11恒定电流电学实验22.docx
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11恒定电流电学实验22
电学实验
一.伏安法测电阻
1.电流表内接法和外接法的比较
比较
电流表内接法
电流表外接法
电路
误差原因
由于电流表内阻的分压作用,电压表测量值____.
由于电压表内阻的分流作用,电流表测量值____.
测量
结果
测量值_____
测量值______
适用条件
_____
______
以上可总结为:
“内偏大,外偏小”.
在测定金属的电阻率的实验中,被测金属导线电阻较小,因此采用_______.
2.滑动变阻器的限流接法和分压接法
⑴两种电路的比较
图1-1
如图1-1所示的两种电路中,滑动变阻器(最大阻值为R0)对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用,我们通常把图(a)电路称为限流接法,图(b)电路称为分压接法,虽然两种电路都能调节负载的电流或电压,但在相同条件下的调节效果不同(见下表),实际应用中要根据情况恰当地选择限流接法和分压接法.
负载
上电压调节范围(忽略电源内阻)
相同条件下电路消耗的总功率
限流接法
分压接法
比较
分压电路调节范围较大
限流电路能耗较小
⑵对两种电路的选择:
在下面三种情况下必须选择分压接法
①要使某部分电路的电压或电流从零开始连续调节,只有分压电路才能满足.
②伏安法测电阻实验中,若所用的变阻器阻值远小于待测电阻阻值,采用限流接法时,即使变阻器触头从一端滑至另一端,待测电阻上的电流(压)变化也很小,这不利于多次测量求平均值或用图象法处理数据,为了在变阻器阻值远小于待测电阻阻值的情况下能大范围地调节待测电阻上的电流(压),应选择变阻器的分压接法.
2.等效替代法
如图1-2所示,先将单刀双掷开关S1拔到待测电阻RX,调节滑动变阻器R1
得电流I1,
再将单刀双掷开关拔到变阻箱R2,调节R2,得一电流I2,当I2=I1时,有RX=______.
图1-2
3.电桥法:
如图1-3所示,R1和R2为已知电阻,R3为变阻箱,当电桥平衡时,流过电流表中的电流I=_____,
可得待测电阻RX=______.
4.测定金属的电阻率
图1-3
实验原理:
由R=ρL/S得:
ρ=RS/L=
Rd2/L.
须测量的数据:
R:
用伏安法测量.注意:
一般电阻丝的电阻约几欧,故选择伏安法的电路应用安培表____接法。
L:
电阻丝的长度,用_______尺测量;d:
电阻丝的直径:
用________尺又叫_____________测量.
例1:
(08年石景山一模)如图1-4甲所示为测量电阻Rx的
电路,R为电阻可读可调的电阻箱,R′为阻值适当的保护
电阻,电源E的电动势未知,S为单刀双掷开关,电流表
为毫安表,请完成以下填空:
(1)测量Rx的步骤为:
①将图1-4甲中S向a端闭合,毫安表(接0~0.6mA档)
的读数图1-4乙I=mA
②将图1-4甲中S向b端闭合,适当调节电阻箱R使得
毫安表的读数I′=_____mA,记下此时电阻箱
图1-4丙的读数R=___Ω,那么,在本实验中
所测电阻Rx=Ω。
(2)按图1-4甲所示的电路,在实物图1-4丁上用实线
连好电路。
图1-4
例2:
(07年海淀二模)有一段粗细均匀的导体,现要用
实验的方法测定这种导体材料的电阻率,若已测得其长
度和横截面积,还需要测出它的电阻值Rx。
(1)有两位同学所设计的测量电路的一部分分别如图1-5
甲、乙所示,若分别用这两个电路进行实验,则测量值
比真实值偏小的应是_____图所示的电路。
(选填“甲”或“乙”)
(2)若已知这段导体的电阻约为30Ω,要尽量精确的测量其电阻值,除了需要导线、开关以外,在以下备选器材中应选用的是。
(只填写字母代号)
A.电池(电动势14V、内阻可忽略不计)
B.电流表(量程0~0.6A,内阻约0.12Ω)
C.电流表(量程0~100mA,内阻约12Ω)
D.电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ)
E.电压表(量程0~15V,内阻约15kΩ)
F.滑动变阻器(0~10Ω,允许最大电流2.0A)
G.滑动变阻器(0~500Ω,允许最大电流0.5A)
(3)请在方框中画出测量这段导体电阻值的实验电路图(要求直接测量量的变化范围尽可能大一些)。
(4)根据测量数据画出该导体的伏安特性曲线如图1-6所示,发现MN段明显向上弯曲。
若实验的操作、读数、记录和绘图描点等过程均正确无误,则出现这一弯曲现象的主要原因是。
例3:
(08年朝阳一模)在“测定金属丝的电阻率”的实验中,需要用刻度尺测出金属丝的长度l,用螺旋测微器测出金属丝的直径d,用电流表和电压表测出金属丝的电阻R。
(1)实验中测量金属丝的长度和直径时,刻度尺和螺旋测微器的示数分别如图1-7所示,则金属丝长度的测量值l=cm,金属丝直径的测量值为d=mm。
图1-7
(2)实验中给定电压表(内电阻为50kΩ)、电流表(内电阻为40Ω)、
滑动变阻器(最大阻值为10Ω)、待测金属丝(电阻约为100Ω)、
电源、开关及导线若干。
两位同学想用伏安法多次测量做出I-U图线求出待测金属丝的阻值,
他们设计了甲、乙两个电路,你认为采用图更合理
(填“甲”或“乙”),
图乙
图甲
电压表的右端应接在点(填“a”或“b”)。
(3)请你用笔画线代替导线,在图1-8中按照第
(2)问你所选择的电路图连接实验电路。
图1-9
图1-8
(4)用正确的方法测出了多组电流和电压值,并标在U-I坐标系中,如图1-9中“×”所示。
请你根据测量值画出图线,并求出金属丝的阻值Rx=__Ω.则这种金属的电阻率约为Ω∙m(该结果保留一位有效数字)。
二.电表的改装、半偏法测电阻
1.电表的改装
(1)将检流计或小量程电流表(内阻Rg,满偏电流Ig)改成电
图2-1
图2-2
压表:
如图2-1所示,要将量程扩大n倍,须串联电阻值R=_______.
(2)将检流计或小量程电流表(内阻Rg,满偏电流Ig)改成大量程
的电流表:
如图2-2所示,要将量程扩大n倍,须并联电阻值R=____.
图2-3
图2-4
(3)熟悉把改装的电压表跟标准电压表核对的电路及方法,如图2-3所示.
2.欧姆表(万用表)
如图2-4所示,红表笔接内电源的____极,黑表笔接内电源的____极.
测量时注意:
(1)根据粗测结果选择量程,若待测电阻约为10千欧,则可选择____挡,
每次换挡后测量前必须先______。
图1-8
(2)不能用手同时_____________,测量完毕应将_________。
图1-8
3.半偏法
图2-5
如图2-6所示,先合上S1,调节变阻箱R使电流表满偏,再合上S2,调节变阻
箱R0至电流表半偏,则可认为此时变阻箱R0的阻值___________电流表的阻值。
此电路要求变阻箱R的阻值尽量____(大.小)些.考虑电阻的变化对分流的影响,
图2-6
则R测___R真(大于,小于)。
例1:
(07年宣武二模)如图所示,是一个电流、电压两用电表的电路,电流计G的量程为100μA.内阻是1000Ω,两个电阻的阻值分别是R1为0.1Ω,R2为99KΩ,当双刀双掷开关接到ab上时,电表将改装成______,其量程约为______。
当双刀双掷开头接到cd上时,电表将改装成______,其量程是________。
图2-7
例2:
如果两个电流表的满偏电流均为Ig=3mA,内阻Rg=100Ω,欲将其改装成量程分别为3V和15V的电压表,则:
⑴分别串联的电阻Rl和R2为多大?
⑵将改装后的电压表串联后测电路中电阻的电压时,指针的偏角θ1和θ2有何关系,示数U1和U2有何关系?
例3:
用多用电表欧姆挡测阻值约为80Ω的电阻R1及阻值约为30kΩ的电阻R2的阻值,万用表盘刻度如图2-8所示是测量过程中一系列可能操作,请选出可能准确地测量各阻值、并符合多用电表安全使用规则的各项操作,将它们按合理顺序排列起来,填在题中横线上.(只填序号字母).
A.旋动选择开关,使其尖端对准欧姆挡“×1”的位置;
B.旋动选择开关,使其尖端对准欧姆挡“×10”的位置;
C.旋动选择开关,使其尖端对准欧姆挡“×100”的位置;
D.旋动选择开关,使其尖端对准欧姆挡“×1K”的位置;
图2-8
E.旋动选择开关,使其尖端对准“V~1000”的位置;
F.将两表笔分别接到Rl两端,读出R1的阻值,随后即断开;
G.将两表笔分别接到R2两端,读出R2的阻值,随后即断开;
H.用螺丝刀旋动调整定位螺丝,使电表指针指在最左边电流的零刻度位置;
I.将两表笔短接,旋动欧姆调零旋扭,使电表指针指在最右边欧姆的零刻度位置;
所选择的操作及其合理的排列顺序应是.
例4:
(08年宣武二模)如图2-9所示是一个将电流表改装成欧姆表的示意图,此欧姆
表已经调零,用此欧姆表测一阻值为R的电阻时,指针偏转至满刻度4/5处,现用该表测一未知电阻,指针偏转到满刻度的1/5处,则该电阻的阻值为()
A.4RB.5R
图2-9
C.10RD.16R
例5:
(09朝阳二模)某课外小组练习使用多用电表测量电阻。
他们的操作过程如下:
(1)将红、黑表笔分别插入多用电表的“+”“-”插孔,选择开关旋钮至电阻挡“×10”;
(2)将红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮使欧姆表指针指零;
(3)红、黑表笔分别与电阻的两端相连,此时多用电表的示数如图甲所示;接下来他们的操作步骤应为:
________.
A.将选择开关旋钮转至电阻“×1”挡,红、黑表笔分别与电阻的两端相连,读出电阻的阻值
B.将选择开关旋钮转至电阻“×100”挡,红、黑表笔分别与电阻的两端相连,读出电阻的阻值
C.将选择开关旋钮转至电阻“×100”挡,红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮使欧姆表指针指零,然后将红、黑表笔分别与电阻的两端相连,读出电阻的阻值
D.将选择开关旋钮转至电阻“×1”挡,红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮使欧姆表指针指零,然后将红、黑表笔分别与电阻的两端相连,读出电阻的阻值
(4)换挡后多用电表的示数如图乙所示,该电阻的阻值为_____________Ω。
(5)将选择开关旋至OFF挡,取出红、黑表笔。
例6:
(09年丰台二模)在把电流表改装成电压表的实验中,要将量程为200
A的电流表G改装成量程为5V的电压表。
(1)先利用如图甲所示的电路,采用“半偏法”测出电流表G的内电阻Rg。
在测量Rg的实验中,有如下的主要实验器材供选择:
A.滑动变阻器(阻值范围0—200
)
B.滑动变阻器(阻值范围0一1750
)
C.电阻箱(阻值范围O一999.9
)
D.电阻箱(阻值范围O一99999.9
)
E.电源(电动势6V,内阻0.3
)
F.电源(电动势12V,内阻0.6
)
在上述可供选择的器材中,可变电阻R1,应选择,为提高测量精度,可变电阻R2应选用,电源E最好选用。
(填字母代号)
(2)用“半偏法”测出的电流表G的内电阻Rg与真实值相比(填“偏大”、“偏小”或“相等”)
(3)若测得Rg=500
,为完成上述改装,需要用一个
的电阻与电流表串联。
20090505
(4)用改装并校对后的电压表,按图乙所示的电路测量未知电阻Rx.若测量未知电阻Rx时,电流表的读数为0.20A,而改装后的电压表的表头(刻度盘仍为原电流表的刻度)示数如图丙所示,那么Rx的测量值为
.
例7:
(08年海淀二模反馈题)在把电流表改装成电压表的实验中,把量程为Ig、内阻未知的电流表G改装成电压表。
(1)采用如图2-10所示的电路测电流表G的内阻Rg,根据电路图连接实物图;
(2)测得电流表G内阻为Rg,把它改装
成量程为UV的电压表,需要联
(填“串”或“并”)一个电阻Rx,
Rx=。
(3)把改装好的电压表与标准电压表进行逐
格校对,试在方框内画出实验电路图。
改装
及校准所用器材的实物如右图所示,试在所
给的实物图中画出连接导线。
例8:
(08年崇文二模)用伏安法测定一个待测电阻Rx的阻值(阻值约为200Ω),实验室提供如下器材:
电池组E电动势3V,内阻不计;电流表A1量程0—10mA,内阻约为40Ω-60Ω;
电流表A2量程0—500μA,内阻为1kΩ;滑动变阻器R1,阻值范围0—20Ω,额定电流2A;
电阻箱R2,阻值范围0—9999Ω,额定电流1A;电键S、导线若干
要求实验中应尽可能准确的测量Rx的阻值,请回答下面问题:
(1)上述器材中缺少电压表,需选一只电流表将它改装成电压表,则改装表选用的器材是___(填写器材代号);
(2)在方框中画出测量Rx阻值的电路图,并在图中表明器材代号;
(3)实验中将电阻箱R2的阻值调到4000Ω,再调节滑动变阻器R1,两表的示数如图1-15所示,可读出电流表A1的示数是___mA,电流表A2的示数是_____μA,测得待测电阻Rx的阻值是____。
图1-15
图2-11
例9:
(09年朝阳一模)要测量一未知电阻Rx的阻值,实验室提供的器材如下:
A.待测电阻RxB.电源E:
电动势约为3V
C.电流表A1:
量程为0~5mA,内阻r1不超过10ΩD.电流表A2:
量程为0~1mA,内阻r2为50Ω
E.滑动变阻器R:
最大阻值为50ΩF.电阻箱
:
阻值0~9999.9ΩG.开关、导线若干
(1)由于没有电压表,甲同学利用电流表A2和电阻箱改装了一个0~3V的电压表(表盘刻度未改),则电流表A2应与电阻箱_________(填“串联”或“并联”),电阻箱的阻值应为___________Ω。
该同学利用电流表内接法和电流表外接法分别测量Rx两端的电压和通过Rx的电流,读出两表的数据记录如下:
接法一
接法二
1
2
3
1
2
3
A1:
I1/mA
1.50
2.00
2.50
1.50
2.00
2.50
A2:
I2/mA
0.50
0.67
0.84
0.43
0.57
0.71
请你根据测量结果判断接法二是电流表______(填“内”或“外”)接法。
用
表示A2改装后的电压表,在测量Rx的以下实验电路中误差较小的是_______。
(2)为测量电阻Rx,乙同学设计了如下电路,他确定:
只要保持滑动变阻器的滑片P位
置固定,无论怎样调节电阻箱,分压电路的输出电压变化都很小。
这是因为待测电
阻Rx______滑动变阻器R(填“远大于”、“远小于”或“大致等于”)。
他的操作步骤如下:
A.将滑动变阻器的滑片P放在最左端,闭合开关S;
B.将电阻箱的阻值调节到零,调节滑动变器,使电流表A2的指针达到满偏;
C.保持滑动变阻器的滑片不动,调节电阻箱,使电流表的指针达到半偏;
D.读出电阻箱的示数,记为R0;
E.断开开关,整理器材。
请你根据已知量与测量量,写出待测电阻Rx的表达式______________。
该测量值与真实值相比_______(填“偏大”或“偏小”)。
三.测定电源的电动势和内电阻
电源的外特性曲线即U-I曲线.
(1)因为U=E-Ir,故U随I的增大而_______,
它们的关系曲线如图3-1所示.
(2)纵轴的截距为__________,直线的斜率的绝
对值表示_________,横轴的截距为_________.
(3)U随I变化的本质原因是__________.
(4)图线上每一点的坐标的乘积为____________.
图3-2
图3-1
(5)一般测干电池的内阻,常用安培表_____接法电路.如图3-2所示.
例1:
在测定电源的电动势和内电阻的实验中,待测电池,开关和导线配合下列哪组仪器,可以达到测定目的()
A.一只电流表和一个滑动变阻器B.一只电流表和一只电压表
C.一只电流表和一个电阻箱D.一只电压表和一个电阻箱
例2:
为了测量一节干电池的电动势和内电阻,实验室准备了下列器材供选用:
A.待测干电池一节
B.直流电流表(量程0~0.6~3A,0.6A挡内阻为0.1Ω,3A挡内阻为0.02Ω)
C.直流电压表(量程0~3~15V,3V挡内阻为5kΩ,15V挡内阻为25kΩ)
D.滑动变阻器(阻值范围为0~15Ω,允许最大电流为1A)
E.滑动变阻器(阻值范围为0~1000Ω,允许最大电流为0.2A)
F.开关G.导线若干
(1)他采用如图3-3所示的实验电路进行测量。
图3-4给出了做实验所需要的各种仪器。
请你按电路图把它们连成实验电路。
(2)为尽可能减少实验的误差,其中滑动变阻器选(填代号);
(3)根据实验记录,画出的U—I图线如图3-5所示,从中可求出待测干电池的电动势为_V,内电阻为_____Ω.
(4)这位同学对以上实验进行了误差分析。
其中正确的是 。
A.实验产生的系统误差,主要是由于电压表的分流作用
B.实验产生的系统误差,主要是由于电流表的分压作用
C.实验测出的电动势小于真实值
D.实验测出的内阻大于真实值
例3:
(08年丰台一模)实验桌上有下列实验仪器:
A、待测电源一个(电动势约3V,内阻小于1Ω)
B、直流电流表(量程0~0.6~3A,0.6A档的内阻约0.22Ω,3A档的内阻约0.1Ω)
C、直流电压表(量程0~3~15V,3V档内阻约15kΩ,15V档内阻约25kΩ)
D、滑动变阻器(阻值范围为0~15Ω,允许最大电流为5A)
E、滑动变阻器(阻值范围为0~1000Ω,允许最大电流为0.2A)
F、开关G、导线若干H、小灯泡(电阻小于1Ω)。
请你解答下列问题:
(1)利用给出的器材测电源的电动势和内阻有如图甲、乙两种电路,为了减小测量误差,应选择图所示电路;
(2)根据你选择的电路将图丙中实物连接好;
(3)你选择的滑动变阻器是(填代号),理由是;
(4)某同学根据测出的数据,作出U—I图线如图丁a线所示,实验所测电源的电动势E=___V,内电阻r=____Ω;
(5)若要利用给出的器材通过实验描绘出小灯泡的伏安特性曲线,要求实验测出的数据尽可能多,请你在虚线框内画出实验电路图;
(6)将步骤(5)中得到的数据与步骤(4)得到的数据在同一U—I坐标系内描点作图,得到如图丁所示的图线b,如果将此电源与小灯泡组成闭合回路,此时小灯泡的实际功率为W。
例4:
(09年北京高考题)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。
该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻
,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为9.999
,科当标准电阻用)一只电流表(量程
=0.6A,内阻
)和若干导线。
(1)请根据测定电动势E内电阻
的要求,设计图甲中器件的连接方式,画线把它们连接起来。
图乙
图甲
(2)接通开关,逐次改变电阻箱的阻值
读处与
对应的电流表的示数I,并作记录,当电阻箱的阻值
时,其对应的电流表的示数如图乙所示。
处理实验数据时首先计算出每个电流值I的倒数
;再制作R-
坐标图,如图丙所示,图中已标注出了(
)的几个与测量对应的坐标点,请你将与图乙实验数据对应的坐标点也标注在图丙中上。
(3)在图丙上把描绘出的坐标点练成图线。
(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E=V,
内电阻
图丙
例5:
(07年海淀一模)一种电池标称电动势为9V,内电阻约50Ω,允许的最大输出电流为50mA。
为了较准确的测量这个电池的电动势和内电阻,可以设计出如图3-6所示的实验电路,已知实验中所使用的电压表内电阻足够大,可以忽略其对电路的影响;图中R为电阻箱,阻值范围为0~999.9Ω,R0为保护电阻。
(1)实验室里备用的定值电阻有以下几种规格:
A.10ΩB.50ΩC.150ΩD.500Ω
实验时,R0应选用较好(填字母代号)。
(2)按照图3-6所示的电路图,将图3-7所示的实物连接成实验电路。
(3)在实验中,当变阻箱调到图3-8所示位置后,闭合开关S,电压表的示数为8.70V,此时通过电阻箱的电流
为mA.
(4)断开开关S,调整电阻箱的阻值,再闭合开关S,读取并记录电压表的示数。
多次重复上述操作,可得到多组电压值U和通过电阻箱的电流值I,利用多次读取和计算出的数据,作出如图3-9所示的图线。
根据图线可知,该电池的电动势E=V,内电阻r=Ω。
例6:
(08年海淀一模)按图3-10所示的电路测量两节干电池串联而成的电池
组的电动势E和内阻r,其中R为电阻箱,R0为定值电阻,干电池的工作电
流不宜超过0.5A。
实验室提供的器材如下:
电流表(量程0~0.6~3.0A);电阻箱(阻值范围0~999.9);
定值电阻若干;电键、导线若干.
(1)在下面提供的四个定值电阻中,保护电阻R0应选用(填写阻值相应的字母)。
A.5B.10C.20D.100
(2)根据电路图,请在图3-11中画出连线,将器材连接成实验电路。
(3)实验时,改变电阻箱R的值,记录下电流表A的示数I,
得到若干组R、I的数据。
根据实验数据绘出如图3-12所示的R-
图线,由此得出电池组的电动势E=V,内电阻r=_____Ω。
按照此实验方法,电动势的测量值与真实值相比,
内电阻的测量值与真实值相比。
(填“偏大”、“偏小”或“相等”)
图3-12
例7:
(09年西城一模)某同学用如图甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内电阻r,
R为电阻箱。
干电池的工作电流不宜超过0.5A。
实验室提供的器材如下:
电压表(量程0~3V,内阻约3kΩ),电阻箱(阻值范围0~999.9);开关、导线若干。
(1)请根据图甲的电路图,在图乙中画出连线,将器材连接成实验电路。
(2)实验时,改变电阻箱R的值,记录下电压表的示数U,得到如下表所示的若干组R、U的数据。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
电阻R/Ω
60.5
35.2
20.0
13.7
9.9
5.8
4.3
3.5
2.9
2.5
电压U/V
2.58
2.43
2.22
2.00
1.78
1.40
1.18
1.05
0.93
0.85
根据实验数据绘出如图丙所示的
-
图线.由图象得出电池组的电动势E=V,内电阻r=Ω。
(3)关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法,下列说法正确的是。
A.电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差
B.同学读电压表读数引起的误差属于系统误差
C.本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差
D.如果将电压表的内阻计算在内就可以减小
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