测电压表内阻的六种方法.doc
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电阻测量的六种方法电阻的测量是恒定电路问题中的重点,也是学生学习中的难点。
这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法,从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。
一.欧姆表测电阻1、欧姆表的结构、原理它的结构如图1,由三个部件组成:G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流计。
R是可变电阻,也称调零电阻,电池的电动势为E,内阻为r。
欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。
图1当红、黑表笔接上待测电阻Rx时,由闭合电路欧姆定律可知:I = E/(R+Rg+Rx+r)= E/(R内+R X)由电流的表达式可知:通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比,但存在一一对应的关系,即测出相应的电流,就可算出相应的电阻,这就是欧姆表测电阻的基本原理。
2.使用注意事项:(1)欧姆表的指针偏转角度越大,待测电阻阻值越小,所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反,即左大右小;电流表、电压表刻度是均匀的,而欧姆表的刻度是不均匀的,左密右稀,这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。
(2)多用表上的红黑接线柱,表示+、-两极。
黑表笔接电池的正极,红表笔接电池的负极,电流总是从红笔流入,黑笔流出。
(3)测量电阻时,每一次换档都应该进行调零(4)测量时,应使指针尽可能在满刻度的中央附近。
(一般在中值刻度的1/3区域)(5)测量时,被测电阻应和电源、其它的元件断开。
(6)测量时,不能用双手同时接触表笔,因为人体是一个电阻,使用完毕,将选择开关拨离欧姆档,一般旋至交流电压的最高档或OFF档。
二.伏安法测电阻1.原理:根据部分电路欧姆定律。
2.控制电路的选择控制电路有两种:一种是限流电路(如图2);另一种是分压电路。
(如图3)(1)限流电路是将电源和可变电阻串联,通过改变电阻的阻值,以达到改变电路的电流,但电流的改变是有一定范围的。
其优点是节省能量;一般在两种控制电路都可以选择的时候,优先考虑限流电路。
电阻测量的六种方法电阻的测量是恒定电路问题中的重点,也是学生学习中的难点。
这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法,从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。
一.欧姆表测电阻1、欧姆表的结构、原理它的结构如图1,由三个部件组成:G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流计。
R是可变电阻,也称调零电阻,电池的电动势为E,内阻为r。
图1 欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。
当红、黑表笔接上待测电阻Rx时,由闭合电路欧姆定律可知:I = E/〔R+Rg+Rx+r〕= E/〔R内+R X〕由电流的表达式可知:通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比,但存在一一对应的关系,即测出相应的电流,就可算出相应的电阻,这就是欧姆表测电阻的基本原理。
2.使用注意事项:〔1〕欧姆表的指针偏转角度越大,待测电阻阻值越小,所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反,即左大右小;电流表、电压表刻度是均匀的,而欧姆表的刻度是不均匀的,左密右稀,这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。
〔2〕多用表上的红黑接线柱,表示+、-两极。
黑表笔接电池的正极,红表笔接电池的负极,电流总是从红笔流入,黑笔流出。
〔3〕测量电阻时,每一次换档都应该进行调零〔4〕测量时,应使指针尽可能在满刻度的中央附近。
〔一般在中值刻度.. 的1/3区域〕〔5〕测量时,被测电阻应和电源、其它的元件断开。
〔6〕测量时,不能用双手同时接触表笔,因为人体是一个电阻,使用完毕,将选择开关拨离欧姆档,一般旋至交流电压的最高档或OFF 档。
二.伏安法测电阻1.原理:根据部分电路欧姆定律。
2.控制电路的选择控制电路有两种:一种是限流电路〔如图2〕;另一种是分压电路。
〔如图3〕 〔1〕限流电路是将电源和可变电阻串联,通过改变电阻的阻值,以达到改变电路的电流,但电流的改变是有一定X 围的。
其优点是节省能量;一般在两种控制电路都可以选择的时候,优先考虑限流电路。
测电源电动势和内阻的六种方法实验是物理学习中的重要手段,虽然高考是以笔试的形式出现的,但却力图通过考查设计性的实验来鉴别考生独立解决新问题的能力。
因此,在平时的学习中要充分挖掘出物理教材中实验的探索性因素,不断拓宽探索性实验设置的新路子,努力将已掌握的知识和规律创造性的运用到新的实验情景中去。
笔者结合习题简略介绍几种测量电源电动势和内阻的方法。
一、用一只电压表和一只电流表测量例1 测量电源的电动势E 及内阻r (E 约为V 5.4,r 约为Ω5.1)。
器材:量程为V 3的理想电压表V ,量程为A 5.0的电流表A (具有一定内阻),固定电阻Ω=4R ,滑动变阻器'R ,开关k ,导线若干。
(1)画出实验电路原理图,图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出。
(2)实验中,当电流表读数为1I 时,电压表读数为1U ;当电流表读数为2I 时,电压表读数为2U ,则可以求出E =___________,r =___________。
(用1I 、2I 、1U 、2U 及R 表示)解析:由闭合电路欧姆定律Ir U E +=可知,只要能测出两组路端电压和电流即可,由r I U E 11+=,r I U E 22+=可得:121221I I I U I U E --= (1) 1221I I U U r --= (2) 我们可以用电压表测电压,电流表测电流,但需注意的是题给电压表的量程只有V 3,而路端电压的最小值约为V V Ir E U 75.3)5.15.05.4(=⨯-=-=,显然不能直接把电压表接在电源的两端测路端电压。
依题给器材,可以利用固定电阻R 分压(即可以把它和电源本身的内阻r 共同作为电源的等效内阻“r R +”),这样此电源的“路端电压”的最小值约为V V V r R I E U 375.1)5.55.05.4()(<=⨯-=+-=,就可直接用电压表测“路端电压”了,设计实验电路原理图如图1所示。
测电压表内阻的六种方法在实验试题的考查中,经常出现测定电压表内阻的问题,学生在处理此类问题时常不如人意。
现把测电压表内阻常见的六种方法归纳如下。
一、利用欧姆表测量欧姆表是根据闭合电路的欧姆定律制成的。
把电压表看成普通的电阻,利用欧姆表的电阻档测量。
二、利用伏-安法测量理想电压表的内阻视为无限大,但实际使用的电压表内阻并不是无限大。
例1、为了测量某一电压表的内阻,给出如下的实验器材:A 、待测电压表(0~3v 、内阻约为4K Ω),B 、电流表(0~),C 、滑动变阻器(0~20Ω),D 、6V 学生电源,E 开关和若干条导线。
由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电压表的内阻,采用分压式接法,电路图如图-1所示,电压表与电流表串联,多次记录电压表和电流表的示数,利用U-I 图象即可得出电压表的内阻。
三、利用伏-伏法测量所谓伏伏法就是在电流表不能用或没有电流表等情况下,要考虑两块电压表并用的方式测量电阻。
在设计电路时,既要考虑电压表的量程,还要考虑滑动变阻器的连接方式。
1、伏伏串联测量:例2、利用现有的器材测量某电压表的内阻。
实验器材如下:A 、待测电压表V 1(0~3V 、内阻未知),B 、电压表V 2(0~3V 、内阻Ω),C 、滑动变阻器(0~50Ω),D 、6V 电池组(内阻不计),E 、开关和若干条导线。
部分同学想两块电压表的最大量程都是3V ,把两表串联直接接到电源上即可。
同学们把两电压表串联的想法是好的,但直接接到电源上的不可以的。
因为在串联电路中电阻大的分得的电压就多,所以不能草率地将表直接接到电源上。
设计的电路图如图-2所示。
两电压表的内阻都远大于滑动变阻器的最大值,采用分压式接法。
电压表V 1的示数1U ,电压表V 2的示数2U ,两表串联电流相等,有1212V V U U R R =,得1212V V U R R U =。
2、伏伏法并联测量:例3、为测量量程为3V 的电压表V 1的内阻R V1(约为3K Ω),实验时提供的器材有:A 、电流表(0~0.6A 、内阻Ω),B 、电压表V 2(0~6V 、内阻5K Ω),C 、变阻箱1(~Ω),D 、变阻箱2(~Ω),E 、滑动变阻器(0~50Ω),F 、不计内阻的6V 电源,G 、开关和若干导线。
测量电阻常用的6种方法一、伏安法测电阻是电学实验中常用的方法之一,可以用于测量未知电阻、电阻率和电表内阻等。
在实验中需要选择合适的电压表和电流表,并正确连线。
例如,在一个实验中,需要测量一个约为10Ω的电阻,可以选择电压表V1量程为6V,内阻约为2kΩ,电流表A1量程为0.6A,内阻约为0.2Ω,和滑动变阻器R1最大阻值为10Ω,最大电流为2A。
为了获得更精确的测量结果,需要测量多组数据,且两表读数大于量程一半。
二、伏伏法测电阻是一种常用的方法,可以在缺少合适的电流表时使用。
在实验中,可以使用已知内阻的电压表代替电流表。
例如,在一个实验中,需要测量一个约为600Ω的电阻,可以选择电压表V1量程为~500mV,内阻r1=1 000Ω,电压表V2量程为~6V,内阻r2约为10kΩ,和电流表A量程为~0.6A,内阻r3约为1Ω。
此外,还需要定值电阻R和滑动变阻器R,以及一个单刀单掷开关S和若干导线。
在测量中,需要保证两只电表的读数都不小于其量程的,并能测量多组数据。
的并联电路使用。
所以选择的电表是A12)实验原理图如下图所示:3)根据安安法测电阻的公式,可得到测量R x的表达式为:RxU1R+r1I2r2I1I2R本文介绍了两种电路测量方法,一种是伏安法测量待测电阻阻值,另一种是半偏法测量电表内阻。
伏安法测量待测电阻阻值时,采用外接法,改装的电压表电压量程为2.6 V,滑动变阻器采用分压式接法。
为了保证电表读数不得小于量程的三分之一,电表应选择A、B。
半偏法测量电表内阻时,先不连接变阻箱或将变阻箱阻值调为零,使电流表或电压表的读数调至满偏,然后再串联或并联上电阻箱,调节电阻箱的阻值,使电表示数为满偏刻度的一半,则认为电阻箱的阻值与待测的电流表或电压表电阻相等。
具体操作步骤如下:对于测量电流表内阻:1.将电阻箱的电阻调到零;2.闭合S,调节R,使电流表达到满偏;3.保持R不变,调节R,使电流表示数为满偏刻度的一半;4.由上得到电流表内阻RA=R。
初中测电阻的六种方法
伏安法测电阻实验是初中物理最重要的实验之一,但除此方法外,还有几种测量电阻阻值的特殊方法。
测电阻的六种方法如下:
一、伏安法测电阻,一个电压表和一个电流表,通过选择内接法和外接法,就可以测一个未知电阻,常用的口诀是:大内偏大,小外偏小。
其意就是大电阻用内接法,测量值比真实值偏大,小电阻用外接法,测量值比真实值偏小。
二、安安法测电阻,两个电流表可以测电阻,但是前提条件是一个电流表内阻已知,是一个等效的电压表,这个电流表是并在待测电阻两边。
三、伏伏法测电阻,两个电压表也可以测待测电阻,但是前提是一个电压表内阻是已知量,这个电压表是一个等效的电流表,和待测电阻是串联关系。
四、等效法测电阻,用一个电阻箱和一个单刀双掷开关,利用流过电阻箱电流和流过待测电阻电流相等,可以用电阻箱读数等效为待测电阻阻值。
五、半偏法测电阻,通常有电流半偏和电压半偏,利用滑动电阻器第一次调节,让表满偏,第二次保持滑动电阻器位置不变,调节电阻箱,让表半偏。
六、电桥法测电阻,三个已知电阻和一个未知电阻构成先串再并的电路,调节阻值,让电流计示数为零,利用电势判断,分压关系求解待测电阻。
电阻测量的六种方法电阻的测量是恒定电路问题中的重点,也是学生学习中的难点。
这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法,从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。
一.欧姆表测电阻1、欧姆表的结构、原理它的结构如图1,由三个部件组成:G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流计。
R是可变电阻,也称调零电阻,电池的电动势为E,内阻为r。
图1 欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。
当红、黑表笔接上待测电阻Rx时,由闭合电路欧姆定律可知:I = E/(R+Rg+Rx+r)= E/(R内+R X)由电流的表达式可知:通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比,但存在一一对应的关系,即测出相应的电流,就可算出相应的电阻,这就是欧姆表测电阻的基本原理。
2.使用注意事项:(1)欧姆表的指针偏转角度越大,待测电阻阻值越小,所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反,即左大右小;电流表、电压表刻度是均匀的,而欧姆表的刻度是不均匀的,左密右稀,这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。
(2)多用表上的红黑接线柱,表示+、-两极。
黑表笔接电池的正极,红表笔接电池的负极,电流总是从红笔流入,黑笔流出。
(3)测量电阻时,每一次换档都应该进行调零(4)测量时,应使指针尽可能在满刻度的中央附近。
(一般在中值刻度的1/3区域)(5)测量时,被测电阻应和电源、其它的元件断开。
(6)测量时,不能用双手同时接触表笔,因为人体是一个电阻,使用完毕,将选择开关拨离欧姆档,一般旋至交流电压的最高档或OFF 档。
二.伏安法测电阻1.原理:根据部分电路欧姆定律。
2.控制电路的选择控制电路有两种:一种是限流电路(如图2);另一种是分压电路。
(如图3) (1)限流电路是将电源和可变电阻串联,通过改变电阻的阻值,以达到改变电路的电流,但电流的改变是有一定范围的。
其优点是节省能量;一般在两种控制电路都可以选择的时候,优先考虑限流电路。
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电压表内阻的测量方法
作者:郭旺
来源:《物理教学探讨》2007年第08期
电压表实际上是有内阻的,那么电压表的内阻如何在实验室进行简单测量,下面归纳几种简单的高中各种考试中常考的电压表内阻的测量方法。
1 多用电表法
直接将多用电表的选择开关置于电阻挡,用多用电表的红表笔接待测电压表的负接线柱,黑表笔接待测电压表的正接线柱。
直接从多用电表上读出电压表的电阻值。
这种测量的误差比较大,因为用多用电表测量电阻本身误差就比较大。
为了尽可能减小误差,则应该通过合适选择电阻挡的倍率,尽可能使多用电表的指针指向表盘的中央。
此种方法非常简单方便,但是只能用作粗略测量,因为误差比较大。
2 串联电流表法
电压表可以直接读出自身两端的电压,那么只要测出通过电压表的电流就可以利用欧姆定律得到电压表的内阻。
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
高二物理电流表改装中内阻测量的六种方法比较电表是高考考查的重点,因此把电流表改装为电压表的实验是高三复习的重要内容之一.该实验由三个重要环节:一是测出电流表G的内阻Rg;二是计算出把电流表改装为量程为U的电压表,需串联的电阻R1;三是对改装后的电压表进行校对.本文主要介绍在实验室仪器充足的情况下电流表内阻的测量方法.一.半偏法这是课本上介绍的方法.如图2所示,首先闭合S1,调R1使电流表G满偏,再闭合S2,调R2的阻值使电流表指针偏转到满刻度的一半.在R1>>R2时,可认为Rg=R2.因为电阻R2的并入,电路中总电阻减小,导致电路中总电流增大.因此当流经电流表的电流为Ig/2时,流经R2的电流I2大于Ig/2,由并联电路知识可知R2<Rg,测量值偏小.且闭合S2前后干路中总电流变化越大,误差越大.这样干路中总电流变化越小越好,要满足这一条件,只有R1>>R2,一般要求R1>100R2.又因要使电流表满偏,电源的电动势不能太小,对一定的电流表,在不超量程的条件下,电源电压越高,误差越小.二.满偏法如图2所示,首先闭合S1,调R1使电流表G满偏,再闭合S2,将R1的阻值减半,调R2的阻值使电流表指针仍然满偏,那么由于电源内阻很小,一般R1>>r,所以r可以忽略,这时Rg=R2.该法由于忽略电源内阻,使测量值偏大.但一般R1>>r,因此该法误差较小,比较准确.三.电阻替代法R 1AGR 2 S图4R 2 R 1图5GAS 1 S 2 如图3,此法多项选择用一个比电流表G 量程大几倍的电流表A .先闭合S 和S 1,调节R 1使电流表A 的指针指一定电流I.然后断开 S 1,接通S 2调R 2使电流表A 的指针仍然指电流I,那么Rg=R 2.该法操作方便,不需要任何计算,且精确度较高.但需要两个电表,有条件的学校,让学生选用这一方法较好.四.电流差值法如图4所示,闭合电键S调R 1和R 2的阻值,使电流表G 和A 的示数分别为I 1和I 2,由串并联电路的知识可知I 1Rg=(I 2-I 1)R 2,整理得Rg= (I 2-I 1)R 2/I 1。
2025届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题55测量电阻常用的六种方法导练目标导练内容目标1伏安法测电阻目标2伏伏法测电阻目标3安安法测电阻目标4半偏法测电表内阻目标5等效替代法测电阻目标6电桥测电阻【知识导学与典例导练】一、伏安法测电阻1.伏安法测电阻的原理:R=。
2.两种控制电路和两种测量电路【例1】某同学想较准确地测量定值电阻Rx 的阻值,设计实验方案如下:接法分压电路限流电路内接法外接法(1)用如图1所示的多用电表粗测电阻Rx,要用到选择开关K和两个部件S、T。
请根据下列步骤完成电阻测量:①旋动部件__________,使指针对准电流的“0”刻度线;②将K旋转到电阻挡“×1”的位置;③将插入“+”“-”插孔的表笔短接,旋动部件__________,使指针对准电阻的“0”刻度线;④将电阻Rx接入两表笔之间,指针指示的位置如图2所示,则待测电阻Rx的阻值为Rx=__________Ω。
(2)为了较准确测量Rx的阻值,有以下一些器材可供选择:电流表A1(量程0~100mA,内阻约0.2Ω);电流表A2(量程0~3A,内阻约0.12Ω);电压表V1(量程0~3V,内阻很大);电压表V2(量程0~15V,内阻很大);电源E(电动势约为3V,内阻约为0.2Ω);定值电阻R(15Ω,允许最大电流1.0A);滑动变阻器R1(0~10Ω,允许最大电流2.0A);滑动变阻器R2(0~1kΩ,允许最大电流0.5A);单刀单掷开关S一个,导线若干。
①电流表应选__________,滑动变阻器应选__________;(填器材的符号)②请在线框内画出测量电阻Rx 的实验电路图;(要求所测量范围尽可能大)()③某次测量中,电压表示数为U 时,电流表示数为I ,则计算待测电阻阻值的表达式为Rx=__________。
【答案】ST15.01A 1R U R I-【详解】(1)[1]多用电表使用前要先进行机械调零,即旋动部件S ,使得指针对准表盘左侧零刻线处;[2]将插入“+”“-”插孔的表笔短接,旋动部件T ,进行欧姆调零;[3]欧姆表的读数为指针所指刻度乘以倍率,故图示读数为15.0Ω。
电 阻 测 量 的 六 种 方 法电阻的测量是恒定电路问题中的重点,也是学生学习中的难点。
这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法,从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。
一.欧姆表测电阻 1、欧姆表的结构、原理它的结构如图1,由三个部件组成:G 是内阻为Rg 、 满偏电流为Ig 的电流计。
R 是可变电阻,也称调零电阻, 电池的电动势为E ,内阻为r 。
欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。
当红、黑表笔接上待测电阻Rx 时,由闭合电路欧姆定律可知:I = E/(R+Rg+Rx+r )= E/(R 内+R X )由电流的表达式可知:通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比,但存在一一对应的关系,即测出相应的电流,就可算出相应的电阻,这就是欧姆表测电阻的基本原理。
2.使用注意事项:(1) 欧姆表的指针偏转角度越大,待测电阻阻值越小,所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反,即左大右小;电流表、电压表刻度是均匀的,而欧姆表的刻度是不均匀的,左密右稀,这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。
(2)多用表上的红黑接线柱,表示+、-两极。
黑表笔接电池的正极,红表笔接电池的负极,电流总是从红笔流入,黑笔流出。
(3)测量电阻时,每一次换档都应该进行调零(4)测量时,应使指针尽可能在满刻度的中央附近。
(一般在中值刻度的1/3区域) (5)测量时,被测电阻应和电源、其它的元件断开。
(6)测量时,不能用双手同时接触表笔,因为人体是一个电阻,使用完毕,将选择开关拨离欧姆档,一般旋至交流电压的最高档或OFF 档。
二.伏安法测电阻1.原理:根据部分电路欧姆定律。
2.控制电路的选择控制电路有两种:一种是限流电路(如图2); 另一种是分压电路。
(如图3)图 1图2(1)限流电路是将电源和可变电阻串联,通过改变电阻的阻值,以达到改变电路的电流,但电流的改变是有一定范围的。
测电压表内阻的六种方法在实验试题的考查中,经常出现测定电压表内阻的问题,学生在处理此类问题时常不如人意。
现把测电压表内阻常见的六种方法归纳如下。
一、利用欧姆表测量欧姆表是根据闭合电路的欧姆定律制成的。
把电压表看成普通的电阻,利用欧姆表的电阻档测量。
二、利用伏-安法测量理想电压表的内阻视为无限大,但实际使用的电压表内阻并不是无限大。
例1、为了测量某一电压表的内阻,给出如下的实验器材:A 、待测电压表(0~3v 、内阻约为4K Ω),B 、电流表(0~),C 、滑动变阻器(0~20Ω),D 、6V 学生电源,E 开关和若干条导线。
由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电压表的内阻,采用分压式接法,电路图如图-1所示,电压表与电流表串联,多次记录电压表和电流表的示数,利用U-I 图象即可得出电压表的内阻。
三、利用伏-伏法测量所谓伏伏法就是在电流表不能用或没有电流表等情况下,要考虑两块电压表并用的方式测量电阻。
在设计电路时,既要考虑电压表的量程,还要考虑滑动变阻器的连接方式。
1、伏伏串联测量:例2、利用现有的器材测量某电压表的内阻。
实验器材如下:A 、待测电压表V 1(0~3V 、内阻未知),B 、电压表V 2(0~3V 、内阻Ω),C 、滑动变阻器(0~50Ω),D 、6V 电池组(内阻不计),E 、开关和若干条导线。
部分同学想两块电压表的最大量程都是3V ,把两表串联直接接到电源上即可。
同学们把两电压表串联的想法是好的,但直接接到电源上的不可以的。
因为在串联电路中电阻大的分得的电压就多,所以不能草率地将表直接接到电源上。
设计的电路图如图-2所示。
两电压表的内阻都远大于滑动变阻器的最大值,采用分压式接法。
电压表V 1的示数1U ,电压表V 2的示数2U ,两表串联电流相等,有1212V V U U R R =,得1212V V U R R U =。
2、伏伏法并联测量:例3、为测量量程为3V 的电压表V 1的内阻R V1(约为3K Ω),实验时提供的器材有:A 、电流表(0~0.6A 、内阻Ω),B 、电压表V 2(0~6V 、内阻5K Ω),C 、变阻箱1(~Ω),D 、变阻箱2(~Ω),E 、滑动变阻器(0~50Ω),F 、不计内阻的6V 电源,G 、开关和若干导线。
测电源电动势和内阻的六种方法--------供同学们自行阅读练习实验是物理学习中的重要手段,虽然高考是以笔试的形式出现的,但却力图通过考查设计性的实验来鉴别考生独立解决新问题的能力。
因此,在平时的学习中要充分挖掘出物理教材中实验的探索性因素,不断拓宽探索性实验设置的新路子,努力将已掌握的知识和规律创造性的运用到新的实验情景中去。
现结合习题简略介绍几种测量电源电动势和内阻的方法。
一、用一只电压表和一只电流表测量例1 测量电源的电动势E 及内阻r (E 约为V 5.4,r 约为Ω5.1)。
器材:量程为V 3的理想电压表V ,量程为A 5.0的电流表A (具有一定内阻),固定电阻Ω=4R ,滑动变阻器'R ,开关k ,导线若干。
(1)画出实验电路原理图,图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出。
(2)实验中,当电流表读数为1I 时,电压表读数为1U ;当电流表读数为2I 时,电压表读数为2U ,则可以求出E =___________,r =___________。
(用1I 、2I 、1U 、2U 及R 表示)解析:由闭合电路欧姆定律Ir U E +=可知,只要能测出两组路端电压和电流即可,由r I U E 11+=,r I U E 22+=可得:121221I I I U I U E --= (1) 1221I I U U r --= (2) 我们可以用电压表测电压,电流表测电流,但需注意的是题给电压表的量程只有V 3,而路端电压的最小值约为V V Ir E U 75.3)5.15.05.4(=⨯-=-=,显然不能直接把电压表接在电源的两端测路端电压。
依题给器材,可以利用固定电阻R 分压(即可以把它和电源本身的内阻r 共同作为电源的等效内阻“r R +”),这样此电源的“路端电压”的最小值约为V V V r R I E U 375.1)5.55.05.4()(<=⨯-=+-=,就可直接用电压表测“路端电压”了,设计实验电路原理图如图1所示。
测量电压表内阻的方法两表组合,应用欧姆定律,利用伏安方测电表内阻测量电阻的理论是欧姆定律 R=U/I,只要知道电压U 和电流I 即可求得电阻,在实际操作中,要用伏特表、安培表测量电压、电流,根据被测电阻的大小,我们分别选择安培表内接、外接,以减小测量误差(在此不做讨论)。
测电表的内阻与测纯电阻的阻值道理相同,对于电表的“身份”我们做一下转换:认为它是一个‘会说话的电阻',会说自己的电压值(伏特表),电流值(安培表)即测量自己本身分得的电压和通过自身电流。
我们须作的工作就是想办法测量另一未知的物理量。
一)、电压表内阻测量的几种方法一、伏安法测量1、利用伏安法测量例题1、A. 待测电压表(0-3V,内阻在Ω-k5.45.3之间);B. 电流表(0-1mA);C. 滑动变阻器)500(Ω-;D. 电源(1.5V的干电池两节);E. 开关和若干导线。
利用伏安法R=U/I,测量电压表示数U和电流表示数I即可,由于滑动变阻器最大阻值远小于被测内阻值,为了满足多测几组数据,利用作图法求电压表的内阻,应选用滑动变阻器分压式电路,电路如图所示。
例题2、某电压表的内阻在 20k Ω~ 50k Ω之间,现要测量其内阻。
实验室提供如下器材:待测电压表V (量程 3V )电流表A 1 ( 量程 200 μ A)电流表A 2 ( 量程 50mA)电流表A 3 ( 量程 0.6A)滑动变阻器 R (最大阻值 1 k Ω)电源E ( 电动势 4V)开关、导线⑴所提供的电流表中,应选 _______________( 填字母代号 )⑵为减小误差,要求多测几组数据,试画出试验原理图【 探究】:把“待测电压表 V ”看作一个电阻,且该电阻可以显示自己的电压,无需另外测量。
根据欧姆定律,我们只需测出其电流即可。
器材也恰恰有电流表,从理论方面讲,问题可完全解决。
电流表选哪块呢?由电压表的规格可算出其满偏电流不会超过 150 μA ,从精确度和电表的安全角度考虑,应选量程 200 μ A 的 A 1 。
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测电压表内阻的六种方法
在实验试题的考查中,经常出现测定电压表内阻的问题,学生在处理此类问题时常不如人意。
现把测电压表内阻常见的六种方法归纳如下。
一、利用欧姆表测量
欧姆表是根据闭合电路的欧姆定律制成的。
把电压表看成普通的电阻,利用欧姆表的电阻档测量。
二、利用伏-安法测量
理想电压表的内阻视为无限大,但实际使用的电压表内阻并不是无限大。
例1、为了测量某一电压表的内阻,给出如下的实验器材:A 、待测电压表(0~3v 、内阻约为4K Ω),B 、电流表(0~0.5mA ),C 、滑动变阻器(0~20Ω),D 、6V 学生电源,E 开关和若干条导线。
由于滑动变阻器的最大阻值远小于待测电压表的内阻,采用分压式接法,电路图如图-1所示,电压表与电流表串联,多次记录电压表和电流表的示数,利用U-I 图象即可得出电压表的内阻。
三、利用伏-伏法测量
所谓伏伏法就是在电流表不能用或没有电流表等情况下,要考虑两块电压表并用的方式测量电阻。
在设计电路时,既要考虑电压表的量程,还要考虑滑动变阻器的连接方式。
1、伏伏串联测量:例2、利用现有的器材测量某电压表的内阻。
实验器材如下:A 、待测电压表V 1(0~3V 、内阻未知),B 、电压表V 2(0~3V 、内阻3.5K Ω),C 、滑动变阻器(0~50Ω),D 、6V 电池组(内阻不计),E 、开关和若
干条导线。
部分同学想两块电压表的最大量程都是3V ,把两表串联直接接到
电源上即可。
同学们把两电压表串联的想法是好的,但直接接到电源上的不可以的。
因为在串联电路中电阻大的分得的电压就多,所以不能草率地将表直接接到电源上。
设计的电路图如图-2所示。
两电压表的内阻都远大于滑动变阻器的最大值,采用分压式接法。
电压表V 1的示数1U ,电压表V 2的示数2U ,两表串联电流相等,有
12
12
V V U U R R =
,得1212V V U R R U =。
2、伏伏法并联测量:例3、为测量量程为3V 的电压表V 1的内阻R V1(约为3K Ω),实验时提供的器材有:A 、电流表(0~0.6A 、内阻0.1Ω),B 、电压表V 2(0~6V 、内阻5K Ω),C 、变阻
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箱1(0.1~9999.9Ω),D 、变阻箱2(0.1~99.9Ω),E 、滑动变阻器(0~50Ω),F 、不计内阻的6V 电源,G 、开关和若干导线。
利用现有器材设计一个尽量精确的测量电压表内阻的实验,并画出电路图。
写出计算电压表内阻R 1的表达式 。
分析与解:多数同学审题之后,画出了伏安的电路图,这是不正确的,这是因为没有想到待测电压表的量程为3V ,内阻为3K Ω,最大电流为33
103000
U I A R -=
==,
使用时电流表的指针几乎不动,故不能使用电流表。
正确的的电路图如图-3所示。
闭合开关,适当调节滑动变阻器和电阻箱1的阻值,待测电压表V 1的示数U 1,电压表V 2的示数U 2,电阻箱1的阻值为r 1,根据串并联电路的特点有
122
1
11
V U U U r R r -=+,可得表达式11121V U r R U U =-。
四、利用半偏法测量
用如图-4电路图测量量程为1V 的电压表的内阻R V (约1000Ω)。
现有器材如下:A 、滑动变阻器(0~10Ω),B 、电阻箱(0.1~9999.9Ω),C 、不计内阻的6V 电源,D 、开关和若干条导线。
实验方法和步骤是:①按电路图连
好。
②使滑动变阻器的触头在a 端。
③将电阻箱的阻值调到零。
④闭合开关。
⑤滑片向b 移动使电压表的指针达到满偏。
⑥调节电阻箱的阻值,使指针达到半偏,读出电阻箱的电阻值,即为电压表的内电阻值。
五、用电源和电阻箱测量
待测电压表的量程为3V 内阻约为3K Ω。
现有实验器材:不计内阻的6V 电源,变阻箱(0.1~9999.9Ω),开关和若干条导线。
实验的电路图如图-5所示,闭合开关,调节变阻箱的阻值分别为R 1和R 2,读出相对应的电压表的示数分别为U 1和U 2,根据闭合电路的欧姆定律有
111V U E U R R =+
和222V U E U R R =+,两式联立整理得2211
12
V U R U R R U U -=-。
六、电阻箱等效替换法
待测量程3V 电压表V 1(内阻约3K Ω)。
提供的实验器材有:内阻不计的
3V 电源,毫安级的电流表,量程为3V 的电压表V 2,变阻箱(0.1~9999.9Ω),大阻值滑动变阻器,单刀双掷开关,若干条导线。
方法一、伏安法等效替换测量:实验电路图如图-6所示,双掷开关与a 相接,
适当调节滑动变阻器的阻值,记录电流表的示数I,再把双掷开关与b相接,调节变阻箱的阻值,使电流表的示数也是I,此时变阻箱的阻值就与电压表的内阻相等。
方法二、伏伏法等效替换测量:实验电路图如图-7所示,双掷开关与a相接,两电压表串联,共同分享3V电压,记录电压表V2的示数U1。
开关k与b相接,适当调节变阻箱的阻值时,电压表V2的示数会发生相应的变化,当电压表V2的示数与U1相同时,电阻箱的阻值R与待测电压表的内阻等值。
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