高三復(fù)習(xí)物理課件：實(shí)驗(yàn)：電表電阻的測(cè)量

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歡迎進(jìn)入物理課堂 2 第3講實(shí)驗(yàn) 電表電阻的測(cè)量 第十章 恒定電流 3 一 電流表和電壓表1 表頭 靈敏電流計(jì) 1 構(gòu)造 如圖10 3 1所示 主要由永久磁鐵和放入其中的可轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈組成 表頭用符號(hào)表示 電流表和電壓表都是由表頭改裝而成的 其中的輻向磁場(chǎng) 保證線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 磁場(chǎng)情況不變 圖10 3 1 4 2 工作原理 當(dāng)電流流經(jīng)線圈時(shí) 線圈因受安培力而轉(zhuǎn)動(dòng) 彈簧通過轉(zhuǎn)軸阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng) 線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 可以證明I 所以根據(jù)表頭指針偏轉(zhuǎn)的角度可以測(cè)出電流的大小 且刻度是均勻的 3 三個(gè)參數(shù) 內(nèi)阻Rg 滿偏電流Ig 滿偏電壓Ug 關(guān)系是Ug IgRg 對(duì)一個(gè)表頭 三者都為定值 5 2 電壓表電壓表是根據(jù)串聯(lián)電路的分壓作用 在表頭上串聯(lián)一個(gè)分壓電阻 并在表頭的電流的刻度上標(biāo)出相應(yīng)的電壓值后改裝而成的 如圖10 3 2所示 改裝后的電壓表量程為U 則由U IgRg IgR得令量程倍數(shù)則R n 1 Rg 圖10 3 2 6 3 電流表電流表是根據(jù)并聯(lián)電路的分流作用 在表頭上并聯(lián)一個(gè)分流電阻 并在表頭電流刻度上標(biāo)出相應(yīng)的電流值后改裝而成的 如圖10 3 3所示 改裝后電流表量程為I 則有IgRg I Ig R 取 量程倍數(shù) 則 圖10 3 3 7 二 電阻的測(cè)量 一 伏安法測(cè)電阻1 原理 歐姆定律2 兩種測(cè)量電路如圖10 3 4所示 a 為外接法 b 為內(nèi)接法 圖中R為待測(cè)電阻 由于電流表 電壓表分別有分壓 分流作用 因此兩種方法測(cè)量電阻都有誤差 設(shè)電流表內(nèi)阻為RA 電壓表內(nèi)阻為RV 圖10 3 4 8 1 采用外接法測(cè)電阻時(shí)如圖 a I IR IV UR U 所以當(dāng)RV R時(shí) R測(cè) R 即測(cè)量值越接近真實(shí)值 所以越大越好 9 2 采用內(nèi)接法測(cè)電阻時(shí)如圖 b I IR U UA UR 所以當(dāng)R RA時(shí) R測(cè) R 即測(cè)量值越接近真實(shí)值 所以越大越好 10 3 測(cè)量電路的選擇 由于電壓表的分流作用和電流表的分壓作用 造成表的示數(shù)與通過負(fù)載的電壓或電流真實(shí)值之間產(chǎn)生誤差 為減小此系統(tǒng)誤差 應(yīng)慎重選擇電流表的內(nèi)外接法 選擇方法如下 11 直接比較法 當(dāng)待測(cè)電阻阻值Rx RV時(shí) 伏特表分流很小 選擇安培表外接電路 當(dāng)待測(cè)電阻阻值Rx RA時(shí) 安培表分壓很小 選擇安培表內(nèi)接電路 臨界值計(jì)算比較法 當(dāng)待測(cè)電阻阻值與電壓表 電流表的阻值相差不多時(shí) 我們要計(jì)算兩種接法的相對(duì)誤差 可用與相比較 12 當(dāng) 即時(shí) 宜采用電流表外接法 當(dāng) 即時(shí) 宜采用電流表內(nèi)接法 而時(shí) 電流表內(nèi)外接法效果是一樣的 13 測(cè)試判斷法 試觸法 若Rx RA RV的大小關(guān)系事先沒有給定 可借助試觸法確定內(nèi) 外接法 具體做法是 如圖10 3 5所示組成電路 其中電流表事先已經(jīng)接好 拿電壓表的一個(gè)接線柱去分別試觸M N兩點(diǎn) 觀察先后兩次試觸時(shí)兩電表的示數(shù)變化情況 圖10 3 5 14 如果電流表的示數(shù)變化比電壓表示數(shù)變化明顯 即 說明接M點(diǎn)時(shí)電壓表分流作用引起的誤差大于接N點(diǎn)時(shí)電流表分壓作用引起的誤差 這時(shí)應(yīng)采用內(nèi)接法 即電壓表接N點(diǎn) 15 如果電壓表的示數(shù)變化比電流表示數(shù)變化明顯 即 說明接N點(diǎn)時(shí)電流表分壓作用引起的誤差大于接M點(diǎn)時(shí)電壓表分流作用引起的誤差 這時(shí)應(yīng)采用外接法 即電壓表接M點(diǎn) 說明 口訣 內(nèi)大外小 即內(nèi)接法適合測(cè)大電阻且系統(tǒng)誤差偏大 即測(cè)量值大于真實(shí)值 外接法適合測(cè)小電阻且系統(tǒng)誤差偏小 即測(cè)量值小于真實(shí)值 16 如圖10 3 6所示 電壓表和電流表的讀數(shù)分別為10V和0 1A 電流表內(nèi)阻為0 2 求待測(cè)電阻Rx的測(cè)量值和真實(shí)值 測(cè)量值 真實(shí)值 圖10 3 6 17 3 滑動(dòng)變阻器兩種接法選擇 1 兩種接法比較 18 19 2 限流電路 分壓電路的選擇原則 限流式適合測(cè)量阻值小的電阻 跟滑動(dòng)變阻器的總電阻相比相差不多或比滑動(dòng)變阻器的總電阻還小 分壓式適合測(cè)量阻值較大的電阻 一般比滑動(dòng)變阻器的總電阻要大 因?yàn)镽x越小 限流式中滑動(dòng)變阻器分得電壓越大 調(diào)節(jié)范圍越大 Rx越大 分壓式中Rx幾乎不影響電壓的分配 觸頭移動(dòng)時(shí)電壓變化接近線性關(guān)系 便于調(diào)節(jié) 20 若采用限流式不能控制電流滿足實(shí)驗(yàn)要求 即若滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大時(shí) 待測(cè)電阻上的電流 或電壓 仍超過電流表 或電壓表 的量程 或超過待測(cè)電阻的額定電流 則必須選用分壓式 若待測(cè)電阻的阻值比滑動(dòng)變阻器總電阻大得多 以致在限流電路中 滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭從一端滑到另一端時(shí) 待測(cè)電阻上的電流或電壓變化范圍不夠大 此時(shí) 應(yīng)改用分壓電路 21 若實(shí)驗(yàn)中要求電流或電壓從零開始連續(xù)可調(diào) 則必須采用分壓式電路 限流接法好處是電路簡(jiǎn)單 耗能低 22 圖10 3 7為用伏安法測(cè)定一個(gè)定值電阻阻值的實(shí)驗(yàn)所需的器材實(shí)物圖 器材規(guī)格如下 圖10 3 7 23 1 待測(cè)電阻Rx 約100 2 直流毫安表 量程0 20mA 內(nèi)阻50 3 直流電壓表 量程0 3V 內(nèi)阻5k 4 直流電源 輸出電壓6V 內(nèi)阻不計(jì) 5 滑動(dòng)變阻器 阻值范圍0 15 允許最大電流1A 6 開關(guān)1個(gè) 導(dǎo)線若干 根據(jù)器材規(guī)格及實(shí)驗(yàn)要求 在本題的實(shí)物圖上連線 24 先確定采用電流表內(nèi)接電路還是外接電路 因?yàn)椴粷M足內(nèi)接的要求 又因?yàn)闈M足電流表外接的要求RV Rx 所以電流表應(yīng)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(dòng)變阻器阻值達(dá)到最大時(shí) 電路中電流達(dá)到最小 25 已超過電流表量程 故必須采用滑動(dòng)變阻器分壓式電路 實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示 26 實(shí)物連線如下圖所示 27 二 歐姆表測(cè)電阻1 歐姆表原理 歐姆表是根據(jù)閉合電路歐姆定律制成的 它的構(gòu)造如圖10 3 8所示 G是內(nèi)阻為Rg 滿偏電流為Ig的電流表 R為調(diào)零電阻 E r分別為電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 當(dāng)紅 黑表筆相接時(shí)如圖10 3 8 甲 調(diào)節(jié)R使指針滿偏 即表明紅 黑表筆間的電阻為零 圖10 3 8 28 當(dāng)紅 黑表筆不接觸時(shí)如圖10 3 8 乙 指針不偏轉(zhuǎn) 即指著電流零刻度 表明表筆間的電阻為無限大 圖10 3 8 29 當(dāng)紅 黑表筆間接入某一電阻Rx時(shí)如圖10 3 8 丙 則通過電流表的電流為可見 每一個(gè)Rx都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的電流Ix 所以我們可用一電阻刻度盤將電流刻度轉(zhuǎn)換為電阻刻度 這樣以后 當(dāng)在紅 黑表筆間接入電阻Rx時(shí) 可以從電阻刻度盤上直接讀出其阻值 圖10 3 8 30 2 注意事項(xiàng) 1 電阻零刻度在刻度盤的最右端 即與電流的最大刻度線重合 電阻無限大刻度與最左端的電流零刻度線重合 2 歐姆表的刻度不均勻 由原理可知 從刻度最右端到正中間對(duì)應(yīng)的電阻由零變到Rg r R 從中間到最左端對(duì)應(yīng)的電阻由Rg r R變到無限大 所以 歐姆表的刻度由右到左越來越密 31 3 當(dāng)兩表筆直接接觸 調(diào)節(jié)R無法使指針指到電阻零刻度時(shí) 應(yīng)更換新電池 4 測(cè)未知電阻時(shí) 應(yīng)將未知電阻跟其他電路分開 5 測(cè)量時(shí)不要用手接觸表筆的金屬桿 32 3 使用步驟 1 選量程 估計(jì)待測(cè)電阻的阻值 將選擇開關(guān)扳到合適的倍率上 2 電阻調(diào)零 把兩表筆相接觸 調(diào)節(jié)歐姆擋調(diào)零旋鈕 使指針指到電阻刻度的零位上 3 將兩表筆分別與待測(cè)電阻的兩端相接 表針穩(wěn)定后的讀數(shù)即為該電阻的阻值 33 4 需要更換倍率時(shí) 要重新進(jìn)行電阻調(diào)零 說明 用歐姆表測(cè)電阻選擇某倍率后 若指針偏轉(zhuǎn)角太大表示通過表頭的電流較大 待測(cè)電阻較小 應(yīng)換用較小的倍率擋重新測(cè)量 應(yīng)讓指針指在表盤中間附近 讀數(shù)比較準(zhǔn)確 34 如圖10 3 9所示為多用表歐姆擋的原理示意圖 其中電流表的滿偏電流Ig 300 A 內(nèi)阻Rg 100 調(diào)零電阻最大阻值R 50k 串聯(lián)的固定電阻R0 50 電池電動(dòng)勢(shì)E 1 5V 用它測(cè)量電阻R能準(zhǔn)確測(cè)量的電阻范圍是 A 30 80k B 3 8k C 300 800 D 30 80 圖10 3 9 B 35 歐姆表只能用來粗略地測(cè)量電阻 其理由之一就是歐姆表的刻度是不均勻的 且左密右疏 由于其刻度的中央部分比較均勻 故在中值電阻左右讀數(shù)最為準(zhǔn)確 所以該題應(yīng)先求出歐姆表的中值電阻 再對(duì)照答案進(jìn)行選擇 而歐姆表的中值電阻即是調(diào)零后的歐姆表的內(nèi)阻 36 所以 當(dāng)紅表筆 黑表筆直接相接調(diào)零時(shí) 所以 當(dāng)指針指在中間時(shí) 中值電阻時(shí) 被測(cè)電阻為Rx 則 37 三 替代法測(cè)電阻替代法測(cè)電阻的原理是 用電阻箱替代待測(cè)電阻 調(diào)節(jié)電阻箱 使兩次電流相等 則電阻箱的阻值就是待測(cè)電阻的阻值 此法簡(jiǎn)單易行 利用了電阻箱電阻可讀性 其典型電路如圖10 3 10所示 圖10 3 10 38 把單刀雙擲開關(guān)打在a端 調(diào)節(jié)R1使電流表的示數(shù)指在一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢貌⒂涗浵麓藭r(shí)電流表示數(shù) 保持R1不動(dòng) 將單刀雙擲開關(guān)打在b端 調(diào)節(jié)電阻箱的阻值使電流表示數(shù)不變 此時(shí)電阻箱的阻值就是待測(cè)電阻Rx的阻值 此法測(cè)電阻時(shí)在理論上不存在誤差 電流表讀數(shù)不準(zhǔn)確也不影響測(cè)量結(jié)果 39 如圖10 3 11所示為測(cè)量電阻的電路 Rx為待測(cè)電阻 R的阻值已知 R 為保護(hù)電阻 阻值未知 電源E的電動(dòng)勢(shì)未知 K1 K2均為單刀雙擲開關(guān) A為電流表 其內(nèi)阻不計(jì) 圖10 3 11 40 測(cè)量Rx的步驟為 將K2向d閉合 K1向閉合 記下電流表讀數(shù)I1 再將K2向c閉合 K1向閉合 記下電流表讀數(shù)I2 計(jì)算Rx的表達(dá)式是 a b 41 電源電動(dòng)勢(shì)和保護(hù)電阻R 均不知大小 因?yàn)殡娏鞅韮纱巫x數(shù)時(shí) 都要求Rx和R并聯(lián) 回路總電阻不變 Rx和R兩端電壓不變 此時(shí)若知Rx和R中的電流 可利用并聯(lián)關(guān)系求解Rx 可見當(dāng)開關(guān)K1接a K2接d 電流表讀數(shù)I1是Rx上電流 K2接c K1接b時(shí) 電流表讀數(shù)是R上電流 由Rx和R并聯(lián) 有I1Rx I2R 可得 42 為了測(cè)量一個(gè)阻值較大的未知電阻 某同學(xué)使用了干電池 1 5V 毫安表 1mA 電阻箱 0 9999 電鍵 導(dǎo)線等器材 該同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路如圖10 3 13 a 所示 實(shí)驗(yàn)時(shí) 將電阻箱阻值置于最大 斷開K2 閉合K1 減小電阻箱的阻值 使電流表的示數(shù)為I1 1 00mA 記錄電流強(qiáng)度值 43 然后保持電阻箱阻值不變 斷開K1 閉合K2 此時(shí)電流表示數(shù)為I2 0 80mA 記錄電流強(qiáng)度值 由此可得被測(cè)電阻的阻值為 圖10 3 13 375 44 經(jīng)分析 該同學(xué)認(rèn)為上述方案中電源電動(dòng)勢(shì)的值可能與標(biāo)稱值不一致 因此會(huì)造成誤差 為避免電源對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響 又設(shè)計(jì)了如圖10 3 13 b 所示的實(shí)驗(yàn)電路 實(shí)驗(yàn)過程如下 斷開K1 閉合K2 此時(shí)電流表指針處于某一位置 記錄相應(yīng)的電流值 其大小為I 斷開K2 閉合K1 調(diào)節(jié)電阻箱的阻值 使電流表的示數(shù)為 記錄此時(shí)電阻箱的阻值 其大小為R0 由此可測(cè)出Rx I R0 45 斷開K2 閉合K1 使電流表的示數(shù)為I1 1 00mA時(shí) 可知電阻箱電阻值為1500 當(dāng)斷開K1 閉合K2時(shí) 電流表是示數(shù)為I2 0 80mA 由歐姆定律可知未知電阻的阻值為375 第二種實(shí)驗(yàn)電路為了消除電源電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值不準(zhǔn)確產(chǎn)生的誤差而采用替代法 因此兩次電流表示數(shù)應(yīng)相同 此時(shí)電阻箱示數(shù)即為待測(cè)電阻的阻值大小 46 用伏安法測(cè)量某一電阻Rx阻值 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材如下 待測(cè)電阻Rx 阻值約5 額定功率為1W 電流表A1 量程0 0 6A 內(nèi)阻0 2 電流表A2 量程0 3A 內(nèi)阻0 05 電壓表V1 量程0 3V 內(nèi)阻3k 電壓表V2 量程0 15V 內(nèi)阻15k 滑動(dòng)變阻器R0 0 50 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 電壓表 電流表應(yīng)選 并畫出實(shí)驗(yàn)電路圖 47 伏安法測(cè)電阻 由待測(cè)電阻Rx額定功率和阻值的大約值 可以計(jì)算待測(cè)電阻Rx的額定電壓 額定電流的值約為則電流表應(yīng)選A1 電壓表應(yīng)選V1 又因則電流表必須外接 48 因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的全阻值大于被測(cè)電阻Rx 故首先考慮滑動(dòng)變阻器的限流接法 若用限流接法 則被測(cè)電阻Rx上的最小電流為因該實(shí)驗(yàn)對(duì)電流 電壓的調(diào)節(jié)范圍未作特殊要求 故用限流電路 電路如圖所示 49 說明 滑動(dòng)變阻器全阻值相對(duì)待測(cè)電阻較大 用分壓接法不便于調(diào)節(jié) 故限流接法是首選 只要能保證安全且有一定的調(diào)節(jié)范圍即可 50 用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻的阻值 所需器材規(guī)格如下 待測(cè)電阻Rx 約100 直流電流表 量程0 10mA 內(nèi)阻50 直流電壓表 量程0 3V 內(nèi)阻5k 直流電源 輸出電壓4V 內(nèi)阻不計(jì) 滑動(dòng)變阻器 0 15 允許最大電流1A 開關(guān)1個(gè) 導(dǎo)線若干 根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求畫出實(shí)驗(yàn)電路圖 51 用伏安法測(cè)量電阻電流表有兩種連接方式 即電流表的內(nèi)接法和外接法 由于故電流表應(yīng)采用外接法 在控制電路中 若采用變阻器的限流接法 當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)至最大 通過負(fù)載的電流最小 此時(shí)電流仍超過電流表的量程 故滑動(dòng)變阻器必須采用分壓接法 如圖所示 52 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全