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  4. 伏安法测电阻创新电路的设计滑动变阻器电流的测量,电流表的使用及读数方法电压的测量,电压表的使用

在伏安法测量电阻R阻值的实验中:(1)为了完成实验,请将右图连成一个完整的实验电路图,并使滑动变阻器连入电路的阻值最大.(2)实验测得的数据如下表,请你根据表中的数据计算

一、题文

在伏安法测量电阻R阻值的实验中:
(1)为了完成实验,请将右图连成一个完整的实验电路图,并使滑动变阻器连入电路的阻值最大.
(2)实验测得的数据如下表,请你根据表中的数据计算出R的阻值,要求写出计算过程,结果保留一位小数.
实验次数123
U/V1.22.42.8
I/A0.120.240.27

考点提示:伏安法测电阻,创新电路的设计,滑动变阻器,电流的测量,电流表的使用及读数方法,电压的测量,电压表的使用

二、答案

(1)实验电路应是开关、滑动变阻器、电流表、待测电阻串联接在电源两极上;然后电压表与待测测电阻并联,滑动变阻器串联在电路时滑片处于最大阻值处.如图.



(2)R1=
U1
I1
=
1.2V
0.12A
=10Ω,
R2=
U2
I2
=
2.4V
0.24A
=10Ω,
R3=
U3
I3
=
2.8V
0.27A
=10.4Ω,
R的阻值为:
.
R
=
R1+R2+R3 
3
=
10Ω+10Ω+10.4Ω
3
=10.1Ω.
故:R的阻值10.1Ω.

三、考点梳理

知名教师分析,《在伏安法测量电阻R阻值的实验中:(1)为了完成实验,请将右图连成一个完整的实验电路图,并使滑动变阻器连入电路的阻值最大.(2)实验测得的数据如下表,请你根据表中的数据计算》这道题主要考你对 伏安法测电阻创新电路的设计滑动变阻器电流的测量,电流表的使用及读数方法电压的测量,电压表的使用 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:伏安法测电阻,创新电路的设计,滑动变阻器,电流的测量,电流表的使用及读数方法,电压的测量,电压表的使用

考点名称:伏安法测电阻
  • 实验原理:
    根据欧姆定律的变形公式R=U/I,用电压表和电流表分别测出待测电阻两端的电压和通过其中的电流,就可以求出这段导体的电阻,这种方法叫做伏安法。
  • 伏安法测导体电阻:
    (1)实验器材:电源、开关、电压表、电流表、滑动变阻器、待测电阻、若干导线;

    (2)实验电路图如图所示


    (3)实验步骤:
    ①按电路图正确连接实物图;
    ②闭合开关,移动滑动变阻器的滑片位置,记下导体两端的电压和通过导体的电流,连续测三组对应的电压值U1、U2、U3和电流值I1、I2、I3;
    ③根据记录的数据正确计算导体的电阻值R1、R2、R3和平均值R
    (4)滑动变阻器在本实验中的作用:
    ①保护电路; ②改变导体两端的电压,使其成倍数地增加;③多次测量求平均值。

    伏安法测小灯泡电阻:
    (1)实验电路图和记录实验数据的表格

    (2)实验需要的器材:电压表、电流表、电源、开关、滑动变阻器和导线。
    (3)注意事项:测小灯泡的电阻的实验是一个重要实验,本实验中涉及的内容非常丰富,既有间接测量的实验方法,又有实验基本技能,如电路的连接,电流表、电压表、滑动变阻器的使用等,还有对实验数据的分析。因此从学习物理知识和方法的角度考虑,这个实验是非常重要的。掌握好本实验,要注意以下五个方面:
    ①在选取器材时,电流表所选用量程的满偏值要大于电路中的最大电流;滑动变阻器的最大阻值应略大于或接近小灯泡的电阻,以使效果明显。
    ②连接电路时要断开开关,并按照电压表、电流表、滑动变阻器的使用规则,将它们正确地接入电路。电压表、电流表要注意量程的选择、连接和读数,使用滑动变阻器也要注意规格的选择。
    ③进行实验时,在闭合开关前,要把滑动变阻器的滑片调到最大阻值处,使电路中的电流最小,目的是保证电路中的灯泡、滑动变阻器、电压表、电流表等仪器的安全。
    ④把每次测量的结果和小灯泡的发光情况记录下来.以便最后分析、总结。
    ⑤分析处理数据,对于测得的各组电流和电压值,计算出相应的电阻,然后比较几次实验测得的电阻,找出其中的规律。

  • “伏安法”测电阻实验中常见故障的排除法:
    伏安法测电阻的原理如下图所示。

    故障一:闭合开关,灯泡不亮,示数是零,电压表示数很大。
    分析原因:电压表直接接在了电源两极上,小灯泡开路。
    排除方法:更换好的小灯泡或检查灯泡与底座是否接触良好。

    故障二:闭合开关后发现小灯泡不亮,都没有示数。
    分析原因:电路中除小灯泡外的某处接触不良或同时小灯泡的灯丝断了。
    排除方法:将连接各个电路元件的接线处重新连接,若同时小灯泡的灯丝断了则更换好的小灯泡。

    故障三:闭合开关S,发现小灯泡不亮,同时电流表和电压表有示数,但非常小。
    分析原因:电流表和电压表有示数说明电路是通路,小灯泡不亮,是因为加在小灯泡两端的电压太小,导致通过小灯泡的电流太小而不亮,可能是电源电压太低或滑动变阻器接入电路中的阻值过大。
    排除方法:可以适当提高电源电压或将滑动变阻器接入电路中的阻值调小。

    故障四:闭合开关s后,小灯泡亮,发现电流表和电压表的指针向左偏转。
    分析原因:指针向左偏转说明电流表和电压表的正负接线柱接反了。
    排除方法:将电流表和电压表的正负接线柱对调即可

    故障五:连接好实验电路后,闭合开关并移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡变亮,电流表示数变大时,电压表示数反而变小;小灯泡变暗,电流表示数变小时,电压表示数反而变大。
    分析原因:电路是通路,但是小灯泡变亮,电流表示数变大时,电压表示数反而变小,是由于电压表并联在滑动变阻器两端。
    排除方法:只要将电压表改接到小灯泡的两端即可。

    故障六:将实验电路连接好后,闭合开关s,发现小灯泡特别亮,并且无论怎样移动变阻器滑片,灯泡亮度不变。
    分析原因:滑动变阻器接线有误。
    排除方法:将滑动变阻器一个接线柱接法纠正即可。

  •  

考点名称:创新电路的设计
  • 电路设计:
    是指通过一定规则和方法设计出符合使用要求的电路。主要是设计一些生活上比较新颖的电路:例如:探究抢答器电路、病房呼叫电路的设计、简易交通灯电路的设计等
  • 电路设计步骤:
    1.仔细审题,分析需要哪些电路元件;

    2.根据题意,弄清用电器之间如何连接;

    3.找准开关和用电器之间的连接方式;

    4.综合以上分析,画出草图;

    5.对照题目要求,检查电路连接是否正确。

    电路设计中常见的方法:
    1.用若干个开关控制同一个用电器:要求不管哪个开关闭合,用电器都能工作,那么这若干个开关一定是并联的,并且用电器在它们的干路上。

    2.开关的短路用法:要求当开关闭合时,一灯发光,开关断开时两灯都发光,就要把这两盏灯串联,把开关与其中一灯并联,在开关闭合时造成这盏灯短路,从而达到只有一盏灯发光的目的。

    3.单刀双掷开关的应用:
    (1)改变电路的连接方式,使用电器由并联变为串联,或由串联变为并联。
    (2)方便控制一盏灯。把开关安置在两个不同的位置,随意拨动任何一个开关,都能使灯由亮变灭,由灭变亮。

    4.简单的混联:每个支路上的用电器工作时,总有一个特殊的用电器与它们一起工作,这个特殊的用电器就要安装在它们的干路上。
考点名称:滑动变阻器
  • 定义:
        滑动变阻器是电路中的一个重要元件,它可以通过移动滑片的位置来改变自身的电阻,从而起到控制电路的作用。在电路分析中,滑动变阻器既可以作为一个定值电阻,也可以作为一个变值电阻。


    构造:
    滑动变阻器的构成一般包括接线柱、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分。

    符号:常用Rx表示,元件符号位
    结构示意图:
  • 工作原理:通过改变接入电路中电阻丝的长度,可以逐渐改变电阻。

    作用:改变电流、调节电压和保护用电器。

    使用方法:滑动变阻器一般串联在电路中。连接时应“一上一下”的把接线柱接人电路中。连接电路时应把滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处。

    铭牌:观察滑动变阻器的铭牌,能够了解它的最大阻值和允许通过的最大电流。例如铭牌上标有 “20Ω  1.5A”的字样,说明该滑动变阻器的最大阻值是20Ω,允许通过的最大电流是1.5A。

    优缺点:
    优点:能连续地改变接人电路的电阻值;缺点:不能直接读出电阻值的大小。

  • 用滑动变阻器改变电流的方法
    1.根据实际需要对滑动变阻器进行选择。每个滑动变阻器都有规定的最大电阻值和允许通过的最大电流值,通过它的电流不能超过最大电流值。
    例如:滑动变阻器铭牌上的“20 Ω2A”是指滑动变阻器连入电路的最大阻值为20Ω,通过滑动变阻器的电流不能超过2A。
    2.滑动变阻器一般与被控制部分串联。
    3.为了保护电路,在闭合开关前要使滑片处于滑动变阻器阻值最大的位置。
    4.滑动变阻器在接入电路时必须采用两个接线柱 “一上一下”的连接方法。
    5.要使灯泡的亮度变亮,即需要使电路中的电流变大,则应该让滑动变阻器连入电路中的阻值变小。

    例:李明想用如图所示的器材,设计一个可以调节小灯泡亮度的电路。请你用笔画线代替导线,帮李明把图中的器材连接起来。要求:

    (1)滑动变阻器的滑片向右滑动时,灯泡的亮度变暗;
    (2)电流表测通过灯泡的电流(灯泡的电阻约为 10Ω),电压表测灯泡两端的电压。李明检查电路连接无误后,闭合开关,电流表和电压表示数如图甲、乙所示,则通过灯泡的电流是____ A,灯泡两端的电压是__V。

    解析:本题考查滑动变阻器、电压表、电流表的使用。由于电源为两节干电池,所以电压表的量程选择0~3V,灯泡的电阻约为10Ω,故电流表的量程选择0~0.6A。

    答案:电路图如下图0.26   2.4

    判断滑动变阻器阻值变化的方法:
        判断电路中滑动变阻器的阻值变化时,一要弄清滑动变阻器的哪部分被连入电路;二是要看清滑动变阻器滑片的移动方向。

    例1如图所示的是一种自动测定油箱内油面高度的装置,R是转动式变阻器,它的金属滑片P是杠杆的一端,下列说法正确的是(   )

    A.油量表是由电流表改装而成的
    B.R、R0在电路中是并联的
    C.油位越高,流过R的电流越大
    D.油位越高,R两端的电压越大

    解析:观察电路可知油量表显然不能是电流表,因为电流表是不能被并联在电路中的,这个油量表应该是电压表。两个电阻是串联在电路中的,油位越高,油量表的示数应该越大,通过电路冈可以看出油量表测的电压是转动式变阻器两端的电压,因此可以判断,油位越高电压越高。

    答案:D

  • 滑动变阻器的接法:
    限流式
    以下情况可选用限流式接法:
    ①待测用电器电阻接近滑动变阻器电阻(也可选用分压式接法)。
    ②简化电路,节约能源。


    分压式
    以下情况必须使用分压式接法:①待测用电器电阻远大于或远小于滑动变阻器电阻。②实验要求待测用电器电流及其两端电压可以由0开始连续变化(例如测小灯泡的伏安特性曲线)。③实验要求待测用电器电流及其两端电压可变范围较大。④采用限流式接法时,无论如何调节变阻器,电流、电压都大于对应电表的量程。
    串分压公式:U1/U2=R1/R2
    并分流公式:I1/I2=R2/R1

    实验室接法
    连接的方法有6种,分别为AC、AD、BD、BC、CD、AB。

    其中只有AC,AD,BD,BC这四种方法,也就是所谓的“一上一下”,可以改变阻值。剩下的两种不能改变阻值。
    具体情况如下:
    1.当导线接AD和AC时,滑片P向左移动时电阻变小,电流变大。当滑片P向右移动时,电阻变大,电流变小。
    2.当导线接BC和BD时,滑片P向左移动时电阻变大,电流变小。当滑片P向右移动时,电阻变小,电流变大。
    3.当划片接CD时,这时的电阻几乎为0.电流十分大。同时电阻的阻值不可以通过移动滑片P来改变,所以这时就相当于一个定值电阻。另外,如果这样直接接到电源上,就会发生短路。
    4.当划片接AB时。这时的电阻是最大的,那么通过的电流也很小。同时电阻的阻值也不可以通过移动滑片P来改变,也相当于一个定值电阻。
考点名称:电流的测量,电流表的使用及读数方法
  • 电流表及其使用方法,读数方法:(如下表)

     项目

     电流表

    实物图
     符号 
     接线柱 有三个接线柱,分别是“-”、“0.6”和“3”,“-”表示负接线柱,“0.6”和“3”是两个正接线柱
     量程及分度值0~0.6A量程,分度值为0.02A;0~3A量程,分度值是0.1A 
     使用方法①电流表必须与被测用电器串联
    ②要让电流从电流表的正接线柱流入,从负接线柱流出
    ③所测电流不能超过电流表的量程,若不能估测被测电流的大小,可用试触法来试一下
    ④绝对不允许不经过用电器直接把电流表接在电源的两极上,这样会烧坏电流表和电源
     读数方法① 根据导线连接的接线柱判定电流表使用的是哪个量程
    ② 根据量程确定所对应的分度值
    ③ 根据指针位置正确读取电流表的示数,若指针不指在整刻度要适当估读
    ④ 记录数值时不要忘记写上单位
  • 电流表的分类及特点:
    1.分类:电流表是用来测量电流大小的仪表,常用的电流表是磁电式电流表(亦称磁电式表头),由于测量的需要不同,电流表可分为安培表、毫安表和微安表,

    2.特点:电流表的内阻很小,可视为零,接人电路不会影响电路中电流的大小。所以在使用时,不允许把电流表直接接到电源的两极上,这样会造成电流过大,烧坏电流表。

    用“试触法”选择电流表的量程:
       在连接电流表之前,为选择合适的量程都要进行试触。试触时主要看指针的偏转情况。
    (1)不偏转。一方面可能电流表所在的电路是断路,另一方面也可能是电流表已经损坏。

    (2)反偏。即指针向反方向偏转,说明“+”“-” 接线柱接反了,造成通过表中电流的方向相反。这样不但无法读数,还会损坏电流表。

    (3)满偏。即指针大幅度地向满刻度偏转,造成满偏的原因:一是待测电路可能发生了短路,电流过大;二是可能所选量程太小。短路和量程太小都会损坏电流表。

    (4)偏转太小。偏转太小是由于电流表所选量程太大。一个电流表有0~3A和0~0.6A两个量程,用 0~3A量程时每小格表示0.1A,用0~0.6A量程时,每小格表示0.02A,我们说0~0.6A量程的准确度高些。如果通过电流表的电流是0.04A,用0~3A量程去测就读不准确,而用0—0.6A量程去测就可以读准确。可见换用小量程是为了提高测量的准确度。所以用大量程测而偏角很小时,应该换用小量程。
考点名称:电压的测量,电压表的使用
  • 电压表的使用方法,读数方法:(下表)

     项目

     电压表

    实物图

     符号

     

     接线柱

     有三个接线柱,分别是“-”、“3”和“15”,“-”表示负接线柱,“3”和“15”是两个正接线柱

     量程及分度值

     0~3量程,分度值为0.1V;0~15V量程,分度值是0.5V

     使用方法

    ①电压表必须与被测用电器并联
    ②要让电流从电压表的正接线柱流入,从负接线柱流出
    ③所测电压不能超过电压表的量程,若不能估测被测电压的大小,可用试触法来试一下
    ④绝对不允许不经过用电器直接把电流表接在电源的两极上,这样会烧坏电流表和电源

     读数方法

    ① 根据导线连接的接线柱判定电压表使用的是哪个量程
    ② 根据量程确定所对应的分度值
    ③ 根据指针位置正确读取电压表的示数,若指针不指在整刻度要适当估读
    ④ 记录数值时不要忘记写上单位

  • 电压表的特点:
       电压表内阻很大,接入电路后相当于开路。由于这个特点,电压表可以直接接到电源两端测量电源电压。如果电压表在使用过程中与用电器串联,电路就相当于开路了。

    例在做“练习使用电压表”实验时,小华把电压表接在了如图所示的电路中,小灯泡的规格为“1.2v 1.5w”,电池的电压为1.5V。闭合开关S后,小灯泡__(填“发光”或“不发光”),电压表的示数为__V。


    解析:从图中可以看出,电压表与灯泡串联了,由于电压表的电阻很大,所以通过灯泡的电流很小,可以认为是零,所以灯泡不会亮,根据串联电路的分压规律,电源电压基本上都分在了电压表两端,所以电压表的示数为电源电压。

    答案:不发光、1.5

    去源法判断电压表测哪部分电路的电压:
        去源法是指在分析电路中电压表测的是哪个部分电路两端的电压时,可先将电源去掉,然后进行分析的方法使用“去源法”时应注意,在去掉电源(即电源处断开)后,电压表与哪个部分电路组成回路,则电压表测的就是那部分电路两端的电压。

    例1:存图所示的电路中,闭合开关S,电压表是测量L1两端电压的正确电路是(   )

    解析:去掉电源后,会发现A、B、C中电压表均与L2构成回路;D中电压表与L1、L2均构成回路。
    答案:D
    点拨:所谓“构成回路”是指电压表与其他用电器之间有导线(包括开关)相连,没有断开之处。

  • 电压表的试触:
         在预先不能确定电压表应选择的量程时,应该采用“试触”的方法,即在合上开关时仅轻轻接触一下就断开,而不是一下子将开关合到底且长时间不断开。试触时,先选用较大的量程。
       “试触”的方法在电学实验中很重要,要掌握这种方法。在试触时还町以根据电压表指针的方向变化,判断哪端是电池的正极,哪端是电池的负极。将电压表与失去电极标识的电源两极相连,然后迅速试触。如果电压表指针正向偏转,说明与“+”接线柱相连的电极为正极,与“-”接线柱相连的电极为负极。如果电压表指针反向偏转,说明与电压表的“+”接线柱相连的电极为负极,与电压表的“-”接线柱相连的电极为正极。

    判断未知电表的方法:
        对电路中未知电表的判定是个难点,下面介绍几种常用的方法。
    1.短路法
        电流表和电压表是测量仪表,将它们接入电路中对电路结构不产生影响。电流表内阻很小,相当于一根导线;电压表内阻很大,相当于开路。因此可将要填电表的地方换成一根导线,若电路出现短路,则所要填的表应是电压表;若电路并未出现短路,则所要填的表应是电流表。
    2.去表法
        假设把电表从电路中去除,分析电路是否因此而受到影响。若其他元件不能正常工作,则电表一定是串联在电路中,应是电流表;若其他元件不受影响,则电表一定是并联在电路中,应是电压表。
    3.分析法
        对于连接方式已确定的电路,可以先观察电路的连接情况,再考虑电表的连接法则,即电流表应串联在电路中,电压表应并联在电路中,最后进行综合判断。
    例1如图所示电路中,a、b、c是电压表或电流表,其中(   )

    A.a、b为电流表,c为电压表
    B.a为电压表,b、c为电流表
    C.a为电流表,b、c为电压表
    D.c为电流表,a、b为电压表
    解析:在a、b、c三处分别换上一根导线,则在a处灯泡L1发生短路,所以a应为电压表,b、c处电路未出现短路,所以b、c处为电流表。
    答案:B
  • 由电压表示数判断电路故障:
    电路出现故障,一般有两种情况:
    (1)发生短路
    (2)发生断路。
    两种情况,电压表的示数都有可能是零或接近电源电压
    故障电压表示数出现故障的位置出现故障的原因用电器工作情况电路图
    短路与电压表并联的用电器发生短路导线两端电压为零部分用电器工作
    短路电压表的示数
    接近电源电压
    与电压表并联的用电器以外的用电器发生短路电源电压全部加在与电压表并联的用电器两端部分用电器工作
    断路与电压表并联的用电器以外的用电器发生断路电压表的接线柱 (至少有一个)没有与电源接通用电器不工作
    断路电压表的示数
    接近电源电压
    与电压表并联的用电器发生断路电压表、用电器与电源直接构成了一个通路用电器不工作

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