路圖將實物圖連成完整的電路。開始時，滑動變阻器的滑動觸頭應(yīng)該移到最 端（選“左”或“右”） A+ +- -V+ +- -（4）若小燈泡發(fā)光暗時的電阻為R2，你根據(jù)所學的知識可判斷出R1 1與R2 2的大小關(guān)系為：R1 1 R2 2（選填“大于”、“等于”或“小于”）2有一個小燈泡上標有“4 V、2 W”的字樣，現(xiàn)在要用伏安法描繪這個燈泡的I-U圖線現(xiàn)有下列器

23、材供選用：A電壓表(0-5 V，內(nèi)阻10 k) B電壓表(0-15 V，內(nèi)阻20 k)C電流表(0-3 A，內(nèi)阻1 ) D電流表(0-0.6 A，內(nèi)阻0.4 )E滑動變阻器(10 ，2 A) F滑動變阻器(500 ，1 A)G學生電源(直流6 V)、開關(guān)、導線若干(1)實驗時，選用圖中甲而不選用圖乙的電路圖來完成實驗，請說明理由：_. (2)實驗中所用電壓表應(yīng)選_，電流表應(yīng)選用_，滑動變阻器應(yīng)選用_(用序號字母表示)(3)把圖中所示的實驗器材用實線連接成實物電路圖1. （1）外接、分壓式課后練習參考答案課后練習參考答案AVSE r（2 2） 電路圖如右（3 3）左A+ +- -V+ +- -（4 4）大于2. (1)2. (1)理由：小燈泡的電阻比較小，要采用電流表的外接法；描繪燈泡的I-UI-U圖線所測數(shù)據(jù)需從零開始，并要多取幾組數(shù)據(jù)，要采用分壓電路(3) 實線連接成實物電路圖如右(2)因小燈泡額定電壓為4 V，則電壓表選0-5 V的A