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伏安法测电阻实验全解析:仪器选择原则、内外接法对比与变阻器接法技巧

2025-11-21 20:38:53辅导探讨0

物理学的基础是实验,高考里实验能力始终占据着颇为重要的位置,物理高考试图借助笔试的方式去考查学生的实验能力,其中伏安法测电阻实验,因具备知识点众多、题型灵活、对学生设计以及创新能力要求较高等特性,多年以来一直成为高考实验考查的热点问题,学生在处理这类问题时常常感觉不知从何处着手。实际上,这类问题通常是由三个方面构成的,就是仪器的挑选,还有内外接法的抉择,以及变阻器接法的选定,要是能够处理好以上这三个问题,那么就能让问题顺利解决了,。k4R物理好资源网(原物理ok网)

伏安特性曲线 高中物理k4R物理好资源网(原物理ok网)

实验器材的选择:k4R物理好资源网(原物理ok网)

实验仪器挑选的基本准则是,安全,也就是不损毁实验器材,准确,即尽可能提升测量精准度,减小实验误差,方便,就是在确保实验正常开展的前提下,应易于操作。所以要看重所给器材、元件,像电表、电阻等的数据,比如额定功率、额定电流或者电压、电阻等。剖析准确值和近似值所给出的答题信息,因为这些信息往往是选择电源或电表的主要依据,具体来讲主要是电源、电压表、电流表、变阻器的选择问题。基于以上原则,能够从以下三方面入手:k4R物理好资源网(原物理ok网)

I、电源电动势和允许的最大电流要不小于待测电阻的额定值。k4R物理好资源网(原物理ok网)

首先,电压表的量程,不能小于待测电阻的额定值,其次,电流表的量程,也不能小于待测电阻的额定值,并且,还务必使指针有较大角度的偏转,通常来说,一般应指到满偏度的一半以上,以此来减少测量误差。k4R物理好资源网(原物理ok网)

3、当待测电阻达到额定电流的时候,变阻器之中的电流应当不大于它的额定电流数值,在同等条件之下,变阻器整体阻值越小,越有利于操作。k4R物理好资源网(原物理ok网)

测得有一个电阻,其额定功率是0.5W,粗略测量时电阻值大概是16Ω,现在要通过伏安法来测定它的阻值,所用到的实验器材有:k4R物理好资源网(原物理ok网)

(1)直流电流表(量程0~200毫安,内阻20欧);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(2)直流电流表(量程0~3安,内阻0.1欧);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(3)直流电压表(量程0~3伏内阻10千欧);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(4)直流电压表(量程0~15伏,内阻30千欧);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(5)滑动变阻器(阻值范围0~20欧,允许最大电流1安)k4R物理好资源网(原物理ok网)

有一个滑动变阻器,其阻值的范围是从0到100欧,它允许通过的最大电流是0.1安 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

(7)直流电源(输出电压12伏,内阻可不计);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(8)直流电源(输出电压2伏,内阻可不计);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(9)电健一个,导线若干条.实验中应选用的器材有(填编号)k4R物理好资源网(原物理ok网)

解析:由题中所给待测电阻的阻值和额定功率可知:k4R物理好资源网(原物理ok网)

按以上原则来挑选的器材是(1),是(3),也有(5)伏安特性曲线 高中物理,包含(7),还有(9) 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

测量电路(电流表“内外接法”)的选择:k4R物理好资源网(原物理ok网)

伏安法测电阻所依据的原理乃是欧姆定律,其表达式为R=U/I ,常用的测量电路存在着这样一种,即电流表外接电路,此电路简称为“外接法”,具体情况如图1所示。k4R物理好资源网(原物理ok网)

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设有和电流表内接的电路,简称为“内接法”,其电路如图2所示。设实验里电压表的读数用UV来表示,电流表的读数用IA来表示,电压表的内阻用RV来表示,电流表的内阻用RA来表示,待测电阻用RX来表示。对于内接法而言,因为R测等于其中IA是RX中的真实电流,UV是电流表与RX的电压之和,所以。k4R物理好资源网(原物理ok网)

由电流表内阻的分压作用导致实验出现系统误差,当RA远远小于RX时,测量得到的R约等于RX 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

对于外接法:由于k4R物理好资源网(原物理ok网)

当中UV是位于RX之上的真实电压,IA却是RX跟电流表里电流的总和,因而 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

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实验误差源自电压表的分流影响,在RX远远小于RV的状况下,R测近似等于RX 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

从对以上过程展开分析能够看出来,因为电压表与电流表内阻所产生的影响,无论采用哪一种接法,都必然会致使实验出现系统误差,为了降低实验的系统误差,在实际操作当中,常常会采用如下方法来选择测量电路 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

方法1:当RX>>RA或k4R物理好资源网(原物理ok网)

时选用“内接法”k4R物理好资源网(原物理ok网)

当RX <<RV或k4R物理好资源网(原物理ok网)

时选用“外接法”k4R物理好资源网(原物理ok网)

时选用两种接法均可k4R物理好资源网(原物理ok网)

不过呢,因为《的程度不太容易把控,在实际的问题当中,往往是要把需要测量的电阻Rx跟临界的阻值 ,。k4R物理好资源网(原物理ok网)

将(即两种接法测量所带来的误差相等时的待测电阻值)拿来比较,以此作为判定内外接的依据。k4R物理好资源网(原物理ok网)

例2.2003年,理科综合能力测试,新课程卷,23题:用伏安法测量电阻阻值R,还要求出电阻率ρ。给定了电压表,其内阻约为50kΩ,还有电流表,内阻约为40Ω,有滑线变阻器,有电源,有电键,有待测电阻,约为250Ω,及导线若干 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

⑴画出测量R的电路图。(第2、3、4问略)k4R物理好资源网(原物理ok网)

解析:因为k4R物理好资源网(原物理ok网)

所以用电流表内外接法 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

方法二:当RA、RV均处于未知状态时,能够运用试触法去选择测量电路。就如同图3所展示的那样,电压表右端接于a位置时,电流表示数是Ia,电压表示数是Ua,在接于b位置时,电流表示数为Ib,电压表示数为Ub。k4R物理好资源网(原物理ok网)

(即电流表示数变化明显)时,选用“内接法”k4R物理好资源网(原物理ok网)

(即电压表示数变化明显)时,选用“外接法”k4R物理好资源网(原物理ok网)

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供电电路(滑动变阻器接法)的选取:k4R物理好资源网(原物理ok网)

滑动变阻器接入电路之时,通常存在如下两种接法,一种是限流式接法,即图4所展示者,另一种是分压式接法,也就是图5所呈现者。k4R物理好资源网(原物理ok网)

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先设定电源电压为U,且电池内在的电阻不计,接着明确滑动变阻器全部的电阻值是R0,随之可知,在限流式连接这种情况下,对于拿来测量电阻的RX而言,其上产生的电压情况以及电流调节的范围,均和变阻器全部的电阻值R0存在关联。k4R物理好资源网(原物理ok网)

其范围分别为:k4R物理好资源网(原物理ok网)

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因此,当U以及R0处于一定状态时,RX要是越小,那么用电器之上的电流还有电压调节范围便会越大,而当R0远远小于RX时,待测电阻上面的电压连同电流的可调节范围均很小,这种情况不适宜选用。k4R物理好资源网(原物理ok网)

在分压接法中RX上的电压和电流调节范围分别为:电压:0~Uk4R物理好资源网(原物理ok网)

电流:k4R物理好资源网(原物理ok网)

。均与R0无关。k4R物理好资源网(原物理ok网)

基于以上所做的分析能够知道,存在着两种电路,这两种电路都能够对加在RX上的电压以及电流进行改变,然而它们具体的调节范围却是不一样的。在相同的条件之下,分压式连接的时候,变阻器所消耗的功率是比较大的,而限流式电路具备着效率相对较高、电源所承受的负担比较轻、电路连接较为简单等一系列优点。k4R物理好资源网(原物理ok网)

但在下列三种情况下选用分压式接法:k4R物理好资源网(原物理ok网)

若要求待测电阻上的电压从0开始发生变化,当处于测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路这种情况时伏安特性曲线 高中物理,电流也需从0开始变化 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

例3,2003年,上海高考,物理试题,18题,图示,为某一热敏电阻,其电阻值,随温度的改变而改变,并且,对温度很敏感,的I-U关系曲线图 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

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为了借助测量获取图6所展示的I-U关系的完整曲线,在图7以及图8这两个电路之中应挑选的是图,简要阐述理由,电源电动势为9V,内阻不予以计较,滑线变阻器的阻值范围是0到100Ω。(第2、3问略)。k4R物理好资源网(原物理ok网)

解析:为了得到图6所示I-U关系的完整曲线,k4R物理好资源网(原物理ok网)

加在热敏电阻上的电压要能够从0开始变化k4R物理好资源网(原物理ok网)

所以选用分压式接法k4R物理好资源网(原物理ok网)

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2、当RX远远大于R0的时候,要是采用限流式,那么RX上的电压,或者电流,其变化范围比较小,对多次测量来说是不利的。(常常会出现“要求测多组数据”这样的字眼)。k4R物理好资源网(原物理ok网)

例4:(1997年全国第17题),某电压表其内阻存在于20千欧至50千欧这个范围之间,当下要对其内阻做出测量,在实验室之中提供了下列可供选用的器材,有待测电压表V,其量程为3V,还有电流表A1,量程是200μA,以及电流表A2,量程为5mA,另外有电流表A3,量程是0.6A,再有滑动变阻器R,最大阻值为1KΩ,还有电源ε,电动势是4V,以及电键K。k4R物理好资源网(原物理ok网)

(1)在所给出的电流表当中,应当选取(填写字母代号)。(2)为了尽可能地减小误差,需要测量多组数据。试着在方框里画出符合要求的实验电路图(其中电源和电键及其连线已画出)。k4R物理好资源网(原物理ok网)

解析:在本题里头,因为待测电压表的内阻比滑动变阻器的最大值还要大,也就是说,RX远远大于R变。要是在这个时候采用限流式的接法,那么待测电阻RX上面的电压,或者电流的变化范围就会比较小,没办法满足“要求测多组数据”的这个要求,所以只能采用分压式接法。k4R物理好资源网(原物理ok网)

3、针对给定的待测电阻的额定电压或者电流,以及电表的量程来展开分析,要是采用限流式接法,那么在电路里,当滑动变阻器全部接入电路的时候,所出现的最小电流,却还是超出了额定电流或者电表的量程 。 。。 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

例5:(1994年全国高考第25题),有一幅图(这里略去),它是用于通过伏安法去测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图,这些器材有着如下的规格 。k4R物理好资源网(原物理ok网)

(1)待测电阻Rx(约100欧);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(2)直流毫安表(量程0~10毫安,内阻50欧);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(3)直流电压表(量程0~3伏,内阻5千欧);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(4)直流电源(输出电压4伏,内阻可不计);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(5)滑动变阻器(阻值范围0~15欧,允许最大电流1安);k4R物理好资源网(原物理ok网)

(6)电健一个,导线若干条.k4R物理好资源网(原物理ok网)

根据器材的规格和实验要求,在本题的实物图上连线.k4R物理好资源网(原物理ok网)

解析:从题里给出的数据能够知道,要是采用限流式接法,在滑动变阻器全部接入电路的情况下,电路中的电流是最小的,然而却依旧超过了额定电流或者电表的量程,所以,需要采用分压式接法。k4R物理好资源网(原物理ok网)

经由上述的分析以及例题能够看出,电学实验的设计能够依照以下的步骤来开展。其一,依据待测的电路以及电流,挑选适宜的电表等实验器材;其二,判断内外接法;其三留学之路,选定变阻器的接法。在实际的设计过程中,为了减少错误,能够在选定变阻器接法之后,画出分压或者限流式接法的原理图,而把电表、待测电阻、待测电路等用 Rx 来表示,接着将画好的内外接法替换 Rx,这样就成为了一个完整的电路原理图。k4R物理好资源网(原物理ok网)