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文檔簡介
1、例析測量電表內阻的幾種類型電學實驗是歷年高考的重點內容,測量電表的內阻又是電學實驗中的一類熱點題型,如1997年、2000年、2001年的全國高考試卷中均出現過而學生在做這類題的時候得分率卻非常低,針對這情況,本文將通過幾個具體的實例將這類問題進行綜合、歸類、總結、對比,幫助學生找出這類問題之間的聯系與區別一塊電表(一塊電流表或一塊電壓表)1、一塊電流表AR2S2S1R1圖1例1、(2001年,全國)E為電源,其電動勢為,R1為滑動變阻器,R2為電阻箱,A為電流表。用此電路,經以下步驟可近似測量A的內阻RA:閉合S1,斷開S2,調節R1,使電流表讀數等于其量程I0;保持R1不變,閉合S2,調節
2、R2,使電流表的讀數等于I0/2,然后讀出R2的值,取RA=R2(略去原題中的三個小問題)。分析: 、電路圖如圖1、實驗原理:因為在本實驗中要求滑動變阻器R1的阻值遠遠大于電流表的內阻RA,所以當保持R1不變,閉合S2,調節R2的時候,干路上的電流變化可以忽略不計,仍認為是I0。因此當電流表的電流變為I0/2時,通過變阻箱的電流也為I0/2,再根據并聯電路的特點可知RA=R2。、誤差分析:本實驗的誤差來自當閉合S2,調節R2的時候,電路中的總電阻變小,因此干路中的總電流要比I0略大,由于滑動變阻器的阻值遠遠大于電流表的內阻,所以這個變化很微小。如果流過電流表的電流為I0/2,則流過變阻箱R2的
3、電流I2應略大于I0/2,根據RA I0/2=I2R2,故RA略大于R2 ,即測量值小于真實值。2、一塊電壓表例2、為了測量電壓表的內阻,實驗室準備了如下器材:器材(代號)規 格待測電壓表(V)量程3V,內阻RV待測(約2k)電阻箱(R)最大阻值9999,最小改變量1滑動變阻器(R1)最大阻值50滑動變阻器(R2) 最大阻值1k電池(E)電動勢4V,內阻不計電鍵S,導線若干R2R1VS圖2(1)、實驗時滑動變阻器應選用 (填代號)。(2)、畫出它的電路圖。 (3)、簡述操作中所需測量的物理量,用這些物理量表示待測電表內阻的計算公式RV= 。( )分析與解答:、電路圖如圖2。、實驗原理:閉合開關
4、S,將電阻箱R的示數調為零,調節滑動變阻器,使電壓表達到滿偏U0;保持滑動變阻器的位置不變,調節電阻箱,使得電壓表的示數為滿偏的一半U0/2,記下此時電阻箱的示數R2,則有RV=R2。因為本實驗中滑動變阻器的阻值遠小于電壓表的內阻,所以當保持滑動變阻器R1的位置不變,改變電阻箱的數值時,電壓表及變阻箱兩端的電壓可認為不變,始終為U0。因此,當電壓表的電壓變為U0/2時,則加在變阻箱兩端的電壓也為U0/2,再根據串聯電路的特點可知RV=R2。、誤差分析:本實驗的誤差來自當調節R2的時候,電路中的總電阻變大,總電流變小,因此在電壓表及變阻箱兩端所加的電壓與沒有串聯R2時相比有所增加,但由于滑動變阻
5、器的阻值遠遠小于電壓表的內阻,所以這個變化很微小,也就是當電壓表的電壓為U0/2,加在變阻箱兩端的電壓U2應略大于U0/2,根據串聯電路的特點:U0/2RV=U2/R2,故RV略小于R2 ,即測量值大于真實值。二、兩塊同類型的電表1、兩塊電流表,測其中一塊電流表的內阻例3、(2000年,全國)從下表中選取出適當的實驗器材,設計一電路來測量電流表A1的內阻r1,畫在下面的方框中,要求方法簡捷,有盡可能高的精確度,并能測出多組數據。器材(代號)規格電流表(A1)量程10mA,內阻r1待測(約40)電流表(A2)量程500A,內阻r2=750電壓表(V)量程10V,內阻r3=10k電阻(R1)阻值約
6、100,作保護電阻用滑動變阻器(R2) 總阻值約50電池(E)電動勢1.5V,內阻很小電鍵(S)導線若干 A1A2R2R1S圖3分析與解答:、選擇儀器:首先我們可以肯定,在本實驗中不可能用到電壓表,因為電源的電動勢只有1.5V,而電壓表的量程為10V,最多不到滿偏的1/6,用它來讀數誤差太大。因此該實驗能用到的電表只可能用兩塊電流表。、實驗原理。兩塊電流表有可能串聯,也有可能并聯,但題目中電流表A2的內阻r2已知,因此將兩電流表并聯,根據并聯規律I1r1=I2r2可求出電流表A1的內阻r1=I2r2/I1。、電路設計。滑動變阻器是作分壓還是作限流,我們通過計算便知。加在電流表兩端的電壓最大值U
7、,而滑動變阻的最大阻值只有50,如果將滑動變阻器接成限流,會超過電流表的量程,將它們燒壞。如果僅僅將滑動變阻器接成分壓,滑動變阻器可調節的范圍很小,只有全長的1/4,這樣測量的次數比較少。綜合以上幾個方面,應將定值電阻R1接在干路上用作限流。電路圖如圖3所示。2、兩塊電壓表,測其中一塊電壓表的內阻例5、實驗室中現有器材如下:電池E:電動勢約為6V,內阻約為1;電壓表V1:量程30V,內阻r1約為30k;電壓表V2:量程3V,內阻r2約為3k;電壓表V3:量程V,內阻r3約為;電阻箱R1:最大阻值9999.9,阻值的最小改變量為;V3V2R2R1S圖4滑動變阻器R2:最大阻值50;電鍵S,導線若
8、干;(1)、用此電路可以精確測量所給的三塊電壓表中的哪幾塊電壓表的內阻?(2)、在可測的電壓表中任選一個作為測量對象進行測量,在實驗中你要讀出哪些物理量?用所測量的物理量表示待測電壓表的內阻計算公式。分析與求解:、選擇儀器。本實驗中有三塊電壓表,但由于V1與V2、V3的量程相差很遠,因此在測量時電壓如果滿足了V1,則V2、V3會超過量程而被燒壞;如果電壓滿足了V2或V3則V1中的示數很小,無法精確測量,因此本實驗中能精確測量的只能是V2和V3。、電路圖如圖4。、實驗原理。閉合S,調節滑動變阻器R2及變阻箱R1,使得兩電壓表的指針指在某一適當的位置,讀出此時電阻箱的數值R0,電壓表V2、V3的示
9、數U2、U3,再根據串、并聯電路的規律可知:U3=Ir3,I=(U2-U3)/R0,可解出r3=U3R0/(U2-U3)。一塊電壓表,一塊電流表。1、測定電壓表的內阻A1VRS圖6例6、(1997年,全國)某電壓表的內阻在20k-50 k之間,現要測量其內阻,實驗室提供下列可選用的器材:待測電壓表V(量程3V),電流表A1(量程200A),電流表A2(量程5mA),電流表A3(量程A),滑動變阻器R(最大阻值1k),電源(電動勢4V),電鍵S。(1)、所提供的電流表中,應選用 (填寫字母代號)。(2)、為了盡量減小誤差,要求測多組數據,試在方框中畫出符合要求的實驗電路圖。分析與解答: 、電路的
10、設計。因為本實驗中要測量的是電壓表的內阻,而有三塊不同量程的電流表,因此我們應該從中選取一塊來完成本實驗。電壓表能夠測量出加在自身兩端的電壓,而電流表能夠測量出通過自身的電流,所以直接將兩塊表串聯。、儀器的選擇。根據設計的電路圖,首先我們對電流表的量程進行估算。,因此應選擇電流表A1。、滑動變阻器的作用。為了盡量減小誤差,要求測多組數據,本實驗中滑動變阻器只能用作分壓。因為滑動變阻器的最大阻值是1k,遠小于電壓表的內阻,如果用作限流,當調節滑動變阻器時,電壓表和電流表的示數變化很小,不便多次測量。2、測定電流表的內阻例7、電流表的內阻在0.1 -0.2 之間,現要測量其內阻,可選用的器材如下:
11、A、待測電流表A1(量程);B、電壓表V1(量程3V,內阻約為2k);C、電壓表V2(量程15V,內阻約為10 k);D、滑動變阻器R1(最大阻值10 );E、定值電阻R2(阻值5 );F、電源E(電動勢4V);G、電鍵S及導線若干。(1)、電壓表應選 。(2)、畫出實驗電路圖,如測得電壓表的讀數為U,電流表的示數為I,則電流表A1的內阻的表達式為:RA= 。分析與解答:、儀器的選擇。很明顯,電源的電動勢只有4V,如果選擇量程為15V電壓表V2,則電壓表最大的示數不足滿偏的1/3,讀數誤差較大,因此應選擇量程為3V的電壓表V1。R2R1ASV1圖7、電路的設計。因為有電壓表和電流表,要測電流表的內阻,首先想到的是將電壓表直接接在是流表的兩端,由歐姆定律可求出電流表的內阻。但由于本題中電流表的內阻很小,在0.1 -0.2 之間,因此電流表兩端的電壓也很小,最大為,這樣用最小量程為3V的電壓表無法準確讀數,所以應將阻值為5 定值電阻R2串聯在電流表中,這樣歐姆定律算出的電阻便是定值電阻及電流表內阻之和,即。電路圖如圖7所示。綜上所述,如果只有一塊
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