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a.将两表笔短接,调节P使指针对准刻度盘上欧姆档的零刻度,断开两表笔
b.将两表笔分别连接到被测电阻的两端,读出Rx的阻值后,断开两表笔
c.旋转S使其尖端对准欧姆档?
1k
d.旋转S使其尖端对准欧姆档?
100
e.旋转S使其尖端对准交流500V档,并拔出两表笔_______。
根据图1所示指针位置,此被测电阻的阻值约为_____Ω。
(2)下述关于用多用表欧姆档测电阻的说法中正确的是
A.测量电阻时如果指针偏转过大,应将选择开关S拨至倍率较小的档位,重新调零后测量
B.测量电阻时,如果红、黑表笔分别插在负、正插孔,则会影响测量结果
C.测量电路中的某个电阻,应该把该电阻与电路断开
D.测量阻值不同的电阻时都必须重新调零
答案:
(1)c、a、b、e,30k,
(2)A、C。
解析:
(1)由于待测电阻约几十kΩ,用Ω作单位时其电阻的数量级为10000,而欧姆表中值电阻数是“15”,数量极为10。
两数相除,所得商的数量级1000。
倍率应选“?
1k”。
测量电阻时,前后两次若用同一倍率,不需要重新调零。
表盘读数为“30”,乘以倍率“?
1k”得:
R=30kΩ。
(2)测量电阻时如果指针偏转过大,说明倍率选大了,应选较小倍率,重新调零再测;
测电阻时,两表笔相当于电路的两个接头,表笔插孔不影响测量;
如果不把待测元件与电路断开,测到的将是待测电阻与其他元件连接后的电路的电阻,若电路中还有电源,将无法测量。
【点评】倍率过大,指针读数虽较准,但乘以较大倍率后,读数的微小误差被“放大”,使测量误差增大;
倍率过小,指针所指出刻度密集,读数误差很大。
欧姆表测电阻,误差的控制,关键是倍率的选择。
二、伏安法
伏安法是精确测量电阻的常见方法,一般适合大小在100Ω数量级的电阻的精确测量。
部分电路欧姆定律。
由
可知,将待测电阻接入闭合电路,测出其两端电压及与该电压对应的电流,即可算得待测电阻。
(1)估计或用欧姆表估测待测电阻的大概值:
将估测值与所用电流表、电压表的电阻相比较,确定电流表的接法。
(2)选择电流表与电压表:
依据电源电动势、内阻及电路中的最大电阻估计电路中的最大电流及待测电阻两端的最大电压,以此作为选择电流表、电压表量程的依据。
两表的量程不得小于此值,在满足此条件下,尽量使用小量程电流表与电压表,因为电流表在接近满偏时测量误差小。
(3)选择电流表的接法:
实验中电流表有图2(电流表外接法)、3(电流表内接法)所示两种接法。
由于电流表的电阻不是零,它要分压;
电压表的电阻不是无穷大,它要分流,因此,两种解法都会带来误差。
实际测量时,要先根据待测电阻估测值Rx、电压表电阻值RV、电流表电阻值RA的数值,算一算比值
与
。
如果
>
,说明满足Rx>
RA,就采用电流表内接法;
<
,说明满足RV>
Rx,就采用电流表外接法。
=
,可任选一种接法进行实验。
(3)选择滑动变阻器及接法:
为了方便多次测量,用滑动变阻器调节电流或电压的变化。
测电阻实验中,一般不需要电压从零开始变化,因此滑动变阻器常采用“限流式接法”,应选最大电阻较大的变阻器,如果滑动变阻器的最小电阻较小,即使将其全部接入,也无法将电流限在电流表量程以内,或者电源电动势较小,使电压不会有较大幅度变化,就只能将滑动变阻器接成“分压式”。
(4)数据测量:
按设计好的电路连接仪器器材,将滑动变阻器调到使其接入电路电阻最大(限流式接法),或使待测电阻两端电压为零(分压式接法);
闭合开关,调节滑动变阻器,读出多组数据。
(5)计算电阻:
建立U-I坐标系,用测量数据描点连线,做出待测电阻的U-I图象,若是线性图象,利用其斜率可以求出待测电阻。
若是非线性图象,利用图象上点的坐标,可算出待测电阻在不同电压时的电阻。
3.误差分析与控制:
图2、图3两种接法中,都是利用电压表的读数U、电流表的读数I,依据部分电路欧姆定律计算电阻的,这样计算出的电阻值就是测量值,即:
设电压表的电阻是RV,电流表的电阻是RA。
在图2接法中,由于电压表是与Rx并联的,电压表测出的电压U等于Rx两端的电压。
由于电压表的分流,使得电流表测出的电流I大于Rx中的电流Ix,考虑电压表的分流,流过Rx中的电流应该是:
这样,对Rx运用部分电路欧姆定律,计算出的电阻值就是Rx的真实值,即:
由此可知,若采用电流表外接法,待测电阻的测量值小于它的真实值。
在图3接法中,由于电流表直接与Rx串联,电流表测出的电流I等于Rx两端的电流,由于电流表的分压,使得电压表测出的电压U大于Rx两端的电压Ux,考虑电流表的分压,Rx两端的电压应该是:
由此可知,用伏安法测电阻时,若采用电流表内接法,待测电阻的测量值大于它的真实值。
这种接法中,测量值与真实值的差值等于电流表的电阻。
误差的控制,主要有四点。
一是电流表、电压表量程的选取。
二是电流表接法的选择。
三是实验中电流不宜过大、测量时间不宜长。
电流过大,或通电时间较长,由于热效应,导体温度变化较大,可使线性电阻的U-I图象失去“线性”。
四是建立坐标刻度时,使测量点尽可能“占满”坐标平面。
由于电阻已知的电流表可测电压(示数与自身电阻的积),电阻已知的电压表可测电流(示数与自身电阻之商),所以,由伏安法可变通出“安安法”与“伏伏法”。
例2.有一未知的电阻Rx,为较准确的测出其阻值,先后用图2、图3两种电路进行测试,利用图2测的数据为“2.7V、5.0mA”,利用图3测的数据为“2.8V、4.0mA”。
那么,该电阻较准确的测量值及它比真实值偏大或偏小的情况是
A.560Ω,偏大
B.560Ω,偏小
C.700Ω,偏小
D.700Ω,偏大
由两组数据可知,电压变化量:
,
电流的变化量:
由此可知:
,即电流变化明显一些,即电压表分流带来的影响比电流表分压带来的影响大,说明
RA,应采取电流表内接法,即图3接法测量的较准确,此时,
,此种接法测量值偏大,故D正确。
三、满半偏法
常用于精确测量电表的电阻,有两种类型,一种是电流表满半偏法,用于测量电流表的电阻。
另一种是电压表满半偏法,用于测量电压表的电阻。
这里重点介绍电流表满半偏法。
电流表满半偏法是测量小量程电流表(电流计)电阻的常用方法,能比较准确的测量较小的电阻,本实验中,电流表既是待测电阻,又是测量仪器。
并联电路分流关系。
在并联中,若两个支路的电流相等,则两支路的电阻相等,若已知一个支路的电阻,可求得另一支路的电阻。
2.方法步骤:
(1)按图4所示连接电路,闭合S1、断开S2,调节滑动变阻器R,使电流表指针满偏,电路中的总电流为Ig。
(2)闭合S1、S2,保持R不变,调节R1,使电流表指针半偏,则此时电流表及R1中的电流各为
,读出此时R1的电阻,则电流表的电阻为:
3.误差分析及控制:
本实验要求R电阻远远大于电流表电阻,这样R1并入电路后,几乎不引起电路总电阻的变化,也就是不引起电路总电流的变化,可近似认为,电路的总电流仍为Ig。
则当调节R1使电流表示数为
时,R1中的电流也是
,此时电流表的电阻等于R1的电阻。
但实际上,R1并入电路后总电阻将减小,总电流将增大,大于Ig。
当调节R1使电流表示数为
时,R1中的电流大于
,此时R1的电阻小于电流表的电阻。
所以该实验中所测得的电流表电阻小于它的实际电阻。
本实验误差的控制,一是保证R远远大于电流表电阻,但也不能太大,否则电路中的电流不会达到电流表的满偏值。
二是调节R1时,R的电阻要保持不变。
4.对仪器器材的特殊要求:
R可是滑动变阻器,也可是电阻箱,只要最大电阻远远大于电流表电阻即可。
R1必须是电阻箱,且精度要高,以保证其电阻的微小变化。
若调节R1,使电流表示数为满偏值的三分之二,则
此为满三分之二偏法。
四、等效法
这也是精确测量小电阻的一种常见方法。
有电流等效与电压等效两种方法。
对于闭合电路,电源的电动势及内阻固定不变,当外电阻一定时,总电流或端电压一定。
若换掉外电路上的某电阻后,电路的总电流或端电压未变,则两电阻的电阻相等。
实验中一般使用电阻箱带替换待测电阻,替换后调节其电阻,使电路的总电流或端电压相等,读出此时电阻箱的电阻。
(以总电流等效为例。
)
(1)如图5所示,连接电路,闭合S1,将S2合向1,调节滑动变阻器R,使电流表有一较大示数,记下此示数I。
(2)闭合S1,将S2合向2,保持R电阻不变,调节电阻箱R1的电阻,使电流表的示数恢复I。
读出此时R1的电阻,则待测电阻Rx=R1。
例3.为了测量某微安表头A的内阻,某同学设计了图6所示测量电路。
图中Ao是标准电流表,Ro和RN分别是滑动变阻器和电阻箱,S和S1分别是单刀单掷和单刀双掷开关,E是电池。
完成下列实验步骤中的填空:
(1)将S拨向接点1,接通S1,调节
,使待测表头指针偏到适当位置,几下此时
的读数I。
(2)然后将S拨向接点2,调节
,使
,记下此时RN的读数。
(3)多次重复上述过程,计算RN读数的
,此即为待测微安表头内阻的测量值。
(1)Ro,Ao;
(2)RN.,电流表Ao的示数为I;
(3)平均值。
将S合向1,闭合S1,将Ro调至使Ao表指针偏转到接近满偏值的某值I,记下此示数。
保持Ro不变;
闭合S1将S合向2,调节RN使Ao表示数恢复到I。
由于电源的电动势E、内阻r、Ro不变。
因此,待测电流表的电阻等于RN.。
2012-09-20
人教网
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测量电阻的方法
江苏丰县广宇中英文学校 刘庆贺
测量电阻实验,能够检验学生对基本电学仪器的使用、对电学基本规律的掌握,还能够培养学生的发散思维能力和创新意识。
【问题】同学们要测量电阻Rx的阻值(其阻值约几百欧),实验室能提供的器材有:
干电池两节、电流表、电压表、滑动变阻器(“100Ω、2A”)、开关各一只、导线若干。
(1)某同学设计的实验电路如图1所示,并要用此电路测量待测电阻Rx的阻值,你认为这个方法是否可行?
简述你的观点。
(2)如果上述方法可行,画出电路图,并写出主要实验步骤和Rx表达式.如果上述方法不可行,请你利用题中已有的器材设计出一种可行的实验方案。
画出电路图,并写出主要实验步骤和Rx表达式。
分析:
“伏安法”是测量未知电阻的基本方法,用电流表测出通过电阻的电流I,用电压表测出电阻两端的电压U,再利用R=U/I就可以计算出电阻的阻值。
从图1看出,这就是“伏安法”测量电阻的典型电路图。
不过,你要认为它能测量待测电阻Rx的阻值,好像还为时过早。
因为题目告诉我们电阻Rx的阻值约几百欧,而电源电压最大只有3V。
你可以估算一下电路中的电流,也就是零点零几安,与图中电流表的最小分度值大致相当。
换句话说,用电流表是无法准确测出电路中的电流的。
所以,无法用这种方法测量电阻的阻值。
那么如何利用题中已有的器材测量出Rx呢?
只有在实验原理上想办法。
既然电流表无法正常使用,那么用电压表和滑动变阻器能否测出Rx?
当然能。
方法是让滑动变阻器的阻值一次为零,一次最大(100Ω),分别记下电压表的读数,再利用串联电路中的规律即可计算出Rx的阻值。
这样看来,利用图1也能测出Rx,只是不用关心电流表了。
所以题目第一问回答“可行”、“不可行”都对,关键是理由不同。
方案一:
(1)不可行。
因为按此电路用“伏安法”测量未知电阻时,电路中的电流太小,电流表无法准确测出电路中的电流。
(2)按图2连接好电路,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,记下电压表的示数U1;
再把滑片移到阻值为零处,记下电压表的示数U2(即电源电压)。
根据
方案二:
(1)可行。
按此图实验时,可以不用管电流表示数,通过电压表和滑动变阻器就能测出Rx。
(2)按图3连接好电路,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,记下电压表的示数U1;
【反思】题目考查在具体情景下电阻的测量。
给我们的启发是,实际的事物是复杂的,理论上可行的,实际中受各种条件的制约,可能不一定行的通。
所谓“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”就是这个道理。
、
链接:
测量电阻值的其它方法
若给你以下实验器材:
电源(电压未知且不变)一个、开关一个、导线若干、未知电阻一个,请自己选择添加实验器材,设计一测未知电阻的实验,要求:
说明实验原理,画出电路图,简要写出实验过程并及未知电阻的数学表达式。
【方案一】
添加器材:
电压表两只、定值电阻(已知阻值R0)一只。
实验原理:
串联电路电流处处相等。
实验过程:
按图4所示电路图连接电路,电压表选择合适量程,闭合开关后分别读出两表的示数分别是U1、U2。
表达式:
由于在串联电路中各处的电流相等。
所以有:
则
【方案二】
电流表两只、定值电阻(已知阻值R0)一只。
并联电路各支路两端的电压相等。
按图5所示电路图连接电路,电流表选择合适量程,闭合开关后分别读出两表的示数分别是I1、I2。
由于在并联电路中各支路两端的电压相等,所以有:
,则:
【方案三】
电压表一只、定值电阻(已知阻值R0)一只。
串联电路中电流处处相等。
按图6所示电路图连接电路,电压表选择合适量程,读出开关闭合前后电压表的示数分别是U1、U2。
开关闭合前R0与Rx组成串联电路,电压表测的U1是Rx两端的电压;
开关闭合后R0被短路,电压表测的U2是Rx的电压也是电源电压。
在串联电路中,由于流过R0与Rx的电流相等,即:
所以:
【方案四】
电流表一只、定值电阻(已知阻值R0)一只。
电源电压相等
按图7所示电路图连接电路,电流表选择合适量程,读出开关闭合前后电流表的示数分别是I1与I2。
开关闭合前R0与Rx组成串联电路,电流表测的I1为串联电路的电流;
开关闭合后,电路中只有Rx,电流表测的I2为Rx的电流,由于开关闭合前后电源电压不变,所以:
,解得:
以上四种设计方案,从不同的角度结合串、并联电路的特点及欧姆定律等知识点解决了同一个问题,此题的设计方案还有很多,限于篇幅在此就不一一列举。
当然,一题多解的目的不是在于“多”,而是启迪思维、开拓思路、培养发散思维能力,从而让学生学会融会贯通的运用知识分析问题、解决问题。
电路故障分析
河南省平顶山市卫东区田选学校 范俊奇
电路故障分析是综合考查学生电路知识、电流表、电压表特点以及电路中的物理量的规律等知识的一种类型题,也是考查学生解决实验中可能遇到的实际问题的能力的好形式,因而是考试中必不可少的题型。
电路故障,常见的情况是断路和短路,检验的方法有小灯泡法、电压表法、电流表法、导线法。
下面以只存在一处故障为例说明故障判断的方法。
一、断路的判断
1.断路的主要变现。
断路最显著的特征是电路(并联的干路)中无电流(电流表无读数),且所有用电器不工作(常是灯不亮),电压表读数接近电源电压。
如果发现这种情况,则电路的故障是发生了断路。
2.判断的具体方式。
采用小灯泡法、电压表法、电流表法、导线法等与电路的一部分并联。
原理是在并联的部分断路时,用小灯泡法、电压表法、电流表法、导线法等与电路的一部分并联再造一条电流的路径,若这条路径搭在哪里使电路恢复通路,则与之并联的部分就存在断路。
(1)电压表检测法。
把电压表分别和逐段两接线柱之间的部分并联,若有示数且比较大(常表述为等于电源电压),则和电压表并联的部分断路(电源除外)。
电压表有较大读数,说明电压表的正负接线柱已经和相连的通向电源的部分与电源形成了通路,断路的部分只能是和电压表并联的部分。
(2)电流表检测法。
把电流表分别与逐段两接线柱之间的部分并联,如果电流表有读数,其它部分开始工作,则此时与电流表并联的部分断路。
注意,电流表要用试触法选择合适的量程,以免烧坏电流表。
(3)导线检测法。
将导线分别与逐段两接线柱之间的部分并联,如其它部分能开始工作,则此时与电流表并联的部分断路。
(4)小灯泡检测法。
将小灯泡分别与逐段两接线柱之间的部分并联,如果小灯泡发光或其它部分能开始工作,则此时与小灯泡并联的部分断路。
例1 在下图所示电路中,电源电压不变。
闭合开关K,电路正常工作。
一段时间后,发现其中一个电压表示数变小,则(
)
A.灯L可能变亮
B.灯L亮度可能不变
C.电阻R可能断路
D.电阻R可能短路
本题中电阻和灯泡串联,电压表V1测总电压,读数和电源电压相等且保持不变,所以是电压表V2读数变小。
V2测的是电阻R两端电压,根据分压关系,它两端电压变小,L可视为定值电阻,V2的读数只能变为零,则电灯L两端电压必变大,而变大的原因只能是R发生短路,或L发生断路。
对照题中选项,可判断出A、D正确。
二、短路的判断
并联电路中,各用电器是并联的,如果一个用电器短路或电源发生短路,则整个电路就短路了,后果是引起火灾、损坏电源,因而是绝对禁止的。
串联短路也可能发生整个电路的短路,那就是将导线直接接在了电源两端,其后果同样是引起火灾、损坏电源,因而是绝对禁止的。
较常见的是其中一个用电器发生局部短路。
一个用电器两端电压突然变大,或两个电灯中突然一个熄灭,另一个同时变亮,或电路中的电流变大等。
这些情况是经常考查的主要方式。
1.短路的具体表现:
(1)整个电路短路。
电路中电表没有读数,用电器不工作,电源发热,导线有糊味等。
(2)串联电路的局部短路。
某用电器(发生短路)两端无电压,电路中有电流(电流表有读数)且较原来变大,另一用电器两端电压变大,一盏电灯更亮等。
2.判断方法:
短路情况下,是“导线”成了和用电器并联的电流的捷径,电流表、导线并联到电路中的检测方法已不能使用,因为,它们的电阻都很小,并联在短路部分对电路无影响。
并联到其它部分则可引起更多部位的短路,甚至引起整个电路的短路,烧坏电流表或电源。
所以,只能用电压表检测法或小灯泡检测法。
把电压表分别和各部分并联,导线部分的电压为零表示导线正常,如某一用电器两端的电压为零,则此用电器短路。
(2)小灯泡检测法。
把小灯泡分别和各部分并联,接到导线部分时小灯泡不亮(被短路)表示导线正常。
如接在某一用电器两端小灯泡不亮,则此用电器短路。
例2 在下图中,当开关K闭合后,两只小灯泡发光,电压表示数为4V。
过了两分钟,电压表示数突然变为0,经检查除小灯泡外其余器材的连接良好,请分析造成这种情况的原因可能有:
_____________________。
电压表示数为0,其原因有三:
一是电压表没有接好或电压表损坏;
二是小灯泡L2短路;
三是小灯泡L1断路。
因为原来电压表有示数,可排除原因一的情况。
那么还有两种情况都是可能的。
小灯泡L2短路;
小灯泡L1断路。
【练一练】
1.在下图所示的电路中,电源电压等于6V,合上开关后电压表示数为6V。
经分析得出,电路中可能发生的情况是:
______________________________。
2.在如图14所示的电路中,电源电压不变。
闭合开关K后,灯L1、L2都发光。
一段时间后,其中一灯突然熄灭,而电流表、电压表的示数都不变,则产生这一现象的原因可能是( )
A.灯L1短路
B.灯L2短路
C.灯L1断路
D.灯L2断路
3.在图16所示的电路中,电源电压不变。
闭合开关K后,灯L1、L2都发光,—段时间后,其中的一盏灯突然变亮,而电压表Vl的示数变小,电压表V2的示数变大,则产生这一现象的原因是(
A.灯L1断路。
B.灯Ll短路。
C.灯L2断路。
D.灯L2短路。
4.小明按如图甲所示的电路进行实验,当开关闭合后,V1和V2的指针位置完全一样,如图乙所示,造成这一现象的原因是(
A.可能L1开路
B.可能L2短路
C.可能V1和V2所选量程不相同,L1短路
D.可能V1和V2所选量程不相同,电路各处完好
5.下图是小文同学研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图,当开关闭合时,灯
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