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1、南阳一中南阳一中 高中物理实验 伏安法测电阻伏安法测电阻 南阳一中南阳一中伏安法测电阻伏安法测电阻纵观近几年的实验题，题目年年翻新，没有一个照搬课本中的实验，全是对原有实验给予改造、改进、甚至创新，但题目涉及的基本知识和基本技能仍然立足于课本实验。实验题作为考查实验能力的有效途径和重要手段，在高考试题中一直占有相当大的比重，而电学实验因其实验理论、步骤和完整性及与大学物理实验结合的紧密性，便成了高考实验考查的重中之重。电阻测量成为高考考查的焦点，伏安法测电阻电阻测量成为高考考查的焦点，伏安法测电阻是电阻测量最基本的方法，伏安法测电阻常涉及是电阻测量最基本的方法，伏安法测电阻常涉及电电流表内、外
2、接法的选择与滑动变阻器限流、分压式流表内、外接法的选择与滑动变阻器限流、分压式的选择，的选择，前者是考虑减小系统误差，后者是考虑电前者是考虑减小系统误差，后者是考虑电路的安全及保证可读取的数据。路的安全及保证可读取的数据。 另外考题还常另外考题还常设置障碍设置障碍让考生去克服，如没有让考生去克服，如没有电压表或没有电流表等，这就要求考生根据实验要电压表或没有电流表等，这就要求考生根据实验要求及提供的仪器，发挥思维迁移，将已学过的电学求及提供的仪器，发挥思维迁移，将已学过的电学知识和实验方法灵活运用到新情景中去。这样，就知识和实验方法灵活运用到新情景中去。这样，就有效地考查了考生设计和完成实验的
3、能力。有效地考查了考生设计和完成实验的能力。伏安法测电阻伏安法测电阻1.基本原理：伏安法测电阻的基本原理是欧姆定律，只要测出元件两端电压和通过的电流，即可由欧姆定律计算出该元件的阻值。2.测量电路的系统误差控制：（1）当RX远大于RA时，电流表内接；当临界阻值时，采用电流表的内接；当采用电流表内接时，电阻测量值大于真实值，即（如图1所示）。一一. 伏安法测电阻基本原理伏安法测电阻基本原理（2）当RX远小于RV时，电流表外接；当临界阻值时，采用电流表的外接；当采用电流表外接时，电阻的测量值小于真实值，即（如图2所示）。3.滑动变阻器有限流接法与分压接法两种选择.控制电路的安全及偶然误差：（1）滑
4、动变阻器限流接法。一般情况或没有特别说明的情况下，由于限流电路能耗较小，结构连接简单，应优先考虑限流连接方式。限流接法适合测量小电阻或与变阻器总电阻相比差不多或还小，（如图3所示）。（2）滑动变阻器分压接法。选用滑动变阻器分压连接方式:(1)若采用限流电路，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流时；(2)当用电器电阻远大于滑动变阻器总电阻值，且实验要求的电压变化范围较大（或要求测量多组实验数据）时;(3)要求某部分电路的电压从零开始可连续变化时.（如图4所示）。二、伏安法测电阻的原始模型二、伏安法测电阻的原始模型:有电压表V测U有电流表A测I例题.为尽可能准确测量一个定值电阻的阻值，提供以下器
5、材：A.待测电阻Rx（约30）B.电流表A（100mA，内阻约25）C.电压表V（量程3V，内阻约5k）D.直流电源E（电动势4V，内阻忽略）E.滑动变阻器（5，额定电流1A）F.开关、导线若干试画出测量Rx的电路原理图三、应变创新三、应变创新1. 无电流表。无电流表。 根据伏安法测电阻的基本原理可知，无电流表时只要找到能够等效替代电流表的其他器材即可，比如：（1）已知电阻与理想电表并联替代电流表（如图5）；（2）用已知内阻的电压表替代电流表（如图6）；（3）无电流表时的半偏法（测量电压表内阻）（如图8）。题2.电阻Rx阻值约为10k，为尽可能准确测量其阻值，备有以下器材A.电压表V1（3V，
6、内阻r1=3k）B.电压表V2（15V，内阻r2约6K）C.电流表A（量程3A，内阻约0.1)D.滑动变阻器R1（10，额定电流3A）E.直流电源E（12V，内阻约2）F.开关、导线若干画出测量RX阻值的实验电路图；（1）找）找“电流电流”的创新的创新-例题示范例题示范创新模型1:电压表(知内阻)当电流表用总结思维步骤：读题调整原始模型审器材建模型审条件修正正确结果（2）找）找“电流电流”的创新的创新-各显其能各显其能题3.现有以下器材电压表V1（量程3V，内阻约几千欧）电压表V2（量程15V，内阻约几十千欧）电流表A（量程3A，内阻约0.1)定值电阻R0（）滑动变阻器R（0-200）直流电源
7、E（约6V，内阻不计）开关、导线若干画出测量电压表V1内阻的实验电路图；创创新模型新模型2: 用用V1 (待待测测). V2 .定定值值R0.找找电电流流2. 无电压表无电压表。根据伏安法测电阻的基本原理可知，无电压表时只要找到能够等效替代电压表的其他器材即可，比如：（1）已知电阻与理想电流表串联替代电压表（如图9）（2）无电压表时的等效替代法（如图10）；（3）无电压表时的半偏法（测表头内阻）（如图11）。（1）找）找“电压电压”的创新的创新-团结协作团结协作题4.欲测量一个电流表的内阻，备有下列器材A.待测电流表A1（量程3mA，内阻约为50）B.电压表V（量程3V，内阻未知）C.电流表A
8、2（量程15mA，内阻等于10）D.保护电阻R=120E.直流电源E（电动势2V，内阻忽略）F.滑动变阻器（总阻值10，额定电流0.5A）G.开关、导线若干要求无论怎样调节变阻器，电流表都不会超量程。画出实验的电路图创新模型1:电流表(知内阻)当电压表用（2）找“电压”的创新-快乐体验题5.为测定电流表A1的内阻，器材如下：电流表A1（量程300mA，内阻约5）电流表A2（量程600mA，内阻约为1）电压表V（量程15V，内阻约3k）定值电阻R0（5）滑动变阻器R1（10，额定电流1A）滑动变阻器R2（250，额定电流）电源E（电动势3V，内阻不计）开关、导线若干待测电流表A1的示数从零开始变
9、化。请画出实验电路图。创新模型2:用A1(待测).A2.定值R0.找电压小 结1电流表、电压表各一只，可以测量它们的内阻2两只同种电表，若知道一只的内阻，就可以测另一只的内阻3两只同种电表内阻都未知，则需要一只电阻箱才能测定电表的内阻四、伏安法的推广四、伏安法的推广 对一些特殊电阻，如电流表或电压表内阻的测量，电路设计也有其特殊性：一是、要注意到其自身量程对电路的影响，二是、要充分利用其“自报电流或自报电压” 的功能。例例2：某电压表的内阻在20k50k之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可供选用的器材：待测电压表V（量程3V）、电流表A1（量程200uA）、电流表A2（量程5mA）、电流表A
10、3（量程）、滑动变阻器R（最大值1k、电源E（电动势4V），开关S。（1）所提供的电流表中，应选用_。（2）为了减少误差，要求测量多组数据，试画出符合要求的电路图。解析：解析：因为通过电压表的电流必须由电流表测定，所以电流表与电压表应串联，这实际上就是一种特殊的伏安法，电压表成了一个“可自报电压的大电阻”，由于电压表内阻在20k50k之间，电流表内阻与电压表内阻相比可忽略不计，而滑动变阻器R的阻值远小于电压表内阻，且实验要求测多组数据，因此实验电路中变阻器应接成分压式，这样电压表的电流在80uA200uA之间，故电流表应选A1。根据电流表、电压表示数，可求得电压表内阻五、比五、比较法法 某些问
11、题中，因实验器材不具备（缺电流表或电压表），或因实验条件限制，或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理，用“伏安法”的替代形式“比较法”来设计实验方案。例3从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。（1）画出电路图，标明利用器材的代号。（2）若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式r1_。式中各符号的意义是_。解析：分析题意知道需测量电流表A1的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但经分析即使该电流表满偏时两端电压仅为，远小于10V量程。这
12、恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”根据所列仪器的特点，电流表A2内阻已知，由此可采用两电流表并联，因为两电流表两端电压相等即可省去电压的测量，从而减小实验误差，此题也可理解为“将已知内阻的电流表A2当成电压表使用”。这实际也是伏安法的一种推广形式。六、课后练习作业六、课后练习作业1用以下器材测量待测电阻Rx的阻值待测电阻Rx，阻值约为100电源E（电动势约为6V，内阻不计）电流表A1（量程0-50mA，内阻r1=20）电流表A2（量程0-300mA，内阻r2约为4）定值电阻R0（20）滑动变阻器R（总阻值10）单刀单掷开关S，导线若干（1）测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的的1
13、/3，请画出实验电路图，（2）若某次测量中电流表A1的示数为I1，电流表A2的示数为I2。则由已知量和测得的量计算Rx表达式为Rx=。2.某电压表V1的量程为3V，内阻约为1500，要准确测量其内阻，提供以下器材待测电压表V1直流电源E1（电动势3V，内阻忽略）直流电源E2（电动势12V，内阻忽略）滑动变阻器R1（总阻值20，额定电流1A）滑动变阻器R2（总阻值400，额定电流20mA）标准电流表A（）电压表V2（量程6V，内阻等于2500）开关、导线若干应选用的器材，画出实验电路图：待测电压表V1的内阻表达式为r1=。3.为了测量一个满偏电流Ig=300A，内阻rg约为1k的电流表G的内阻，给出以下器材选择电压表V1（量程0-10V，内阻约40k）电压表V2（量程0-3V，内阻约15k）电流表A（量程，内阻约1）定值电阻R0（9000）滑动变阻器R（0-20，2A）直流电源E（3V，内阻r1）单刀单掷开关K一个、导线若干要求实验有足够高的测量精度，选用器材尽可能少。请画出实验电路图；若用实验中的一组数据计算rg，则rg=。（说明表达式中各个物理量的含义）南阳市一中南阳市一中欢迎指导
