伏安法測電阻實驗專題

1、實驗二 伏安法測電阻一. 教學內容：伏安法測電阻實驗問題綜合二. 學習目標：1、掌握伏安法測電阻的實驗原理及兩種電路的誤差來源。2、熟練利用伏安法測電阻的實驗原理對實驗電路及器材做出選擇。3、重點掌握伏安法實驗習題的類型及其相關的解法?？键c地位：伏安法測電阻是電學實驗的重點內容，是歷年高考考查的重點和難點，實驗所涉及的知識面廣，綜合性強，難度較大，從出題內容上可以從多角度考查學生的實驗分析能力，包括電阻的測量、電表內阻的測量、電路及儀器器材的選擇、實驗電路的連接、實驗原理的遷移等，出題形式主要是以實驗題形式出現，三. 重難點解析：1、伏安法測電阻原理分析：（1）測量原理：根據歐姆定律，得到，用

2、電壓表測出電阻兩端的電壓和通過電阻的電流，就可以求出電阻，這種測量電阻的方法叫伏安法。（2）兩種測量電路的比較類別安培表內接法安培表外接法電路圖誤差分析伏特表示數安培表示數誤差來源于安培表的分壓作用伏特表示數安培表示數誤差來源于電壓表的分流作用兩種電路的選擇條件R越大，越接近越接近于可見，為了減小誤差，該電路適合測大電阻，即R越小，越接近越接近可見，為減小誤差，該電路適合測小電阻，即電流表和電壓表的內接和外接法的選擇原則：2.試觸法選擇內、外接法：具體方法是，在如圖所示的電路中，改變電表的連接方式，拿電壓表的一個接線柱分別接觸M、N兩點，觀察電壓表和電流表的示數變化，如果電流表變化明顯，說明電

3、壓表內阻對電路影響較大，應采用內接法；如果電壓表變化明顯，說明電流表內阻對電路影響較大，應采用外接法。題型1、伏安法實驗原理問題：用伏安法測電阻，當被測電阻的阻值不能估計時，可采用試接的辦法，如圖所示。讓電壓表一端先后接到b點和c點，觀察兩個電表的示數，若電流表的示數有顯著變化，則待測電阻的阻值跟_表的內阻可以比擬。電壓表的兩端應接在a、_兩點；若電壓表的示數有顯著變化，則待測電阻的阻值跟_表的內阻可比擬，電壓表應接在a、_兩點。答案：電壓c電流b二.滑動變阻器的限流接法和分壓接法：電路負載上電壓調節(jié)范圍負載上電流調節(jié)范圍閉合開關前觸電所處位置相同條件下消耗的總功率限流接法RLR0Sabr0P

4、b端分壓接法RLR0Sabr0Pa端比較分壓電路調節(jié)范圍大分壓電路調節(jié)范圍大都為了保護負載電路限流電路能耗小滑動變阻器的兩種電路連接都能控制調節(jié)負載的電流和電壓，但在相同條件下調節(jié)效果不同，實際應用中要根據具體情況恰當的選擇限流接法和分壓接法。兩種接法的選用原則（1）負載電阻的阻值遠大于變阻器的總電阻，須用分壓式電路。若接成限流式，當改變滑動變阻器的阻值時，電路中電流變化不明顯，測得的電壓和電流取值范圍小。例1. 某電壓表的內阻在之間，現要測量其內阻，實驗室提供下列可選用的器材：待測電壓表V（量程3V）；電流表（量程）；電流表（量程）；電流表（量程）滑動變阻器R（最大阻值）；電源（電動勢4V）

5、；電鍵K。（1）所提供的電流表中，應選用_。（2）為了盡量減小誤差，要求測多組數據。試畫出符合要求的實驗電路圖。（97年高考）分析：將電流表、電壓表串聯，只要讀出兩表讀數，即可用公式求得電壓表的內阻。通過電壓表的最大電流值故電流表應選。由于變阻器的阻值遠小于電壓表的內阻，且要求測多組數據，故變阻器用分壓式連接，如圖3所示。圖3（2）要求負載上電壓或電流變化范圍較大，或者需要從零開始連接可調，須用分壓式接法。例2. 已知某電阻絲的電阻約為，現有下列器材供測量該電阻絲的電阻時使用；A. 量程為，內阻是的電流表。B. 量程為3V，內阻是的電壓表。C. 阻值是，額定電流為2A的滑動變阻器。D. 蓄電池

6、（6V）。E. 開關一個，導線若干。要求：畫出用伏安法測上述電阻絲的電阻的電路圖，測量數據要盡量多。分析：若采用限流式接法，由于電阻絲阻值為，在3V電壓（電壓表的量程）下工作，則流過它的最大電流為，改變滑動變阻器的阻值（0），電路中電流變化范圍約為，電流取值范圍比較小，故采用分壓式接法比較好。電路圖如圖4所示。圖4（3）若電源的電動勢較大，負載電阻及滑動變阻器的總阻值不大，如果實驗所提供的電表量程或其它元件允許通過的最大電流很小，若采用限流接法，無論怎樣調節(jié)，電路中實際電流（或電壓）都會超過電表量程或元件允許的最大電流（或電壓），為了保護電表或其它元件，必須采用分壓接法。例3. 用伏安法測量一

7、個定值電阻的器材規(guī)格如下：待測電阻（約）；直流電流表（量程，內阻）；直流電壓表（量程，內阻）；直流電源（輸出電壓3V，內阻不計）；滑動變阻器（阻值范圍，允許最大電流1A）；電鍵一個，導線若干條。根據器材的規(guī)格和實驗要求畫出實驗電路圖。分析：若滑動變阻器采用限流式連接，則將其全部接入電路時，電路電流為仍大于直流電流表的最大量程（10mA），故滑動變阻器應用分壓式連接。又因，故采用電流表外接法，實驗電路圖如圖5所示。圖5（4）當負載電阻的阻值小于變阻器總電阻R或相差不多時，若兩種電路都可以對負載的電流和電壓有明顯的調節(jié)，或兩種電路都滿足實驗要求，且電壓、電流變化不要求從零調起，則多采用限流式接法，

8、這樣的接法電源負擔輕，能耗小。例4. 在一次實驗中需要較準確地測量某一個金屬絲的電阻，已知金屬絲的電阻，約為；電流表量程3A，內電阻約；電壓表量程3V，內電阻約；電源電動勢6V；滑動變阻器R的總電阻，額定電流。試畫出測量金屬絲電阻的電路圖。分析：電源電動勢為，流過金屬絲的電流約可采用限流接法，電路如圖6所示。圖6 總結：（1）通常情況下（滿足安全條件），由于限流電路能耗較小，電路結構簡單，因此應優(yōu)先考慮。（2）在下列情況下必須采用分壓接法。（1）負載電阻的阻值遠大于變阻器的總電阻，須用分壓式電路。若接成限流式，當改變滑動變阻器的阻值時，電路中電流變化不明顯，測得的電壓和電流取值范圍小

9、。（2）要求負載上電壓或電流變化范圍較大，或者需要從零開始連接可調，須用分壓式接法。（3）若電源的電動勢較大，負載電阻及滑動變阻器的總阻值不大，如果實驗所提供的電表量程或其它元件允許通過的最大電流很小，若采用限流接法，無論怎樣調節(jié)，電路中實際電流（或電壓）都會超過電表量程或元件允許的最大電流（或電壓），為了保護電表或其它元件，必須采用分壓接法。（4）當負載電阻的阻值小于變阻器總電阻R或相差不多時，若兩種電路都可以對負載的電流和電壓有明顯的調節(jié)，或兩種電路都滿足實驗要求，且電壓、電流變化不要求從零調起，則多采用限流式接法，這樣的接法電源負擔輕，能耗小。三、實驗電路及器材的選擇原則與方法：（1）實

10、驗電路的選擇原則：在高中物理階段常見的電路選擇問題有兩種。選擇滑動變阻器的限流和分壓接法；選擇電流表和電壓表的內接和外接法。滑動變阻器的限流和分壓接法的選擇原則：一般情況下全部選限流接法，除非有特殊要求。特殊要求如下：負載兩端電壓由零開始變化；用限流接法時，負載能承受的電流小于用限流接法所能達到的最小電流；所用電流表和電壓表的量程小于用限流接法所能達到的最小電流和分到的電壓。（2）電路器材的選擇。電流表和電壓表的選擇原則是第一要安全，第二要準確。準確是指在可用的電流表、電壓表測量范圍內，盡可能選用量程小一些的電表，因為電流表、電壓表在測量時指針偏轉角越大，誤差越小。例如電流電壓為6V，可供選擇

11、的電壓表有3V和15V兩個電壓表。從安全考慮只能選15V電壓表。如電源電壓為4V，可供選擇的電壓表有6V和9V兩個電壓表。則應選6V電壓表。電源的選擇原則是第一能用，第二是經濟。例如為保證6V、6W的用電器能正常工作，可供選擇的電源有6V、的兩個電源。則應選9V的電源。若兩電源都是內阻極小而可忽略不計的電源。則應選6V的電源?；瑒幼冏杵鞯倪x擇原則第一是能用，第二是方便。所有滑動變阻器的銘牌上都標明該滑動變阻器的最大阻值和允許通過的最大電流。因此，滑動變阻器的選擇首先看實驗時通過滑動變阻器的電流是否在其允許范圍之內，然后看滑動變阻器的電阻和電路中其他總電阻是否相當，例如電路總電阻約為，選擇滑動變

12、阻器連接限流電路，可供選擇的滑動變阻器的最大電阻有、則應選擇太小，可調范圍小，太大，調節(jié)極不方便，滑動觸頭稍稍一動，電阻變化就是幾百上千歐。連接成分壓器電路時原則也是一樣。題型2、實驗器材的選擇及實驗電路的設計問題：如圖所示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：（1）待測電阻；（2）直流毫安表（量程020mA，內阻）；（3）直流電壓表（量程03V，內阻）；（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，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。解析：先確定采用電流表內接電路還是外接電路。，不

13、滿足內接的要求。又，滿足電流表外接的要求，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，已超過電流表量程，故必須采用滑動變阻器分壓式電路。實驗電路如圖所示。實物連線如圖所示。變式：欲用伏安法測定一段阻值為左右的金屬導線的電阻，要求測量結果盡量準確，備有以下器材：A. 電池組（3V、）B. 電流表（）C. 電流表（）D. 電壓表（03V、）E. 電壓表（015V、）F. 滑動變阻器（0）G. 滑動變阻器（0）H. 開關、導線（1）上述器材中應選用的是_。（2）實驗電路應采用電流表_接法（填“內”或“外”）。（3）畫出實驗電路圖。答案：

14、（1）A、C、D、F、H（2）外（3）如圖所示。題型3、（特殊測量方法）1用一個已知電阻和兩個電壓表。例題1用如圖所示的電路來測量未知電阻RX的阻值，R0阻值已知。(1）將實驗過程補充完整：a對照電路圖連接好電路，并將滑動變阻器的滑片滑至阻值最大處；b閉合開關，_。c斷開開關，整理器材。(2）用測量所得的物理量和已知量符號表示出待測電阻RX_。(3）寫出本實驗中滑動變阻器的作用：_2用一個已知電阻和兩個電流表例題2、現有下列實驗器材：一只已知阻值的定值電阻R0、兩只電流表、電池、開關、足量的導線。請你利用這些器材設計實驗，測出一只未知電阻Rx的阻值。要求：(1)在右框內畫出實驗電路圖。(2)簡

15、述實驗過程并用已知量和測量量表示Rx。 3用一個電流表和電阻箱例題3、用如圖甲所示的電路可以測量一個未知電阻的阻值, 其中Rx為待測電阻,R為電阻箱,S為單刀雙擲開關,R0為定值電阻。某同學用該電路進行實驗,主要步驟有:A. 把開關S接b點,調節(jié)電阻箱,使電流表的示數為I；B. 讀出電阻箱的示數R；C. 把開關S接a點,讀出電流表的示數為I；D. 根據電路圖,連接實物,將電阻箱的阻值調至最大。 上述步驟的合理順序是_(只需填寫序號)。 步驟A中電阻箱調節(jié)好后示數如圖乙所示,則它的示數為_。若己知R0的阻值為 10 ,則待測電阻的阻值為_。 本實驗所采用的物理思想方法可稱為 _。(填“控制變量法

16、”或“等效替代法”)。電表內阻的巧妙測量問題：（全國高考題）從下列器材中選出適當的實驗器材，設計一個電路來測量電流表的內阻，要求方法簡捷，有盡可能高的精確度，并能測得多組數據。電流表，量程10mA，內阻待測（約）；電流表，量程，內阻；電壓表，量程10V，內阻；電阻，阻值約為；滑動變阻器，總阻值約；電源E，電動勢1.5V，內阻很小；開關S，導線若干。（1）畫出實驗電路圖，標明所用器材的代號。（2）若選取測量中的一組數據來計算，則所用的表達式_，式中各符號的意義是_。答案：（1）電路如圖所示。（2）式中分別是電流表、的讀數，分別是電流表、的內阻。變式：（2005·全國卷III）利用下圖所

17、示中給定的器材測量電壓表V的內阻。圖中B為電源（內阻可忽略不計），R為電阻箱，S為開關。將圖中實物連接為測量所用的電路。寫出實驗中必須記錄的數據（用符號表示），并指出各符號的意義：_。用中記錄的數據表示的公式為_。解析：連線如圖所示，閉合開關，兩次調節(jié)電阻箱的電阻，讀出其電阻阻值、和電壓表所對應的電壓，則由串聯電路電流相等可得：、式聯立得：題型4、伏安法測電阻原理的拓展與創(chuàng)新：（2006·南通）“伏安法”測電阻時，由于電壓表、電流表內阻的影響，使得測量結果總存在誤差，而按如圖所示電路進行測量，則由電壓表、電流表內阻所造成的誤差可消除。（1）請你在題中橫線上簡要寫出還未完成的主要操作步

18、驟，并用字母表達出相應的測量值。閉合開關，開關接2，調節(jié)，使電壓表和電流表的讀數盡可能大，讀出電流表和電壓表的讀數、；保持不變，_。（2）請你推導出待測電阻的表達式。（3）用線把實物圖按電路圖連成測量電路，請將圖中未連的線連完整。答案：（1）閉合接1，調節(jié)使電壓表和電流表的讀數盡可能大，讀出此時電壓表和電流表的讀數、。（2）由歐姆定律得：聯立得：。（3）如圖所示：變式：（2007·西安）用以下器材測量一待測電阻的阻值，器材（代號）與規(guī)格如下：電流表（量程，內阻）；標準電流表（量程300mA，內阻約為）；待測電阻（阻值約為）；滑動變阻器（最大阻值）；電源E（電動勢約為10V，內阻r約為

19、）；單刀單擲開關S，導線若干。（1）要求方法簡捷，并能測多組數據，畫出實驗電路原理圖，并標明每個器材的代號。（2）實驗中，需要直接測量的物理量是_，用測的量表示待測電阻的阻值的計算公式是_。答案：（1）實驗電路如圖所示。（2）兩電流表、的讀數為，待測電阻阻值的計算公式是。點撥：即為兩端的實際電壓，上流過的實際電流，故，本實驗避免了伏安法的系統(tǒng)誤差?！灸M試題】 1. 關于電流表，下列敘述中不正確的是（ ）A. 電流表必須與電路串聯B. 電流表所測得的值比真實值小C. 電流表的內阻越大，則測量越準確D. 電流表的內阻越小，則測量越準確 2. 用伏安法測電阻有電流表外接法與電流表內接法兩種方法。下

20、列說法中正確的是（ ）A. 若，用外接法測得的值誤差較小B. 若，用外接法測得的值誤差較小C. 若，用內接法測得的值誤差較小D. 無論之值如何，用外接法測得的值總比真值小，用內接法測得的值比真值大 3. 某學生在測電燈泡的電阻時，不慎把電流表（量程03A）與電壓表（量程250V）的位置交換了，如圖所示，這樣將造成（ ）A. 電流表燒壞B. 電壓表燒壞C. 燈泡燒壞D. 燈泡不亮 4. 兩個定值電阻、串聯后接在輸出電壓U穩(wěn)定于12V的直流電源上，有人把一個內阻不是遠大于的電壓表接在的兩端，電壓表的示數為8V，如圖所示，如果把此電壓表改接在R2兩端，則電壓表的示數將（ ）A. 小于4VB. 等于4

21、VC. 大于4V，小于8VD. 等于或大于8V 5. 某同學用伏安法測量電阻，分別用電流表內接法和外接法，測得的阻值分別為，所測阻值與真實值之間的關系是（ ）A. B. C. D. 6. 將一塊內阻為，滿偏電流為的電流表G改裝成量程為0.6A的電流表，應該（ ）A. 串聯一個的電阻B. 并聯一個的電阻C. 串聯一個的電阻D. 并聯一個的電阻 7. 量程為15V的電壓表，當給它串聯一個的電阻后測量實際電壓為15V的電路時，指針指在刻度盤上12V處，此電壓表的內阻為多少？若此表的量程擴大為100V，應串聯一個阻值為多少的電阻？ 8. 一阻值約為的電阻，欲用伏安法較準確地測出該電阻的阻值。備選器材有：a. 電源（電動勢16V，內阻）b. 電源（電動勢3V，內阻）c. 伏特表（量程）d. 伏特表（量程03