[小初高学习]2019届高考物理一轮复习 实验方法之半偏法学案 新人教版
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高考物理第一轮复习教案一、复习目标1、帮助学生回顾和巩固高中物理的基础知识,包括力学、热学、电学、光学和近代物理等部分。
2、使学生能够熟练运用物理概念、规律和公式解决基本问题,提高解题能力。
3、培养学生的物理思维能力,包括分析、推理、综合和应用能力。
4、激发学生对物理学科的兴趣,增强学习信心,为后续的复习和高考打下坚实的基础。
二、复习内容(一)力学1、运动学直线运动:匀速直线运动、匀变速直线运动的规律,位移、速度、加速度的关系。
曲线运动:平抛运动、圆周运动的规律,线速度、角速度、向心加速度的计算。
2、牛顿运动定律牛顿第一定律、第二定律、第三定律的内容和应用。
超重和失重现象的理解。
3、功和能功的计算,功率的概念。
动能定理、机械能守恒定律的应用。
(二)热学1、分子动理论物质是由大量分子组成的,分子的大小、质量和数量级。
分子热运动的特点,布朗运动的解释。
分子间的作用力,分子势能的变化。
2、热力学定律热力学第一定律、第二定律的内容和意义。
热机的效率,能量守恒定律的应用。
(三)电学1、静电场库仑定律,电场强度的定义和计算。
电场线的性质,电势、电势能的概念。
匀强电场中电势差与电场强度的关系。
2、恒定电流部分电路欧姆定律,电阻定律。
闭合电路欧姆定律,电路的动态分析。
电功率、焦耳定律的应用。
3、磁场磁感应强度的定义和方向,磁感线的特点。
安培力、洛伦兹力的计算和方向判断。
带电粒子在匀强磁场中的运动。
(四)光学1、光的折射和反射折射定律,折射率的计算。
全反射现象,临界角的计算。
2、光的波动性光的干涉、衍射现象的解释。
电磁波的性质和应用。
(五)近代物理1、原子结构汤姆孙的原子模型,卢瑟福的α粒子散射实验。
玻尔的原子理论。
2、原子核原子核的组成,放射性元素的衰变规律。
核能的计算,核反应方程的书写。
三、复习方法1、知识梳理引导学生按照章节顺序,回顾物理概念、规律和公式,建立知识框架。
对重点和难点知识进行详细讲解,帮助学生理解和掌握。
半偏法半偏法测电阻(1)半偏法测电流表内阻方法一:电路图如图所示,测量电流表的内阻,操作步骤:①断开S2,闭合S1,调节R1,使电流表读数等于其量程I m;②保持R1不变,闭合S2,调节R2,使电流表读数等于1I m,然2后读出R2的值,若满足R1≫R A,则可认为R A=R2.误差分析:当闭合S2 时,总电阻减小,总电流增大,大于原电流表的满偏电流,而此时电流表半偏,所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大,R2的电阻比电流表的电阻小,而我们把R2的读数当成电流表的内阻,故测得的电流表的内阻偏小.方法二:如图所示,测量电流表Ⓖ的内阻,操作步骤:①将电阻箱R 的电阻调到零;②闭合S,调节R0,使Ⓖ达到满偏I0;③保持R0不变,调节R,使Ⓖ示数为I0;2④由上可得R G=R.(2)半偏法测电压表内阻方法二:如图所示,测量电压表的内阻,操作步骤:①将R2的值调为零,闭合S,调节R1的滑动触头,使电压表读数等于其量程U m;②保持R1 的滑动触头不动,调节R2,使电压表读数等于1U m,2然后读出R2的值,若R1≪R V,则可认为R V=R2.误差分析:当R2 的值由零逐渐增大时,R2 与电压表两端的电压是也将逐渐增大,因此电压表读数等于1U m时,R2两端的电压将大于1m,U2 2使R2>R V,从而造成R V 的测量值偏大.显然半偏法则电压表内阻适于测量内阻较大的电压表的电阻.1.如图所示是半偏法测电流表内阻的电路图,测量的过程包含以下几个主要的步骤:①闭合k1,调节R1 的阻值,使电流表满偏;②闭合k2,保持R1 不变,调节R2 的阻值,使电流表半偏;③此时R 2 的读数即为电流表内阻测量值;④将R1 的阻值调到最大;以上步骤,合理的顺序是A.①④②③B.④①②③C.④②①③D.④③②①【答案】B【解析】半偏法测量电流表内阻时,为了保护电流表,应首先把干路中的变阻箱R1 调到最大,然后闭合k1 接通电路,并调节R1 使电流表达到满偏电流I g,次,闭合k2,保持R1 不变,调节R2 的阻值,使电流表示数半偏Ig2,由于变阻箱R2 和电流表并联其电压相等,电流均为Ig2故电流表的内阻值等于此时的R2;故合理的顺序为④①②③,故B 正确.2.某同学为测量表头G1 的内阻,设计了如下图所示电路,其中G2 是标准电流表;G2 的量程略大于G1 的量程,R1 、R2 为电阻箱,实验步骤如下:①分别将R 1和R2 的阻值调至最大②保持开关S2 断开,合上开关S1 ,调节R1使G1的指针达到满偏刻度,记下此时G2 的示数I0③合上开关S2 ,反复调节R1和R2 ,使G2 的示数仍为I0 ,使G1 的指针达到满偏刻度的一半,记下此时电阻箱R2 的示数R(1)由此可知电流表G1 的量程为,内阻为(用所I 2I测物理量表示)(2) 根据前述实验过程中的测量结果。
半偏法与改装专题1电流计(表头)由于构造的原因,一般只能测量较小的电流和电压。
如果要用它来测量较大的电流和电压,就必须进行改造,以扩大其量程。
万用表的原理就是对微安表头进行多量程改装而来。
1、表头的主要参数的测定表头(毫安表、电流计)的主要参数:量程和内阻。
量程是指针偏转满刻度时可测的最大电流值g I ,也称满偏电流。
表头的线圈有一定内阻,用g R 表示。
测量内阻g R 的方法很多,本实验采用替代法。
考查方式一 测电表内阻两种半偏法测电阻1 限流半偏法(1)实验原理如图1所示,其中R 为电位器(或滑动变阻器),R′为电阻箱,G 为待测电表。
(2)实验操作顺序①按原理图连结好电路,断开S 1、S 1,将R 阻值调到最大;②合上S 1,调节R ,使电表G 达到满偏;③保持R 阻值不变,再合上S 2,调节R′,使G 达到半偏;④断开S 1,记下R′的阻值;⑤在R>>R′时,R g =R′。
(3)误差分析本实验是在R>>R′的情况下,并入R′后,对总电阻影响很小,即认为干路电流仍等于I g 时,近似认为R g =R′。
但实际上并入R′后,总电阻减小,干路电流I>I g ,通过R′的电流I R'>I g /2,因此,R g >R′即R 测<R 真。
所以测量值比真实值偏小,而且R g 越小,测量误差越小。
2 分压半偏法(1)实验原理如图2所示,其中R 为滑动变阻器,R′为电阻箱,V 为待测电表。
(2)实验操作顺序①连结电路,断开S ,并将滑片置于最右端,调节R′=0;②合上S ,调节滑动变阻器R ,使电表达到满偏;③保持滑片位置不动,调节电阻箱R ′的阻值,使电表半偏;④断开,记下R′的读数;⑤在R<<R′时,R v=R′。
(3)误差分析本实验是在R<<R′的情况下,串入R′后,对回路总电阻影响很小,可以忽略不计,即分压部分的电压保持不变,所以当电表半偏时,认为:R v=R′。
半偏法用半偏法测电流表的内阻例1..现有一块59C2型的小量程电流表G (表头),满偏电流为A μ50,内阻约为800 850Ω,把它改装成mA 1、mA 10的两量程电流表之前要测量表头的内阻。
可供选择的器材有:滑动变阻器R 1,最大阻值20Ω;滑动变阻器2R ,最大阻值Ωk 100; 电阻箱R ',最大阻值Ω9999; 定值电阻0R ,阻值Ωk 1; 电池E 1,电动势1.5V ; 电池2E ,电动势V 0.3;电池3E ,电动势V 5.4;(所有电池内阻均不计) 标准电流表A ,满偏电流mA 5.1;单刀单掷开关1S 和2S ,单刀双掷开关3S ,电阻丝及导线若干。
(1)采用如图所示电路,写出用半偏法测电流表的内阻的主要实验步骤,及如何求得实验结果。
(2)为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为 ;选用的电池为 。
【解析】(1)在这个实验中,第一步,断开S 2,闭合S 1,调节R ,使电流表满偏,第二步,闭合S 2,闭合S 1,不调节R ,仅调节R ’’,使电流表半偏,则电流表的内阻约等于电阻箱R ’的阻值(即读数)。
(2)答案是① 2R (或最大阻值Ωk 100) ② 3E (或电动势4.5V )有同学不理解,待测电流表G (表头)的满偏电流仅为A μ50,为什么要用大电动势的电池和大阻值的滑动变阻器呢?这要从半偏法测电流表的内阻的误差分析谈起。
我们用两种方法说明。
方法1. 分析法因为第二步中认为电阻箱R’分流一半,也就是认为第二步与第一步中干路电流相等。
怎么会相等呢?明明是总电阻发生了变化(并联了电阻箱R’),这就要求并联了电阻箱R’后对总电阻的影响可以忽略不计。
怎样才能忽略不计?要求RRA<<,在R A已确定的条件下,只能使滑动变阻器的阻值尽可能大,而要使滑动变阻器的阻值尽可能大,因为R A的满偏电流是确定的,所以也要使电池的电动势尽可能大。
方法2. 公式法这个分析也可以用公式推导:在第一步中,电流表的电流为RREIA+=,在第二步中,根据并联分流公式,电流表的电流为''''2RRRRRRRREIAAA+⨯++=;从这两式可解得:''RRRRRA-=,只有当RR<<'时,才有'RRA=,也就是电阻箱的读数为电流表的内阻。
带电粒子在匀强磁场中的运动)基础点知识点洛伦兹力、洛伦兹力的方向、洛伦兹力公式.洛伦兹力:磁场对运动电荷的作使劲。
.洛伦兹力的方向()判断方法:左手定章。
①磁感线垂直穿过手心。
②四指指向正电荷运动的方向。
③拇指指向正电荷所受洛伦兹力的方向。
()方向特色:⊥,⊥,即垂直于和决定的平面。
(注意:和不必定垂直 ).洛伦兹力的大小:=θ,θ为与的夹角。
()∥时,洛伦兹力=。
()⊥时,洛伦兹力=。
()=时,洛伦兹力=。
知识点带电粒子在匀强磁场中的运动.洛伦兹力的特色:洛伦兹力不改变带电粒子速度的大小,或许说,洛伦兹力对带电粒子不做功。
.粒子的运动性质()若∥,则粒子不受洛伦兹力,在磁场中做匀速直线运动。
()若⊥,则带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
.半径和周期公式()由=,得=。
()由=,得=。
重难点一、对洛伦兹力的认识.对洛伦兹力的理解()洛伦兹力的方向老是垂直于运动电荷的速度方向,所以洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小,即洛伦兹力永不做功。
()当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化。
()用左手定章判断负电荷在磁场中运动所受的洛伦兹力时,要注意将四指指向电荷运动的反方向。
.洛伦兹力和安培力的比较()洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中遇到的力,而安培力是导体中所有定向挪动的自由电荷遇到的洛伦兹力的宏观表现。
()安培力是洛伦兹力的宏观表现,两者是同样性质的力,都是磁场力。
()安培力能够做功,而洛伦兹力对运动电荷不做功。
.洛伦兹力与电场力的差别.洛伦兹力的推导如下图,直导线长为,电流为,导体中运动电荷数为,横截面积为,电荷的电荷量为,运动速度为,则安培力==洛,所以洛伦兹力洛==。
因为= (为单位体积内的电荷数),所以洛==·,式中=,故洛=。
特别提示()带电粒子在磁场中运动其实不必定受洛伦兹力。
比方∥时,则不受磁场力。
()当与不垂直时,也受洛伦兹力=θ,θ为粒子速度与磁场方向的夹角。
第7课时专题强化:测量电阻的其他几种方法目标要求掌握等效替代法、伏伏法、安安法、半偏法、电桥法等测电阻的方法并会进行相关实验设计。
考点一等效替代法测电阻如图所示,开关S先接1,让待测电阻串联后接到电动势恒定的电源上,调节R2,使电表指针指在适当位置读出电表示数;然后开关S接2,将电阻箱串联后接到同一电源上,保持R2阻值不变,调节电阻箱的阻值,使电表的读数仍为原来记录的读数,则电阻箱的读数等于待测电阻的阻值。
例1(2021·浙江6月选考·18)小李在实验室测量一电阻R的阻值。
(1)因电表内阻未知,用如图甲所示的电路来判定电流表该内接还是外接。
正确连线后,合上开关S,将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。
单刀双掷开关K掷到1,电压表的读数U1=1.65 V,电流表的示数如图乙所示,其读数I1=________ A;将K掷到2,电压表和电流表的读数分别为U2=1.75 V,I1=0.33 A。
由此可知应采用电流表________(填“内”或“外”)接法。
(2)完成上述实验后,小李进一步尝试用其他方法进行实验:①器材与连线如图丙所示,请在虚线框中画出对应的电路图;②先将单刀双掷开关掷到左边,记录电流表读数,再将单刀双掷开关挪到右边,调节电阻箱的阻值,使电流表的读数与前一次尽量相同,电阻箱的示数如图所示。
则待测电阻R x =___ Ω。
此方法________(填“有”或“无”)明显的实验误差,其理由是_______________________。
答案 (1)0.34 外 (2)①见解析图 ②5 有 电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近(或其他合理解释)解析 (1)由电流表的表盘可知电流大小为0.34 A 电压表的百分比变化为 η1=1.75-1.651.75×100%≈5.7%电流表的百分比变化为η2=0.34-0.330.33×100%≈3.0%,可知电压表的示数变化更明显,故采用电流表外接法。
专题08变式迁徙法(分析版)在高中物理习题教课中,教师一般用变式训练的方法来帮助学生稳固物理观点或物理规律。
变式训练有助于促使问题解决的知识的正向迁徙,也正因为这样,深受广大一线教师的喜爱。
我们也要看到其阻挡问题解决的知识的负向迁徙,因为学生假如不可以正确、娴熟地掌握它,就致使他特别轻易凭其有限经验,将解决一类问题的方法乱用乱套到另一类问题上。
这要修业生正确理解物理观点或物理规律的内涵,掌握所列举变式的同质性,平常学习过程中,在教师的指引下自觉地应用它,长此以往必定会收到较好的学习成效。
所谓变式的同质性,主要指其内涵的同质性、或解题方法的同质性。
比方,物体在竖直平面自由地做圆周运动最高点的最大速度问题。
绳一端固定、一端拴着的物体绕固定点做圆周运动与物体绕圆滑圆环内侧做圆周运动是同一种性质的变式,而杆一端固定、一端拴着物体做圆周运动与上述问题不拥有同质性,不是同一种变式;再如,不一样质量的物体之间用绳拴着,此中一个物体在与绳共线的恒定拉力作用下运动,它们之间拉力问题,假如两个物体的资料同样(动摩擦因数同样),物体在水平面、或在竖直面、或在斜面上,它们之间的拉力大小相等,几个问题是同一种性质的变式,而当两个物体的资料不一样时,上述几个问题就不是同种性质的变式。
怎样走出变式训练的误区,促使知识的正向迁徙,向来是高中物理习题教课的难点,在习题教课中要多做这方面的训练。
下边以详细案例来说说这个问题。
典例1.(19年全国1卷)如图,等边三角形线框LMN由三根同样的导体棒连结而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感觉强度方向垂直,线框极点M、N与直流电源两头相接,已如导体棒MN遇到的安培力大小为F,则线框LMN遇到的安培力的大小为()A.2F B.C.D.0【答案】B【分析】三角形边长为L,磁感觉强度为B,流过ML、LN的电流I,将ML、LN边遇到的安培力进行合成,F合2IBLcos600IBL,MN边遇到的安培力F2IBL,线框遇到的协力【评论与总结】上两边ML、LN遇到安培力作用的等效长度就是MN边长,这个结论能够推行为曲折通电导线遇到安培力作用的等效长度为曲折通电导线端点之间的距离。
【考向解读】高考对物理实验的考查,是在《考试说明》规定的实验基础上进行重组与创新,旨在考查考生是否熟悉这些常规实验器材,是否真正动手做过这些实验,是否能灵活的运用学过的实验理论、实验方法、实验仪器,去处理、分析、研究某些未做过的实验,包括设计某些比较简单的实验等.所给的物理情景和要求跟教材内容多有明显区别,是以教材中实验为背景或素材,通过改变实验条件或增加条件限制,加强对考生迁移能力、创新能力和实验能力的考查.【命题热点突破一】验证力的平行四边形定则实验的条件是“力的作用效果相同”,因此,在两个分力和一个力分别作用下,同一弹性绳的同一端点必须到达同一位置才能满足实验的验证条件.例1、【2017²新课标Ⅲ卷】(6分)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上,如图(a)所示。
将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。
(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出。
测力计的示数如图(b)所示,F的大小为_______N。
(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点。
此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。
(i)用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力F1、F2的图示,然后按平形四边形定则画出它们的合力F合;(ii)F合的大小为_______N,F合与拉力F的夹角的正切值为________。
若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则。
【答案】(1)4.0 (2)(i)如图(ii)4.0 0.05【解析】(1)由图可知,F的大小为4.0 N。
逐差法在用打点计时器打下的纸带测加速度的实验中,我们用逐差法计算加速度。
1. 计算加速度的基本公式:2Tx a ∆= 公式推导:根据运动学公式221at vt x +=,有221aT T v x n n +=①,21121aTT v x n n +=++②,但aT v v n n +=+1,所以2121aT T v x n n -=+③,②-③得21aT x x n n =-+,所以21T x x a n n -=+,即2T xa ∆= 2. 逐差法计算加速度的公式:2143Tx x a -=如果测得6个数据:1x 、2x 、3x 、4x 、5x 、6x , 则23216549)()(Tx x x x x x a ++-++=. 公式推导:因为212aT x x =-,223aT x x =-,234aT x x =-, 3式相加得2143aT x x =-,得2143T x x a -=同理2253T x x a -=,2363Tx x a -= 以上3式相加得:=a 323216543)()(T x x x x x x ++-++,所以23216549)()(Tx x x x x x a ++-++=。
早期的物理教 书,只有公式23216549)()(T x x x x x x a ++-++=,因为题目所给的数据用哪一组计算都相等。
后来为了联系实际,题目中给的数据用2121T x x a -=,2232Tx x a -=,2343T x x a -=,2454T x x a -=,2565T x x a -=几个公式算的加速度都不相等或不都相等(因为读数是这样的),到底哪一个答案对呢?有人想出一个办法,就是求平均值,即554321a a a a a a ++++=,细心的人会发现,这个“平均值”并不能表示平均值,因为实际上这个“平均值”是a =2165Tx x -,还是只用了6个数据中的2个数据。
半偏法是一种用于测量电表内阻的方法,常见的有“电流半偏法”和“电压半偏法”,下面对这两种方法分别进行研究;1.电流半偏法及其误差分析实验目的;电流半偏法用于测量电阻较小的电表的内阻;测量方法;如图所示,电流计G其内阻Rg待测,所用仪器有电源E;滑动变阻器R采用限流式;电阻箱R`与电流计并联;两个开关S1串联在干路;S2与电阻箱串联;具体的实验过程;首先断开开关S1和S2,把滑动变阻器的滑片滑到R得最右端,然后闭合开关S1,向右移动滑片,使电流计G的指针刚好达到满偏,再闭合开关S2,接着缓慢调节电阻箱的阻值,使电流计的指针恰好指到一半刻度处,即半偏位置,这时“读出”电阻箱的阻值就是待测电流计内阻的测量值;器材选取;① R~必须用电阻箱,电阻箱的选择,只要它能调出与电流表内阻相当的电阻即可;②R可以用滑动变阻器,也可以用大阻值的电阻箱;当电阻箱接入时,维持总电流几乎不变是至关重要的,因为这时才可以说两条支路上各有一半电流;为此:R的实际阻值应远大于电流表的内阻R>100Rg,才能做到总电流几乎不变;即R>>Rg③因: ,在实验中,Ig、Rg都是一定的,为保证R>100 Rg,因此电源电动势应越大越好;误差分析;要求电阻箱的并入,使干路电流变化不大,这种电路只适合于测量小内阻的电流表,同时电阻箱的电阻也较小;事实上,无论怎样,电阻箱的并入,使得干路电路略微变大,不再是原来的干路电流,而电流表半偏的时候流过的电流是原来干路电流的一半,这样流过电阻箱的电流就要比半偏值稍大一点,根据并联分流原理,电阻箱的阻值要比电流表的内阻稍小一点,因此测量值小于真实值;例题 2007年全国卷Ⅱ22;2有一电流表A,量程为1mA,内阻rg约为100Ω;要求测量其内阻;可选用的器材有:电阻箱R0,最大阻值为99999;9Ω;滑动变阻器甲,最大阻值为10kΩ;滑动变阻器乙,最大阻值为2kΩ;电源E1,电动势约为2V,内阻不计;电源E2,电动势约为6V,内阻不计;开关2个,导线若干;采用的测量电路图如图所示,实验步骤如下:a.断开S1和S2,将R调到最大;b.合上S1,调节R使A满偏;c.合上S2,调节R1使A半偏,此时可认为的A的内阻rg =R1;试问:ⅰ在上述可供选择的器材中,可变电阻R1应该选①;为了使测量尽量精确,可变电阻R应该选择②;电源E应该选择③;ⅱ认为内阻rg=R1,此结果与的rg真实值相比④;填“偏大”、“偏小”、“相等”答案ⅰR0 滑动变阻器甲; E2 ⅱ偏小;分析ⅰ根据半偏法的测量原理,R1必须选R0;由于电流表的满偏电流很小,要求R1的阻值很大,故R应选滑动变阻器甲,电源选择E2,误差较小;ⅱ根据闭合电路的欧姆定律及电路特点可得:合上S1,调节R使○A满偏:Ig=合上S2,调节R1使○A半偏电路中的总电流:I=故:I>Ig;所以,通过电阻箱的电流IR1:IR1>Ig用U表示电阻箱两端电压,则R1=即:rg>R1故:认为内阻rg=R1,此结果与○A的rg真实值相比偏小;2.电压半偏法及其误差分析实验目的;电压半偏法用于测量电阻较大的电表的内阻;测量方法:如图所示,电压表V,其内阻RV待测,所用仪器有电源E、滑动变阻器R采用分压式、电阻箱R0电压表串联开关S;具体的实验过程是这样的:首先把滑动变阻器的滑片滑到R的最左端,调节电阻箱的阻值使之为零,接着闭合开关S,然后向右移动滑片,使电压表V的指针刚好达到满偏,再将电阻箱的阻值逐渐变大,使电压表的指针恰好指到满刻度的一半处,即半偏位置;这时“读出”电阻箱的阻值就是电压表内阻的测量值;器材选取;①R0必须是电阻箱,且电阻箱的阻值应比较大,与电压表的内阻相当的电阻箱;②R为阻值较小的滑动变阻器小控大,用小电阻分压调节相当于粗调节,调节电压范围大,而用大的滑动变阻器则相反,即R<<R0;误差分析;要求电阻箱的串入,使分压电路部分的电压变化不大,这种电路只适合于测量大内阻的电压表,同时电阻箱的电阻也较大;事实上,无论怎样,电阻箱的串入,使得分压电路部分的电压略微变大,不再是原来分去的电压了,而电压表在半偏的时候电压表降落的电压是原来电压的一半,这样降落在电阻箱上的电压要比半偏值稍大一点,因此测量值大于真实值;例题一只量程为1V,内阻Rv约900Ω的电压表是由小量程电流表改装而成的,现要测量它的内阻,实验室提供了以下可供选择的器材:A.待测电压表;B.标准电压表量程1V;C.滑动变阻器:最大阻值1000Ω,额定电流;D.滑动变阻器:最大阻值10Ω,额定电流1A;E.电阻箱:最大阻值Ω,阻值最小改变量Ω;F.电阻箱:最大阻值Ω,阻值最小改变量Ω;G.电池组:电动势为3V,内阻约1Ω;另外还有导线、开关若干;2用上述方法测出电压表内阻的测量值Rv_______ 填“大于”、“等于”或“小于”电压表内阻真实值.答案 1 乙图 D,E 2大于分析1甲图适合测量电流表的内阻,乙图适合测电压表的内阻,所以应当选择乙图;在器材的选择上,除了电池组,导线,开关和待测电压表外,还应从提供的器材中选用一个滑动变阻器,由于滑动变阻器采用分压式,根据“大滑变限流,小滑变分压”,所以应该选滑动变阻器D,电阻箱要选择和电压表内阻相当的电阻箱E;测电压表内阻时为什么要求滑动变阻器的电阻越小越好这个实验是一个近似实验,也就是说必须在一定条件下Rw<<Rv;先问你一个问题,一个很大的电阻Rv与一个很小的电阻Rw并联,并联的电阻值是多少答案是近似等于Rw;那么,一个很大的电阻2Rv与一个很小的电阻Rw并联,并联的电阻值是多少答案是比上一个的并联值更加近似等于Rw;总结一下,就是Rv与Rw的差值越大,并联电阻的值就越接近Rw;而这个实验的假设是,与电压表电路并联的那段滑动变阻器上的电压,在实验过程中,始终不变;要想电压不变,电阻就要不变;只要Rw<<Rv,那么R并≈Rw,这样就做到了近似的电阻不变;测电流表内阻时为什么要求滑动变阻器的电阻越大越好先看实验原理,与上一个实验一样,这也是一个近似实验,而这个实验的假设是电流不变总电流不变;要想总电流不变,就要求电路中的总电阻不变;请回答这个问题,一个很大的电阻Rg与一个很小的电阻Ra串联,串联电阻值是多少答案是很接近于Rg,而且Rg与Ra的差距越大Rg>>Ra,就越接近与Rg;所以要求并联电路的电阻电流表与电阻箱的并联电阻与滑动变阻器串联后电流不变,就必须使滑动变阻器的电阻远远大于并联电路的电阻;也就是说,滑动变阻器的阻值越大越好;用电动势较大的电源;注意:干路可为滑动变阻器,也可为电阻箱;但支路必为电阻箱。
半偏法
用半偏法测电流表的内阻
例1..现有一块59C2型的小量程电流表G (表头),满偏电流为A μ50,内阻约为800 850Ω,把它改装成mA 1、mA 10的两量程电流表之前要测量表头的内阻。
可供选择的器材有:
滑动变阻器R 1,最大阻值20Ω;
滑动变阻器2R ,最大阻值Ωk 100; 电阻箱R ',最大阻值Ω9999; 定值电阻0R ,阻值Ωk 1; 电池E 1,电动势1.5V ; 电池2E ,电动势V 0.3;
电池3E ,电动势V 5.4;(所有电池内阻均不计) 标准电流表A ,满偏电流mA 5.1;
单刀单掷开关1S 和2S ,单刀双掷开关3S ,电阻丝及导线若干。
(1)采用如图所示电路,写出用半偏法测电流表的内阻的主要实验步骤,及如何求得实验结果。
(2)为提高测量精确度,选用的滑动变阻器为 ;选用的电池为 。
【解析】(1)在这个实验中,第一步,断开S 2,闭合S 1,调节R ,使电流表满偏,第二步,闭合S 2,闭合S 1,不调节R ,仅调节R ’’,使电流表半偏,则电流表的内阻约等于电阻箱R ’的阻值(即读数)。
(2)答案是① 2R (或最大阻值Ωk 100) ② 3E (或电动势4.5V )
有同学不理解,待测电流表G (表头)的满偏电流仅为A μ50,为什么要用大电动势的电池和大阻值的滑动变阻器呢?这要从半偏法测电流表的内阻的误差分析谈起。
我们用两种
方法说明。
方法1. 分析法
因为第二步中认为电阻箱R ’分流一半,也就是认为第二步与第一步中干路电流相等。
怎么会相等呢?明明是总电阻发生了变化(并联了电阻箱R ’),这就要求并联了电阻箱R ’后对总电阻的影响可以忽略不计。
怎样才能忽略不计?要求R R A <<,在R A 已确定的条件下,只能使滑动变阻器的阻值尽可能大,而要使滑动变阻器的阻值尽可能大,因为R A 的满偏电流是确定的,所以也要使电池的电动势尽可能大。
方法2. 公式法
这个分析也可以用公式推导:
在第一步中,电流表的电流为R
R E
I A +=
,
在第二步中,根据并联分流公式,电流表的电流为
'''
'2R R R R
R R R R E I A A A
+⨯++=;
从这两式可解得:'
'
R R RR R A -=,只有当R R <<'时,才有'R R A =,也就是电阻箱
的读数为电流表的内阻。
例2.将满偏电流I g =300μA 、内阻未知的电流表○G 改装成电压表并进行核对.
(1)利用如图所示的电路测量电流表○G 的内阻(图中电源的电动势E=4V ):先闭合S 1,调节R ,使电流表指针偏转到满刻度;再闭合S 2,保持R 不变,调节R ′,使电流表指针偏转到满刻度的
3
2
,读出此时R ′的阻值为200Ω,则电流表内阻的测量值Rg= ▲ Ω. (2)将该表改装成量程为3V 的电压表,需 ▲ (填“串联”或“并联”)阻值为R 0= ▲ Ω的电阻.
(3)把改装好的电压表与标准电压表进行核对,试在答题卡上画出实验电路图和实物连接图.
【解析】(1)设电流表的满偏电流为I ,则根据并联分流的原理,
有
Ω=⨯==1003
231200''I I
I I R R G
g 。
(2)串联电阻为9900Ω。
计算方法如下:串联电路电流相等。
有
=-0
R R I U G
G G I ,
所以Ω=-⨯=-=
-990010010
300360G G R I U R 。
(3)如下图
点评:本题对半偏法有发展,用了
3
2
偏法,只要懂得原理,就能灵活应变,这就考查了学生的应变能力和知识迁移能力。
而不能死记硬背“电流表内阻等于电阻箱读数” 的结论。
本题还考查了电流表改装为电压表以及改装后的电压表的校准。
例3.(1)甲同学要把一个量程为200A μ的直流电流计○G ,改装成量度范围是0 4V的直流电压表。
①她按图1所示电路、用半偏法测定电流计○
G 的内电阻r g ,其中电阻R 0约为1k Ω。
为使r g 的测量值尽量准确,在以下器材中,电源E 应选用 ,电阻器R 1应选用 ,电阻器R 2应选用 (选填器材前的字母)
A.电源(电动势1.5V) B.电源(电动势6V) C.电阻箱(0 999.9Ω) D.滑动变阻器(0 500Ω) E.电位器(一种可变电阻,与滑动变阻器相当)(0 5.1k Ω) F.电位器(0 51k Ω)
②该同学在开关断开情况下,检查电路连接无误后,将R2的阻值调至最大。
后续的实验操作步骤依次是,,,,最后记录R1的阻值并整理好器材。
(请按合理的实验顺序,选填下列步骤前的字母)
A.闭合S1
B.闭合S2
C.调节R2的阻值,使电流计指针偏转到满刻度
D.调节R2的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半
E.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度的一半
F.调节R1的阻值,使电流计指针偏转到满刻度
③如果所得的R1的阻值为300.0Ω,则图1中被测电流计○G的内阻r的测量值为Ω,该测量值实际值(选填“略大于”、“略小于”或“等于”)。
④给电流计○G联(选填“串”或“并”)一个阻值为kΩ的电阻,就可以将该电流计○G改装为量程4V的电压表。
(2)乙同学要将另一个电流计○G改装成直流电压表,但他不仅借到一块标准电压表、一个电池组E、一个滑动变阻器R'和几个待用的阻值准确的定值电阻。
①该同学从上述具体条件出发,先将待改装的表○G直接与电压表校准。
请你画完图2方框中的校准电路图。
②实验中,当定值电阻R选用17.0kΩ时,调整滑动变阻器R'的阻值,电压表的示数是4.0V时,表○G的指针恰好指到满量程的五分之二;当R选用7.0kΩ时,调整R'的
阻值,电压表的示数是2.0V时,表○G的指针又指到满量程的五分之二。
由此可以判定,表○
G 的内阻rg是 k Ω,满偏电流g I 是 mA 。
若要将表○G 改装为量程是15V 的电压表,应配备一个 k Ω的电阻。
答案:(1)①B C F②B C A E③300 略小于④串 19.7 (2)①如图所示;②3.0 0.50 27.0
【解析】⑴①半偏法测量表头内阻时,首先选择滑动变阻器(必须大于电路所需的最小电阻,根据电路的电压为电源电动势,电路的最大电流为表头的满偏电流,则最小电阻为
36300.210-=⨯K Ω或3
1.57.50.210
-=⨯K Ω,考虑到保护电阻R 0=1 K Ω,则可知调节滑动变阻器使表头满偏时滑动变阻器的阻值分别接近29 K Ω或6.5K Ω,电路图中R 2是滑动变阻器,不能选择D 和E 只能选择F 。
表头满偏时滑动变阻器的阻值越大,实验的误差越小,所以电源选择电动势为6V 的B ,而且滑动变阻器F 的阻值也满足调节所需。
而R 1是用来测量表头内阻的电阻箱只能选C 。
②实验步骤为:第一步闭合S 2((B ),第二步调节R 2的阻值,使电流计满偏(C ),第三步闭合S 1((A ),第四步调节R 1的阻值,使电流计半偏(E ),第五步读出R 1的示数为待测表头的内阻。
③R 1的示数为待测表头的内阻是300.0K Ω。
闭合S 1后,电路的总电阻减小,当表头半偏时,干路电流就大于表头的满偏电流,流过电阻箱的电流就大于流过表头的电流,所以电阻箱的阻值略小于表头内阻。
④给表头串联一个电阻可以改装成电压表,改装电压表的内阻为
3
4
0.210m V g U R I -=
=⨯=20K Ω,则串联电阻大小为20K Ω-300Ω=19.7K Ω。
(2)本实验时对改装电压表进行校准的,将改装电压表和标准电压表并联后要求电压从0到满偏变化,所以滑动变阻器采用分压接法。
表头的刻度均匀。
当表针恰好指到满量程的五分之二时,流过改装电压表的电流是0.4I g ,根据欧姆定律分别有
4=0.4 I g (r g +17×103
)和2=0.4 I g (r g +7×103
)
解得表头内阻为3.0 K Ω,满偏电流为:0.50mA 量程是15V 的改装电压表的内阻为3
4
0.210m V g U R I -==⨯=30K Ω,所以改装时串联的定值电阻是30K Ω-3.0 K Ω=27.0 K Ω。