电学实验中关于电阻测定的方法公开课.docx

《电学实验中关于电阻测定的方法公开课.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电学实验中关于电阻测定的方法公开课.docx（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电学实验中关于电阻测定的方法王胜利高中物理中，对电学实验的考察一直是这几年高考中重点考察的问题。如2004年全国 高考湖南卷中考察了使用两个电压表测电阻，福建卷中考察了电压表内阻的测定；2003年 高考全国卷中考察了伏安法测电阻及电阻率等。纵观近几年的高考，电阻测定方法全面考察 电学中电压表、电流表、欧姆表原理及应用，电路的选择，实验方法的选择，实验数据的处 理方法。这里就电阻测定的问题提出与大家一起探讨。一、电表的原理：电压表、电流表和欧姆表，从本质上说就是灵敏电流计应用。各电表有读数就说明 有电流通过表头。电压表上的电流就是电压表的读数U与电压表内阻Rv的比，即I=U/Rv电流表两端电压就

2、是电流表的读数I与电流表内阻Ra的乘积，即 U=IRa二、滑动变阻器、变阻箱的应用：变阻箱的电阻不连续变化，但阻值可读出；滑动变阻器的电阻近似连续变化，但阻 值不可读出。故变阻箱多作为定值电阻使用，滑动变阻器多使用它做分压（图一）或限 流（图二）的应用。图一图二当被测电阻阻值为00寸当被测电阻阻值不为。时& r + R+Rg r+R( +R + Rx三、电阻测量的方法：1、欧姆表直接测量：欧姆表测量电阻的基本原理就是闭合电路欧姆定律的应用。在使用过程中注意每次换档测量前要进行调零。表盘指针在表盘中心位置附近刻度均匀的位置读数，读得的数值乘以档位值就是被测电阻阻值大小。2、伏安法：伏安法中最基本

3、的方法是利用一个电压表和一个电流表分别测量加在电阻两端的 电压和通过电阻的电流。使用过程中注意电流表的外接法（如图三）和内接法（如图四） 的应用。因为实际应用中的电表都不是理想的电表，即电压表的内阻不是无穷大，电流表的 电阻不等于零。在外接法中，电压表的读数等于被测电阻两端电压，但电流表的读数并 非只是通过被测电阻的电流，而是通过电压表和被测电阻的电流之和。外接法的误差分 析如下：被测电阻的真实值R k=U/Ir 被测电阻的测量值R测二U/I根据串并联电路的特点，有I/Ir = (Ir+Iv)/Ir= 1+Iv/Ir 又Iv/Ir=Rx/Rv图三外接法的误差分析内=真一测xlOO%= 1 加x

4、lOO%R真R真=1xloo% = X100%IR +，丫Rx + Rv因为被测电阻阻值心远小于电压表的内限3所以R%=1x100% 内Rv在内接法中，电流表读数I就是通过被测电阻Rx的电流，而电压表的读数U是加 在被测电阻和电流表两端的电压之和。外接法误差分析如下：被测电阻的真实值R真二Ur/I被测电阻的测量值R测二U/I根据串并联电路的特点，有Ua/Ur= Ra/Rx内接法的误差分析 内=真一一测I X100% = 1 引 X100%“真R真UaUrX1OO% 二& X100%Rx实验选择误差小的电路，由以上分析可知1)当Rx2 Rv Ra伏安法电路选择内接法在不知道被测电阻阻值的情况下可

5、以分别用内接法和外接法尝试，假设电压表读数变 化大说明这是一个小电阻，假设电流表读数变化大说明这是一个大电阻。例1： (2004年湖南、湖北卷22题)用以下器材测量一待测电阻氐的阻值(900-1000 0)：电源E,具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1,量程为L5V,内阻门=750。；电压表V2，量程为5V,内阻-2 = 2500。；滑线变阻器R,最大阻值约为100。；单刀单掷开关K,导线假设干。（1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的工，试画出测量电阻尺的一种实验电3路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。（2）根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。（3）

6、假设电压表Vi的读数用口表示，电压表V2的读数用仿表示，那么由量和测得 量表示区的公式为Rx=o解析滑动变阻器的最大电阻比被测电阻小的多时，电路中滑动变阻器采用分压 式。实验中给出的是两个电压表，而不是一个电压表和一个电流表，但电压表本质上就 是电流表改装成的，如果将其中一个电压表视为电流表，通过该电压表的电流I等于电 压表的读数U比上该电压表的内阻。根据题中的要求实验电路有以下两种：或E 图b其中，图a把电压表V2视为电流表，通过V2的电流I等于通过Rx的电流Ir和电 压表Vi的电流h之和，电压表读数Ui就是被测电阻Rx两端电压，有I=Ir+Ii通过电压表1、4的电流分别为I 上乙=必丫24

7、被测电阻阻值七旦=5八-2Ir 力以在图b中，根据串并联关系有通过电压表5电流为乙=4被测电阻与电压表V1串联，电流关系有 Ir=Ii电压关系有Ur=U2-Ui所以被测电阻的阻值为Rx= % = （JUJIr U、在这里电路实物图的连线不是我们在这里重点讨论的问题就此略过。同类变式（2004年福建卷22题第2问）实验室内有一电压表。,量程为150mV, 内阻约为150Q。现要将其改装成量程为10mA的电流表，并进行校准。为此，实验室提供)(A如下器材：干电池E（电动势为1.5V）,电阻箱R,滑线变阻器R,电流 表0 （有L5mA，15mA与150mA三个量程）及开关K。3）对电表改装时必须知道

8、电压表的内阻。可用图示的电路测量电压表的内阻。在既不损坏仪器又能使精确度尽可能高的 条件下，电路中电流表G）应选用的量程是。假设合上K,调节滑线变阻器后测得电压表的读数为150mV,电流表的读数为1.05mA,那么电压表的内阻Rmv为 o （取三位有效数字）答案1.5mA, 143 Q3、等效法：在电路中，将电阻Ri换成R2,假设电路中的电流或电阻两端电压保持不变，那么电阻Ri=R2o 在测量电路中，记下通过被测电阻Rx的电流I或被测电阻两端的电压U,将被测电阻换成 变阻箱，调节变阻箱的电阻，使通过变阻箱的电流11,或使变阻箱两端的电压U=U,这图五图五时变阻箱的读数R就是被测电阻的阻值。根据

9、此原理，我们可以利用电流表和变阻箱找电 流相等（如图五），也可以利用电压表和变阻箱找电压相等（如图六）。例2： （2004年高考北京卷22题）（18分）为了测定电流表Ai的内阻，采用如图七所示的电路。其中：Ai是待测电流表，量程为300 u A内阻约为100 Q；A?是标准电流表，量程是200 u A；Ri是电阻箱，阻值范围。999.9Q；R2是滑动变阻器；R3是保护电阻E是电池组，电动势为4V,内阻不计；S1是单刀单掷开关，S2是单刀双掷开关。（2）连接好电路，将开关S2扳到接点a处，接通开7-167-169关Si,调整滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150UA；然后将开关S2扳到接点b处

10、，保持R2不变，调节电阻箱R1,使A2的读数仍为150 uAo假设此时电阻箱各旋钮的位置如下图，电阻箱Ri的阻值是 那么待测电流表Ai的内阻R=。o分析此题是2004年高考北京卷实验题的第2问。题中所要测量的是电流表Ai的内 阻，通过等效法可知，当两次电流表A2的读数相同时，变阻箱的阻值就是电流表Ai的内阻。 所以待测电流表Ai的内阻R=86.3 Q值得注意的是变阻箱的电阻不连续，电键打在a、b两处时，电流表A2的读数不一定恰 好相等，所以变阻箱的最小示数影响到实验的精度，被测电阻阻值越大，同一个变阻箱测量 的误差越小。4、半偏法:半偏法多用于测电表的内阻，它所利用的是并联电路分流的特点。电路

11、如图八所示，在干路电流不变的情况下，灵敏电流计两端并入等值 电阻，图中两支路电流相等，通过灵敏电流计的电 流为干路电流的1/2,即闭合电键K后电流表的读 数是闭合电键K之前的一半，电流表到达半偏。从以上原理可以看出，闭合电键前，调节电位 器R,可以使灵敏电流计到达满偏，即干路电流就 等于Ig；闭合电键K后，电路的总电阻变小，根 据闭合电路欧姆定律，干路电流增大。并联电路电 流之和等于干路电流，即1=11+12 Ig闭合电键后，保持电位器R阻值不变，通过调节变阻箱R使通过灵敏电流计的电流 Ii=Ig/2,此时变阻箱的读数就视为灵敏电流计的内阻。通过变阻箱R，的电流b=I-hIg/2, 并联电路电

12、压相等，电流大的支路电阻小，所以RVRg ,（即半偏法测得电表内阻比真实值偏小）为了减小误差，要求闭合电键前后干路电流近似不变，即加在电位器R两端的电压R 变化很小，电位器R与灵敏电流计和变阻箱R组成的并联电路串联，串联电路电压之比等 于电阻之比。电键K闭合前：。=一U = R1电键K闭合后：Ur=U = UR+R 井i+&R所以RRg时，可近似认为电位器R两端电压不变，用半偏法测电表内阻误差较小。在半偏法测电阻实验选择实验仪器中，变阻器阻值要大；同时电源电动势要大些（因为 闭合电路欧姆定律可知 E = IR + Rx + r）,所以灵敏电流计满偏电流Ig 一定时，电源 电动势越大，灵敏电流计

13、满偏时电阻R越大，误差越小）。例3： （2004年天津卷22题）现有一块59c2型的小量程电流表G （表头），满偏电流 为50/A,内阻约为800850。，把它改装成1加4、102A的两量程电流表。可供选择的器材有：滑动变阻器Ri，最大阻值20O ；滑动变阻器R2，最大阻值100AQ电阻箱R,最大阻值9999Q定值电阻凡，阻值1屈1；电池E,电动势1.5V；电池七，电动势3.0V；电池均，电动势4.5V；（所有电池内阻均不计）标准电流表A,满偏电流1.5加4；单刀单掷开关M和S2,单刀双掷开关S3,电阻丝及导线 假设干。（1）采用如下图电路测量表头的内阻，为提高测量精确度, 选用的滑动变阻器为

14、；选用的电池为 O解析从上面的分析中我们知道滑动变阻器R选R2，电 池选E305、电桥法：（惠更斯电桥）惠更斯电桥如图九所示，图中使用两个定值电阻Ri、R2和一 个变阻箱R3及灵敏电流计构成。如果AB两点的电势相等，那么 AB之间的灵敏电流计的读数为零，电路可变为图十形式。所以在图十电路中，R和R2两端电压相等，为Ui；被测电 阻Rx和变阻箱R3两端电阻相等，为U2。根据串并联电路的特点有： 4=旦 二殳U） Rx U? R.被测电阻阻值Rx =R?乙八ND惠更斯电桥法在高中物理中的应用不做重点要求，这里我们只是把它提出，。物理是一门实验科学，而电学实验全方位的从理论的角度考察了学生的基本实验能力, 我们就电阻测定的有关方法提出，缺乏之处望各位指正。