华师大科学八下电学实验标准教案.docx
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华师大科学八下电学实验标准教案
第15讲电学实验
(二)
一、伏安法测电阻
1.定义:
用电压表和电流表分别测出电路中某一导体两端的电压和通过的电流就可以根据欧姆定律
算出这个导体的电阻,这种用电压表电流表测电阻的方法叫伏安法。
2.原理:
3.电路图:
4.步骤:
(1)据电路图连接实物。
连接电路是开关应断开,滑动变阻器的阻值应调到阻值最大处。
(2)检查电路无误后,闭合开关S,三次改变滑动变阻器的阻值,分别读出电流表、电压表的示数,填入表格。
(3)算出三次Rx的值,求出平均值。
特别提醒:
定值电阻适用,小灯泡不适用,因为小灯泡的阻值会随着温度的升高而变化。
(4)整理器材。
5.讨论:
(1)本实验中,滑动变阻器的作用:
①保护电路;②调节电路电流,改变定值电阻两端的电压。
(2)测量结果偏小是因为:
有部分电流通过电压表,电流表的示数大于实际通过被测电阻的电流。
根据R=
可得所测得电阻偏小。
二、特殊方法测电阻:
1.伏阻法:
用电压表和已知阻值的定值电阻测未知电阻Rx的阻值。
电路设计举例:
如下图所示,闭合S1、S2,
V表示数为U1;再断开S2,闭合S3,V表示数为U2;则Rx的表达式为Rx=
·R0。
2.伏滑法:
用电压表和已知最大阻值为R0的滑动变阻器测未知电阻Rx的阻值。
电路设计举例:
如下图所示,
闭合S,滑片P在A、B两端时,电压表的示数分别为U1、U2,则Rx的表达式为Rx=
·R0。
3.安阻法:
用电流表和定值电阻R0测未知电阻Rx的阻值。
如下图所示,断开开关S2,闭合开关S1,测出通
过定值电阻R0的电流I0;断开开关S1,闭合开关S2,测出通过待测电阻Rx的电流Ix。
待测电阻Rx的表达式为Rx=
·R0。
4.安滑法:
用电流表和已知最大阻值为R0的滑动变阻器测未知电阻Rx的阻值。
电路设计举例:
如下图所示,
闭合S,滑片P在B、A端时,A表的示数分别为I1、I2,则Rx的表达式为Rx=
5.等效替代法:
用电阻箱测未知电阻Rx的阻值。
电路设计举例:
如下图所示,闭合S、S1,调节滑片P,读出A
表示数为I;断开S1,闭合S2,滑片P不动,调节电阻箱,使A表示数仍为I,读出电阻箱连入的阻值R0,则Rx的表达式为Rx=R0。
题型一:
伏安法测电阻
【例1】康康进行“测定小灯泡的电阻”的实验时,他已连接好了部分电路,如图所示.已知电源电压为3V且保持不变,小灯泡的额定电压为2.5V,请你接着完成下列步骤:
(1)电路中只缺少一根导线,请你用笔画线代替导线,将图甲中电路连接完整(要求:
滑片向右
滑动时,电压表的示数变大);
(2)实验前,连接电路时开关S应当处于 状态;实验中,移动滑动变阻器的滑片P到某一位
置,电压表的示数如图乙所示,为了测量小灯泡正常发光时的电阻,应将滑片P向 (填
“左”或“右”)端移动;
(3)当电压表的示数如图乙所示时,电流表的示数如图丙所示,则通过小灯泡的电流大小为 A,
此时小灯泡的电阻是 Ω。
(4)马虎组在实验时,连接好电路后闭合开关,小灯泡闪亮一下就熄灭.检查发现小灯泡的灯丝
已烧断。
分析原因是闭合开关时,滑动变阻器连入电路的电阻为 (填“最大值”或“最小
值”),导致电流过大而形成的。
【答案】
(1)见上图;
(2)断开;左;(3)0.2;6.5;(4)最小值。
【变式训练】
1.实验室购买了一捆长度为100m的铜导线,某同学想通过实验测其实际长度。
该同学首先测得导线横截面积为1.0mm2,查得铜的电阻率为1.7×10﹣8Ωm,再利用图甲所示电路测出铜导线的电阻Rx,从而确定导线的实际长度。
可供使用的器材有:
电流表:
(0~0.6A)、电压表(0~3V)、滑动变阻器R1(5Ω,1A)、滑动变阻器R2:
(20Ω,1A)、电源:
(电压为6V),开关、导线若干。
回答下列问题:
(1)实验中滑动变阻器应选 (填“R1”或“R2”),闭合开关S前应将滑片移至 端(填“a”或“b”)。
(2)在实物图中,已正确连接了部分导线,请根据图甲电路完成剩余部分的连接。
(3)调节滑动变阻器,当电流表的读数为0.50A时,电压表示数如图乙所示,读数为 V。
(4)导线实际长度为 m(保留1位小数)。
【答案】
(1)R2,a;
(2)如图;(3)0.8;(4)94.1。
【例2】小王同学做“用电流表、电压表测电阻”实验,电源电压为3伏且保持不变,所有器材均完好,他移动滑动变阻器的滑片到最大阻值处,闭合电键,观察到电压表示数如图所示,且电流表指针偏离零刻度线的角度与电压表相同。
然后他移动变阻器的滑片至中点,观察到电压表的示数变小0.6伏,接着他继续移动变阻器的滑片,发现电路中的最大电流为0.28安。
请将下表填写完整。
(计算电阻时,精确0.1欧)
物理量
实验序号
电压(伏)
电流(安)
电阻(欧)
电阻平均值(欧)
1
2
3
【答案】
物理量
实验序号
电压
(伏)
电流
(安)
电阻
(欧)
电阻平均值
(欧)
1
2.0
0.2
10.0
10.2
2
2.4
0.24
10.0
3
3.0
0.28
10.7
【变式训练】
1.小闵在做“伏安法测电阻”实验中,所用电源电压为6伏、待测电阻Rx、标有“20欧1安”字样的滑动变阻器、电压表、电流表各一个(其表盘如图所示),电键及导线若干,所有器材均完好。
他先将除电压表以外的元件串联连接,再将电压表选择合适的量程并联接入电路中。
他把变阻器滑片从一端移到另一端的过程中,读出电流表示数的变化范围为0.14安~0.26安。
当他移动滑片至电流表指针位于如图(甲)所示位置时,观察到某电表的指针偏离零刻度线的角度为另一电表的两倍。
(1)请画出小闵连接的电路图;
(2)请完成将表格填空。
物理量
实验序号
Ux(伏)
Ix(安)
电阻Rx(欧)
1
0.14
2
3
0.26
【答案】
(1)如图所示;
(2)如表所示。
实验序号
Ux(伏)
Ix(安)
Rx(欧)
1
3.2
2
4.2
0.18
3
6.0
题型二:
电学实验设计(单表法)
【例3】小明想利用一块电流表和阻值已知的阻值R0测量未知电阻Rx的阻值。
小明选择了满足这个实验要求的实验器材,并连接了部分实验电路,如图所示。
(1)为了测出电阻Rx的阻值,请你添加两根导线完成图所示的实验电路的连接。
(2)只闭合开关S1,电流表的示数用I1表示;开关S1、S2都闭合时,电流表的示数用I2表示。
请你用I1、I2和R0表示Rx。
Rx= ;
【答案】
(1)如图;
(2)
。
【变式训练】
1.在测电阻的实验中,实验的器材有:
干电池3节,电流表、电压表各1个,开关2个,测动变阻器1只,待测电阻2个,导线若干。
(1)小滨按照图甲的电路图连接电路。
①闭合开关S后,小滨发现电流表和电压表的指针均不动。
他断开开关S,检查线路连接无误后,把电压表与b点相连的那根导线改接到c点,再次闭合开关S时,发现电流表的指针仍不动,但电压表的指针有明显的偏转。
若电路中只有一处故障,则故障是 。
②排除故障后,正确连接电路,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表的示数为1.6V时,电流表的示数如图乙所示,则Rx= Ω。
(2)实验时小江同学想利用一只电流表和最大阻值为R0的滑动变阻器完成对未知电阻RY的测量。
如图丙所示是他按照设计想法连接的部分实验电路。
①请你依据下面的实验步骤,用笔画线代替导线,将实验电路连接完整。
实验步骤:
A.开关S1和S2都断开,将变阻器的滑片P移动阻值最大处,观察到电流表无示数;
B.保持滑片P位置不动,只闭合开关S1时,读取电流表的示数为I1;
C.再闭合开关S2时,读取电流表的示数为I2(I2>I1)。
②请你用I1、I2和R0表示Rγ,则Rγ= 。
【答案】
(1)①bc间断路;②5.3;
(2)①见上图;②
。
【例4】图甲是用伏安法测未知电阻R的实验图:
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中实物电路连接完整。
(2)闭合开关,将测算P向左滑动时,此时电压表示数为2.4V,电流表示数如图乙所示,则未知
电阻R= Ω。
(3)若实验中只有一个电压表和一个已知电阻R0,小明设计了如图丙所示的电路,同样可以测量
未知电阻RX,请在空格内将实验步骤补充完整。
①闭合S、断开S1,用电压表测出特测电阻RX两端的电压为U1;
② ,用电压表测出电源的电压U;
③请写出用测量值U、U1及R0来表示RX的表达式:
RX 。
【答案】
(1)如上所示;
(2)8;(3)②闭合开关S、S1;③
×R0。
【变式训练】
1.在“在伏安法测电阻”的实验中:
(1)若待测电阻约为10Ω,请用笔画线代替导线,将实物电路连接完整(要求:
滑片向左移动时,电
流表示数变小).
(2)开关闭合前,发现电流表的指针在零刻度线左侧,接下来,该同学必须进行的操作是 .
(3)测量时,当电压表的示数为2.4V时,电流表的示数如图乙所示,则I= A,根据实验数据可得
Rx= Ω.完成一次试验后,小李又调节滑动变阻器的滑片P到不同位置再进行测量,这样做可以达到 的目的.
(4)若待测电阻约为数百欧,电源电压约3V,要想测出此待测电阻,
①上述方法是否可行?
,原因是 .
②小虎利用现有器材和电阻箱R0(0~9999Ω,5A),设计了如图丙所示的实验电路,实验过程如下:
A.电路连接正确后,闭合S1,将S2拨到触点1时,电压表的读数为U1.
B.闭合S1,将S2拨到触点2,当电阻箱的阻值调为R0时,电压表的示数为U2,则待测电阻的阻值Rx= (用字母:
U1;、U2、R0表示).
【答案】
(1)如图所示;
(2)调节指针归零;(3)0.24;10;多次测量求平均值,减小误差的目的;
(4)①不可行;电路中的最大电流小于电流表小量程的分度值,无法测出电流的大小;
②
×R0
【例5】物理实验课上,老师让同学们测一只未知电阻Rx的阻值,Rx的阻值约为5Ω.除待测电阻外,老师提供的器材有:
两节干电池(电压约为3V)、一块电压表(量程0~3V,分度值0.1V)、一个阻值为200Ω的定值电阻、一个最大阻值为20Ω的滑动变阻器、若干开关和导线。
请你合理选用器材设计一个实验,测出未知电阻Rx的阻值。
要求:
(1)在虚线框内画出你所设计的实验电路图;(电路不可重组)
(2)根据你所设计的电路,写出主要实验步骤;
(3)写出Rx的数学表达式(用已知量和测得量表示)。
【答案】
(1)如图所示;
(2)①按照电路图连好电路,将滑动变阻器滑片调到阻值最大处(最右端),闭合开关,记下电压表的示数为U1;
②断开开关,将滑动变阻器滑片P移至最左端,闭合开关,记下电压表的示数为U0;
③Rx=
×20Ω。
【变式训练】
1.物理实验课上,老师让同学们测一只未知电阻Rx的阻值,Rx的阻值约为5Ω.除待测电阻外,老师提供的器材有:
两节干电池(电压约为3V)、一块电压表(量程0~3V,分度值0.1V)、一个阻值为200Ω的定值电阻、一个最大阻值为20Ω的滑动变阻器、若干开关和导线。
请你合理选用器材设计一个实验,测出未知电阻Rx
的阻值。
要求:
(1)在虚线框内画出你所设计的实验电路图;(电路不可重组)
(2)根据你所设计的电路,写出主要实验步骤;
(3)写出Rx的数学表达式(用已知量和测得量表示)。
【答案】
(1)如右图所示;
(2)①按电路图连接电路,当开关断开时,记下电流表示数为I1,
②当开关闭合时,记下电流表示数为I2,
(3)
R0。
题型三:
伏安法测电阻的问题分析
【例5】用电压表和电流表可以测未知导体R的电阻值(即伏安法测电阻),如图a为一种测量方案的原理图。
(1)某次实验时电压表和电流表的读数如图b所示,电压表的读数为 V,电流表的读数为
A,则电阻的测量值R= Ω;
(2)考虑到电压表的电阻对电路的影响,必然会给测量结果带来误差,那么用这种方案测量出来
的电阻值 (选填“大于”、“小于”或“等于”)电阻的真实值,其原因是:
。
【答案】
(1)1.6;0.5;3.2;
(2)小于;电流表实际测量的是通过待测电阻和电压表的总电流,即电流偏大,而电压是准确的,由R=
可知,电阻的测量值小于真实值。
【变式训练】
1.用“伏安法”测量电阻Rx的阻值,提供的实验器材有:
待测电阻Rx、两节于电池、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及若干导线。
(1)根据图甲的电路图,用笔断线代替导线将图乙中的实物图连接完整。
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,电压表示数较大且几乎不变,电流表示数始终为零,电路
故障可能是 。
(3)排除故障后,测得多组实验数据。
各组数据对应的点已描在图丙中,请在图中画出Rx的l﹣U图
线。
由图可得Rx= Ω.(结果保留一位小数)
(4)电流表的电阻虽然很小,但也会影响本实验中R的测量结果。
用图丁的电路进行测量可消除这个
影响,R0为定值电阻。
实验步骤如下:
①按照图丁的电路图连接电路,将滑动变阻器的滑片置于最大阻值处;
②闭合开关S1,S2,移动滑动变阻器滑片,读出电压表的示数U1和电流表的示数I1,
③ ,移动滑动变阻器滑片,读出电压表的示数U2和电流表的示数I2;
④可得待测电阻Rx= (用U1、I1、U2和I2表示)
【答案】
(1)如上所示;
(2)电阻断路;(3)如上右所示;5.6;(4)③断开S2;④
﹣
。
2.小明做“伏安法”测电阻的实验,所用的器材有两节旧干电池串联成的电池组,阻值为0~20Ω的滑动变阻器R,待测电阻Rx及如图甲所示的其他器材。
(1)经检查无误后,闭合开关,小明调节滑动变阻器进行了多次测量。
当小明将滑动变阻器调节到接
入电路的阻值等于零时,对应的电压表、电流表示数如图乙所示,则该待测电阻Rx= Ω
(2)细心的小明发现,滑动变阻器滑到接入电路的阻值等于零时,待测电阻两端电压达不到两节新干
电池串联后的总电压。
小明请教物理老师,老师告诉他,干电池的内部都是存在电阻的,简称内阻,干电池用久后内阻会变大。
干电池可以看成是一个电压稳定的电源与一个内阻串联而成。
小明想测出本实验电源的内阻和电压,于是向老师要来一只5Ω的定值电阻替换掉甲图中的Rx,闭合开关,仍将滑动变阻器调节到接入电路的阻值等于零,测出此时电流为0.40A,结合上一步的测量值。
可算出本实验干电池组的内阻为 Ω。
(3)某同学在做实验时发现电压表示数接近电源电压,电流表示数为零,则故障可能是 。
(4)有同学设计了下列两种测量方案测量未知电阻阻值,方案中定值电阻R0阻值已知。
①方案一的电路中,闭合开关S,如果电压表V1和V2的读数分别为U1和U2,则电阻Rx的阻值表
达式为Rx= ;
②方案二的电路中,闭合开关S,如果电流表A1和A2的读数分别为I1和I2,则电阻Rx的阻值表
达式为Rx= 。
【答案】
(1)12;
(2)2;(3)电阻Rx断路;(4)
×R0,
。
3.用电压表和电流表可以测未知导体R的电阻值(即伏安法测电阻),图a为一种测量方案的原理图。
(1)某次实验时电压表和电流表的读数如图b所示,电流表的读数为 A,电压表的读数为
V;
(2)如果考虑到电流表的电阻不为零,则用该测量方案测出的结果必然存在误差,那么用这种实验方
案测量出来的电阻值 电阻的真实值(选填“大于”、“小于”或“等于”)。
已知电流表的内阻为1Ω,要求用此方案测出的电阻值与真实值间的差异不大于真实值的1%,则对待测电阻的阻值要求为 。
【答案】
(1)0.28;1.2.
(2)大于;待测电阻阻值应大于等于100Ω。
【解析】
(2)由实验电路图知,所测电压U偏大、电流I为真实值,由R=
知:
测量值大于真实值。
由题意知:
电流表内阻为1Ω,要求测量误差不大于1%,设待测电阻阻值为R,则:
≤1%,所以R≥100Ω。
1.如图所示,几个同学在只有电流表或电压表时,利用一个已知阻值的电阻R0设计了四个测未知电阻Rx的电路,其中不可行的是( C )
A.
B.
C
D.
2.利用伏安法测电阻的部分电路如图,关于测量误差和产生原因,说法正确的是( A )
A.测量值偏大,是由于电流表有内阻
B.测量值偏大,是由于电压表有内阻
C.测量值偏小,是由于电流表有内阻
D.测量值偏小,是由于电压表有内阻
3.在“伏安法测电阻”的实验中,滑动变阻器不能起到的作用是( C )
A.改变电路中的电流B.改变被测电阻两端的电压
C.改变被测电阻的阻值D.保护电路
4.现有两个阻值不等的未知电阻R1和R2,为了分辨它们的阻值大小,几个同学分别设计了如图所示的四种电路,其中不可行的是(电源电压未知)( D )
A.
B.
C.
D.
5.若R0是已知阻值的定值电阻,滑动变阻器铭牌磨损,导致阻值未知,则利用下列电路图不能够准确测出未知电阻Rx阻值的是( D )
A.
B.
C.
D.
6.小丽同学要测量额定电压为3.8V小灯泡正常工作时的电阻,她设计了如图1所示的电路图。
(1)她设计此实验的原理是
(2)闭合开关前应把滑动变阻器的滑片调到 (选填“左”或“右”)端。
(3)小丽合理地连接好电路,闭合开关,无论怎样调节滑动变阻器灯泡都不亮。
于是小丽提出以下猜
想:
A.可能是灯丝断了B.可能是小灯泡短路C.可能是变阻器开路。
究竟哪个猜想正确,可根据电流表和电压表的示数进行判断(电流表、电压表均无故障).下表给出了电流表、电压表可能出现的几种情况,
电流表
电压表
判断结果
示数不为零
示数为零
示数为零
示数不为零
请判断每种情况下哪个猜想是正确的,并把其序号填写在上表中对应的空格里。
(4)小丽排除故障后,调节滑动变阻器使小灯泡正常发光,此时电流表示数如图2所示,则通过小灯
泡的电流为 A,小灯泡正常发光时的电阻为 Ω
(5)用此电路是否能研究电流与电压的关系 (填能或不能)。
答案:
(1)R=
;
(2)右;(3)B;A;(4)0.34;11.2;(5)不能。
7.一只标有“3.8V”字样的小灯泡,灯丝电阻约为15Ω,小明想测它正常发光时的电阻,选用了以下器材:
电流表、电压表、开关、变阻器各一个,导线和新干电池若干。
(1)如图甲,小明所选的器材及连接的电路图中有两处错误,请指出:
① ,
② 。
(2)小明纠正错误后开始实验,闭合开关后发现电压表没有示数,经检查发现电压表15V量程已经损
坏,3V量程完好,现根据已有器材完成实验任务。
①请设计电路图,并画在乙图方框中。
②在实验过程中,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表的示数为 V时,记下电流表示数
如图丙,算出灯丝电阻为 Ω.(计算结果保留整数)
【答案】
(1)①电源电压小于灯泡的额定电压;②将滑动变阻器两个上接
线柱同时接入电路;
(2)①如右图;②0.7V(或2.2V);
(3)16。
8.小刚同学利用如图所示的器材测量小灯泡的电阻,已知小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)请用笔画线代替导线将如图所示的电路连接完整。
(2)闭合开关,小刚移动滑片,发现小灯泡不亮,电压表无示数,电流表有示数,则故障原因可能是
小灯泡 。
(3)排除故障后,小刚根据测得的数据绘制了小灯泡的电流随电压变化的图象(如图乙所示),由图
象可知,小灯泡正常工作时的电阻是 Ω,进一步分析图象可以发现小灯泡的电阻不断变化,这是因为灯丝的电阻随温度的升高而 (选填“增大”或“减小”)。
(4)完成上述实验后,小刚想用原电路测某未知电阻Rx的阻值,他用该电阻替换灯泡后,发现电流表
损坏了,便将其拆除。
请你在不改变其他元件连接方式的情况下,帮他完成实验(滑动变阻器的最大阻值为R变)。
实验步骤:
A.闭合开关,将滑动变阻器的滑片滑到阻值最大处,记下电压表的示数U1。
B. 。
则未知电阻Rx的阻值Rx= (用测量量和已知量表示)。
答案:
(1)如右图;
(2)被短路;(3)8.3;增大;
(4)将滑动变阻器的滑片移到阻值最小处,记下电压表的示数为U2.
。
9.如图是小明设计的测量未知电阻Rx阻值(约为200Ω)的电路图.他从实验室选取了如下器材:
电源(电压恒为3V)、滑动变阻器R(标有“200Ω1.5A”的字样),电流表(量程为0~0.6A,分度值0.02A)和电压表(量程为0~3V,分度值0.1V)各一块、开关1个,导线若干。
则
(1)测量未知电阻Rx的原理是 ;
(2)小明发现采用原理方法和器材并不能测出Rx的阻值.请你分析其中的原因是:
.
答案:
(1)R=
;
(2)电流太小,所用电流表无法测量。
10.用甲图测小灯泡电阻。
灯泡正常发光的电压为2.5V。
(1)当小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,此时电流表的示数为 A,小灯泡的电阻为
Ω;
(2)若闭合开关,电流表和电压表的指针都发生偏转,而小灯泡不亮。
其可能原因是 (说
出一种即可);
(3)若一个电表发生故障,但有已知的定值电阻R0可提供的情况下,下列电路中不能测出小灯泡电阻
的是 。
答案:
(1)0.2;12.5;
(2)滑动变阻器接入电路的阻值太大或电源电压太低;(3)D。
11.有一个灯泡L,上面只标有“2.5V”的字样,如图甲所示,是小明所在实验小组测量小灯泡L电阻的实物图,电源电压约为3V.则:
(1)为了比较准确的测量小灯泡L的电阻,请将图甲中的电路连接完整(要求滑片P向左移动时,灯
泡L变暗)。
(2)电路正常后,他们分别测出了小灯泡L的几组电压U和电流I值。
其中,当小灯泡L正常发光时,
电流表的示数如图乙所示,那么,小灯泡L正常工作时的电阻大小为 Ω。
(3)完成该实验后,小明想用原来电路来测量某一定值电阻Rx的阻值,但他操作有误;在未断开开关
S的情况下,直接将小灯泡L从灯座上取下,那么,取下灯后,电压表的示数将约为 V。
(4)小明实验小组的小聪同学认为:
在电学实验中,往往认为电压表对测量的电路没有影响,事实上
电压表有较大的电阻(简称内阻Rv),在电路中有很小电流通过电压表,电压表的示数等于这个很小的电流与其内阻Rv的乘积,小聪现在想测量一个未知电阻Rx(大约2KΩ~3KΩ)的阻值,身边的器材有:
2节干电池(电压接近3V)、未知电阻Rx、开关S两个、导线若干,另外,提供可选择的器材还有3个:
a、电流表A1(0~0.6A,内阻约为0.02Ω);
b、电流表A2(0~5mA,内阻约为0.10Ω);
c、电压表V(0~3V,内阻Rv=3KΩ)。
小聪利用已有的器材并在可选器材中选择了一个,准确地测量了未知电阻Rx的阻值。
那么,
①请你在虚线方框中,画出小聪设计的实验电路图。
②完成实验步骤:
A、按照电路图连接电路, ;B、 。
③用测量的物理量和已知物
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