高中物理伏安法測(cè)電阻省公開課一等獎(jiǎng)全國示范課微課金獎(jiǎng)_第1頁
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文檔簡介

伏安法測(cè)電阻第1頁

依據(jù)部分電路歐姆定律可知,只要測(cè)出被測(cè)電阻兩端電壓U和流過該電阻電流I,就可求出電阻R大小。一、試驗(yàn)原理R=U

I第2頁二、試驗(yàn)電路

測(cè)量電路

控制電路第3頁三、試驗(yàn)器材第4頁伏安法測(cè)電阻電路選擇(1)電流表和電壓表各一個(gè),知道其內(nèi)阻大約值

若時(shí),選取電流表內(nèi)接法。因?yàn)樵撾娐分须妷罕碜x數(shù)U表示被測(cè)電阻Rx與電流表A串聯(lián)后總電壓,電流表讀數(shù)I表示經(jīng)過Rx電流,所以使用該電路所測(cè)電阻,比真實(shí)值Rx大了RA1.測(cè)量電路選擇①內(nèi)接法RxVA第5頁②外接法

若時(shí),選取電流表外接法,如上圖所表示。因?yàn)樵撾娐分须妷罕碜x數(shù)U表示Rx兩端電壓,電流表讀數(shù)I

表示經(jīng)過Rx與RV并聯(lián)電路總電流,所以使用該電路所測(cè)電阻,比真實(shí)值Rx略小些。RxVA第6頁(2)兩只同種電表,已知其內(nèi)阻

已知內(nèi)阻電流表能夠當(dāng)電壓表使用,普通用來測(cè)阻值較小電阻兩端電壓(小電壓),已知內(nèi)阻電壓表也能夠當(dāng)電流表使用,普通用來測(cè)小電流?;蚧騌xA1A2RxA1A2Rxv2v1Rxv1v2第7頁(3)兩只同種電表,內(nèi)阻都未知,需要一個(gè)電阻箱或一定值電阻就能測(cè)量電表內(nèi)阻RxA1A2Rxv2v1第8頁2.控制電路選擇控制電路分為限流式和分壓式兩種PARB

PARB變阻器常規(guī)處理

將變阻器從滑動(dòng)觸點(diǎn)P分成兩個(gè)部分,把一個(gè)完整變阻器看成是由兩部分串聯(lián)組成,以下列圖所表示。第9頁

兩種接法比較a.電壓調(diào)整范圍分壓:UL=0→U0限流:b.電流調(diào)整范圍分壓:限流:可見:分壓式接法最大優(yōu)點(diǎn)是它調(diào)壓(或調(diào)流)范圍寬,其次是它電壓、電流范圍都包含0值且跟R無關(guān):而限流式接法不但調(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相關(guān)。⑴從調(diào)整范圍來看第10頁⑵從方便調(diào)整角度來看分壓式接法以RL>R尤其以RL>>R為優(yōu);而限流式接法應(yīng)以RL<R或跟R相當(dāng),即RL≤R為宜。⑶從節(jié)能方面來看在滿足負(fù)載需要情況下,限流式電路消耗總功率小,電源負(fù)擔(dān)輕;而分壓式電路消耗總功率大,電源負(fù)擔(dān)重。⑷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。第11頁兩種接法選擇標(biāo)準(zhǔn)⑴從試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求上看若需要大范圍調(diào)壓或需小電流調(diào)整,尤其是要求含0值電流、電壓調(diào)整,那就非分壓式接法莫屬了。若僅僅是為了電路安全,而對(duì)電壓、電流調(diào)整又沒有特殊要求時(shí),則選擇限流式接法還更簡便、更節(jié)能一些。⑵從方便調(diào)整角度來看通常對(duì)小阻值滑動(dòng)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(duì)大阻值滑動(dòng)變阻器或小阻值負(fù)載則以限流式為宜。第12頁

(1)要求回路中某部分電路電流或電壓實(shí)現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)整時(shí)必須采取分壓接法。(2)當(dāng)被測(cè)電阻阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器最大值R,且試驗(yàn)要求電壓改變范圍較大(或要求測(cè)量多組數(shù)據(jù))時(shí),必須采取分壓接法。(3)若采取限流接法,電路中實(shí)際電壓(電流)總是超出試驗(yàn)儀器量程時(shí),只能采取分壓接法。以下三種情況必須選取分壓接法第13頁1、用伏安法測(cè)量一個(gè)電阻.器材有:待測(cè)電阻RX(約為15Ω);電流表(量程為25mA,內(nèi)阻50Ω)電壓表(量程為3V,內(nèi)阻5kΩ)電源(E=4V,r=0)滑動(dòng)變阻器R(最大值100Ω,允許最大電流1A)開關(guān)1個(gè),導(dǎo)線若干,依據(jù)器材規(guī)格和試驗(yàn)要求連接實(shí)物圖析:⑴∵RX<R’∴采取電流表外接法

RX<R,所以采取限流式接法RX=100Ω,(2)VARXR。ab第14頁VARXR。ab第15頁

2、要用伏安法來測(cè)量一個(gè)電阻RX(約為25KΩ)。器材以下:直流電流表(0~50μA,內(nèi)阻r=0.3kΩ)

直流電壓表(0~10V,內(nèi)阻r=100kΩ)電源(15V,額定交流1A)滑動(dòng)變阻器(0~1KΩ,額定功率1W)導(dǎo)線,開關(guān)。為使測(cè)量結(jié)果到達(dá)較高準(zhǔn)確度,則:(1)控制電路應(yīng)采取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?

⑶畫出試驗(yàn)電路圖VAR分析:

RX>R,所以采取分壓式接法(1)(2)RX=25KΩ所以采取安培表內(nèi)接法∴RX>R’第16頁VAR第17頁四、選擇器材和電路普通標(biāo)準(zhǔn)1.安全性標(biāo)準(zhǔn):試驗(yàn)中要確保電流、電壓值既不超出儀表量程,又不能超出變阻器、小燈泡、電阻箱等器材所允許最大值.2.準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn):在不違反安全性標(biāo)準(zhǔn)前提下,盡可能使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確(減小誤差).3.簡便性標(biāo)準(zhǔn):在不違反前兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)前提下,盡可能使測(cè)量電路簡單好接,測(cè)量中調(diào)整控制操作方便.本著這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn),普通按照以下次序選擇電路和器材:1、滑動(dòng)變阻器接法和選擇(控制電路)---簡便性、安全性2、電流表和電壓表選擇(電表)---安全性、準(zhǔn)確性3、電流表內(nèi)外接(測(cè)量電路)---準(zhǔn)確性第18頁

例1.有一電阻R,其阻值大約在40Ω至50Ω之間,需深入測(cè)定其阻值,現(xiàn)有以下器材:電池組ε,電動(dòng)勢(shì)為9V,內(nèi)阻忽略不計(jì);電壓表V,量程為0至10V,內(nèi)阻20Ω;電流表A1,量程為0至50mA,內(nèi)阻約20Ω;電流表A2,量程為0至300mA,內(nèi)阻約4Ω;滑動(dòng)變阻器R1,阻值范圍為0至100Ω,額定電流1A;滑動(dòng)變阻器R2,阻值范圍為0至1700Ω,額定電流0.3A;開關(guān)S及導(dǎo)線若干.試驗(yàn)中要求多測(cè)幾組電流、電壓值,為使試驗(yàn)正常進(jìn)行并減小誤差,并要求滑動(dòng)變阻器便于調(diào)整,在試驗(yàn)中應(yīng)選電流表

和滑動(dòng)變阻器

.1、滑動(dòng)變阻器接法和選擇(控制電路)---簡便性2、電流表和電壓表選擇(電表)---安全性和準(zhǔn)確性3、電流表內(nèi)外接(測(cè)量電路)---準(zhǔn)確性第19頁

例2.用伏安法測(cè)量某電阻阻值,現(xiàn)有試驗(yàn)器材以下:待測(cè)電阻Rx(阻值大約為5Ω,額定功率為1W);電流表A1(量程為0~0.6A,內(nèi)阻為0.2Ω);電流表A2(量程為0~3A,內(nèi)阻為0.05Ω);電壓表V1(量程為0~3V,內(nèi)阻為3KΩ);電壓表V2

(量程為0~15V,內(nèi)阻為15KΩ);滑動(dòng)變阻器R(0~50Ω);蓄電池(電動(dòng)勢(shì)為6V),開關(guān)、導(dǎo)線。為了較準(zhǔn)確測(cè)量Rx阻值,確保器材安全,以及操作方便,電流表、電壓表應(yīng)選擇

,并畫出試驗(yàn)電路圖。第20頁

3、確定測(cè)量電路因?yàn)榇郎y(cè)電阻Rx阻值大約是5Ω,而所用電流表內(nèi)阻為0.2Ω,所用電壓表內(nèi)阻為3KΩ,被測(cè)電阻為小電阻,故采取電流表外接法。

1、確定控制電路和變阻器因滑動(dòng)變阻器全值R0大于被測(cè)電阻阻值Rx,故考慮滑動(dòng)變阻器限流接法。(采取限流接法時(shí),經(jīng)過Rx最小電流為0.11A,最大電流為0.45A,符合試驗(yàn)要求)。

2、確定電壓表、電流表被測(cè)電阻Rx額定電壓、額定電流分別為2.2V和0.45A,則電流表選取A1,電壓表選取V1。解:第21頁作業(yè):第22頁

1、有一個(gè)量程為0~0.6~3安培安培表(0~0.6安培擋內(nèi)阻為0.125歐,0~3安培擋內(nèi)阻為0.025歐),一個(gè)量程為0~15伏伏特表(內(nèi)阻為1.5×104歐姆),一個(gè)滑動(dòng)變阻器(電阻為0~200歐),一個(gè)電壓為12伏特蓄電池組,一個(gè)電鍵和一些導(dǎo)線。要使用這些器件用伏安法測(cè)量一個(gè)阻值約為幾十歐線圈電阻。⑴畫出試驗(yàn)應(yīng)采取電路圖。⑵在實(shí)物圖中畫線,把所表示器件連接成電路。第23頁2.用伏安法測(cè)量定值電阻阻值,備用器材以下:待測(cè)電阻Rx(阻值約為25KΩ)電流表A1(量程100μA,內(nèi)阻約為2KΩ)電流表A2(量程500μA,內(nèi)阻約為300Ω)電壓表V1(量程10V,內(nèi)阻約為100kΩ)電壓表V2(量程50V,內(nèi)阻約為500kΩ)電源E(電動(dòng)勢(shì)15V,允許經(jīng)過最大電流1A)滑動(dòng)變阻器R(最大阻值1kΩ)電鍵S,導(dǎo)線若干為了盡可能減小試驗(yàn)誤差,要求測(cè)多組數(shù)據(jù)。(1)電流表應(yīng)選_________,電壓表應(yīng)選__________。(2)畫出試驗(yàn)電路圖并連接實(shí)物圖。第24頁第25頁第26頁第27頁⑴因?yàn)?、可見,RV與RX相差更大些,應(yīng)采取安培表外接式。分析:⑵因?yàn)榇郎y(cè)電阻小于滑動(dòng)變阻器全值電阻,所以變阻器應(yīng)采取限流式接法。

V電路圖如圖所表示

RXR

AA第28頁⑶因?yàn)榻?jīng)過電路最大電流為:可見,電流表量程選0.6安培即可。

V

RXR

AA⑷線路連接以下:第29頁

2.圖為伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻阻值試驗(yàn)所需器材實(shí)物圖。器材規(guī)格以下:⑴待測(cè)電阻Rx(約100歐)⑵直流毫安表(量程0—10毫安,內(nèi)阻50歐)⑶直流電壓表(量程0—3伏,內(nèi)阻5千歐)⑷直流電源(輸出電壓4伏,內(nèi)阻可不計(jì))⑸滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0—15歐,允許最大電流1安)⑹電鍵一個(gè),導(dǎo)線若干條依據(jù)器材規(guī)格和試驗(yàn)要求,在本題實(shí)物圖上連線。第30頁分析⑴因?yàn)榇郎y(cè)電阻大于滑動(dòng)變阻器全值電阻,所以變阻器應(yīng)采取分壓式接法。⑵因?yàn)镽A與RX相當(dāng),而RV>>RX,所以,采取安培表外接式。⑶若選取限流式接法,則經(jīng)過回路最小電流為:可見,只有選取分壓式接法。⑷線路連接以下:第31頁第32頁第33頁第34頁第35頁【例7】一個(gè)電壓表內(nèi)阻為30kΩ左右,現(xiàn)要用伏安法測(cè)量其內(nèi)阻,試驗(yàn)室提供以下可選取器材:

待測(cè)電壓表V(量程5V)

電流表A1(量程200μA)

電流表A2(量程5mA)

電流表A3(量程0.6A)

滑動(dòng)變阻器R(最大阻值1kΩ)

電源ε(電動(dòng)勢(shì)6V)

開關(guān)S及導(dǎo)線

在所提供電流表中,應(yīng)選取

(填字母代號(hào)).

解:選擇電流表,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前提下,應(yīng)盡可能地使指針滿偏或靠近滿偏.為了準(zhǔn)確地選擇該試驗(yàn)所需電流表,必須估算電路中可能到達(dá)最大電流強(qiáng)度,估算時(shí)應(yīng)抓住主要矛盾,忽略次要原因.Imax=ε/RV

因?yàn)楹雎粤穗娫磧?nèi)阻,電流表內(nèi)阻,所以電路中可能到達(dá)最大電流強(qiáng)度一定小于200μA.假如僅從安全角度看,電流表A1,A2,A3均可,但從安全與準(zhǔn)確相結(jié)合角度看,只能選取電流表A1。第36頁

例1.某電壓表內(nèi)阻在20kΩ~50kΩ之間,現(xiàn)要測(cè)量其內(nèi)阻,試驗(yàn)室提供以下可選取器材:待測(cè)電壓表V(量程3V),電流表A1(量程200μA),電流表A2(量程5mA),電流表A3(量程0.6A),滑動(dòng)變阻器R(最大阻值1kΩ),電源E(電動(dòng)勢(shì)4V),電鍵S.(1)所提供電流表中,應(yīng)選取_____(填寫字母代號(hào)).(2)為了盡可能減小誤差,要求測(cè)量多組數(shù)據(jù),試在圖中畫出符合要求試驗(yàn)電路圖(電源和電鍵及連線已畫出).εVA1第37頁第38頁第39頁器材名稱器材代號(hào)器材規(guī)格電流表A1量程300mA,內(nèi)阻約為5Ω電流表A2量程600mA,內(nèi)阻約為1Ω電壓表V量程15V,內(nèi)阻約為3kΩ定值電阻R05Ω滑動(dòng)變阻器R10~10Ω

,額定電流為1A滑動(dòng)變阻器R20~250Ω

,額定電流為0.3A電源E電動(dòng)勢(shì)為3V,內(nèi)阻不計(jì)導(dǎo)線、開關(guān)若干

例2、為了測(cè)定電流表A1內(nèi)阻r1準(zhǔn)確值,試驗(yàn)室給出了以下器材:第40頁(1)要求電流表A1示數(shù)從零開始改變,且能多測(cè)幾組數(shù)據(jù),盡可能降低試驗(yàn)誤差。在虛線框內(nèi)畫出試驗(yàn)電路原理圖,并在圖中標(biāo)出所選取器材代號(hào)。(2)若選測(cè)量數(shù)據(jù)中一組來計(jì)算電流表A1內(nèi)阻r1,則所測(cè)電流表A1內(nèi)阻r1表示式為:r1=_____。式中各符號(hào)意義是:________________。第41頁

分析與解答:

(1)①器材選擇(測(cè)量電路)因?yàn)殡妷罕砹砍虨殡娫措妱?dòng)勢(shì)5倍,所以該電壓表與電源不相配,不能選取該電壓表來測(cè)量電壓。而電流表A1和A2能夠配置,所以將電流表A2跟定值電阻配合起來能夠當(dāng)電壓表使用,測(cè)量電路應(yīng)為:RxA1A2第42頁

②電路選擇(控制電路)

題目要求電流表A1示數(shù)從零開始改變,多測(cè)幾組數(shù)據(jù),所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)用分壓接法。用總阻值較小滑動(dòng)變阻器調(diào)整方便,故應(yīng)選R1,電路圖為:(2)利用電流表A1測(cè)出本身電流I1,電流表A2測(cè)出經(jīng)過A1和R0總電流I2,依據(jù)并聯(lián)電路關(guān)系有I1r1=(I2-I1)R0

,解得ER1rRoA2SA1第43頁1.用以下器材測(cè)量一待測(cè)電阻Rx阻值(900~1000Ω):電源E,含有一定內(nèi)阻,電動(dòng)勢(shì)約為9.0V;電壓表V1,量程為1.5V,內(nèi)阻r1=750Ω

;電壓表V2,量程為5V,內(nèi)阻r2=2500Ω

;滑線變阻器R,最大阻值約為100Ω

;單刀單擲開關(guān)S,導(dǎo)線若干。(1)測(cè)量中要求電壓表讀數(shù)大于其量程1/3,試畫出測(cè)量電阻Rx一個(gè)試驗(yàn)電路原理圖(原理圖中元件要用題中對(duì)應(yīng)英文字母標(biāo)注)。(2)若電壓表V1讀數(shù)用U1表示,電壓表V2讀數(shù)用U2表示,則由已知量和測(cè)得量表示Rx公式為Rx=_______。練習(xí)第44頁

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(3.0kΩ),滑動(dòng)變阻器R(0~100Ω),直流電源(約6V,內(nèi)阻不計(jì)),開關(guān)、導(dǎo)線若干。要求利用這些器材來測(cè)量電壓表V1內(nèi)阻值,請(qǐng)?jiān)谙逻叿娇騼?nèi)畫出試驗(yàn)電路圖;若用已知量和直接測(cè)得量來表示電壓表V1內(nèi)阻,則表示式為r=_______________。式中各測(cè)得量物理意義是:_______________________。第45頁半偏法測(cè)電阻與電流表改裝成伏特表和安培表第46頁一、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo):

用半偏法測(cè)量一個(gè)靈敏電流為Ig電流表內(nèi)電阻R

,并將它改裝成一個(gè)量程為v(I)電壓(安培表),并校準(zhǔn)該改裝表。第47頁R1R2Gs1s2E電原理圖第48頁二、工作原理若主回路電流恒定不變,當(dāng)兩支路電流各分?jǐn)偪傠娏鞫种粫r(shí),則這個(gè)支路電阻相等。用電阻箱R2

可讀阻值去替換被測(cè)電流表內(nèi)阻值Rg

。第49頁三、試驗(yàn)儀器現(xiàn)備有以下器材:A.電流表(量程0~100μA,內(nèi)阻約為100Ω)B.電阻箱(范圍O~10Ω)C.電阻箱(范圍0~9999Ω)D.電阻箱(范圍0~99999Ω)E.滑動(dòng)變阻器(范圍0~200Ω)F.電源(電動(dòng)勢(shì)3v,內(nèi)阻不計(jì))G.開關(guān)和若干導(dǎo)線第50頁四、試驗(yàn)要求:1.儀器規(guī)格與量程選擇。2.線路連接。3.試驗(yàn)中讀得R2

阻值為100Ω,若將此電流表改裝成量程為3v電壓表,應(yīng)串聯(lián)一個(gè)阻值為

29900Ω電阻。4.若用此改裝表去測(cè)量一穩(wěn)恒電壓,則測(cè)量值和真實(shí)值相比偏?。ㄌ睢捌蟆被颉捌 保?。第51頁五、試驗(yàn)步驟:

①接通s1

,調(diào)整R1

,使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度;②再接通s2

,調(diào)整R2

,使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度二分之一;③讀出R2

阻值,即認(rèn)為電流表內(nèi)阻Rg=R2

。

第52頁

分析與解答:

(Ⅰ)為了控制主回路電流強(qiáng)度,主回路中調(diào)整和控制電流電阻R1

應(yīng)選阻值較大,調(diào)整范圍較寬電阻,∴R1應(yīng)選調(diào)整范圍為0~99999Ω電阻箱。電流表電阻普通在100Ω左右,用半偏法測(cè)電流表電阻時(shí),與電流表并聯(lián)分流電阻用只要略大于電流表電阻電阻箱即可,∴R2

應(yīng)選調(diào)整范圍為0~9999Ω電阻箱。第53頁(Ⅱ、Ⅲ)

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