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测量电阻的实验是初中物理的一个重要实验,本实验可以利用电压表和电流表分别测量未知电阻Rx的电压、电流,再用欧姆定律的变形公式求出Rx的阻值.由于电压表也叫伏特表,电流表也叫安培表,所以这种用电压表、电流表测电阻的方法叫“伏安法”.测量电阻的实验除了用“伏安法”,还有哪些方法呢?本文将围绕“伏安法”拓展介绍测量定值电阻的方法。
1常规方法——伏安法
(1)器材:电压表、电流表、滑动变阻器R滑、待测电阻Rx、开关S各一只、电源、[TP12CW65.TIF,Y#]导线若干。
(2)电路图如图1所示。
(3)实验步骤:
①按图1所示电路图连接电路;
②调节滑动变阻器滑片P的位置为最大值(调至图1中最右边),并闭合开关S;
③读出电压表、电流表的示数分别为Ux、Ix;
④调整滑片P在不同的位置,并分别读出相应的电压值、电流值.(减小误差)。
(4)结论:数学表达式:Rx=Ux/Ix。
2拓展方法
思考1现在要测一个未知电阻的阻值Rx,手边已有的器材有:电源、开关、导线,一个已知阻值的电阻R.要求再选用一种电表即可测出Rx电阻值.说出你所选用的是哪种电表,并设计电路图及所采取的做法。
思考方向:等效替代法。
“曹冲称象”的故事流传至今,最为人称道的是曹冲采用的方法,他把船上的大象换成石头,而其他条件保持不变,使两次的效果(船体浸入水中的深度)相同,于是得出大象的重就等于石头的重,人们把这种方法叫“等效替代法” 。
方法1:安阻法
(1)器材:电流表、待测电阻Rx、巳知阻值的电阻R0、开关S各一只、电源、导线若干。
(2)方案一:原理如图2所示。
实验步骤:
①按图2所示电路图连接电路;
②闭合开关S,用电流表分别测出Rx、R0中的电流为Ix、I0。
结论:数学表达式:Rx=[SX(]I0[]Ix[SX)]·Rx。
[TP12CW66.TIF,BP#]
方案二:原理如图3所示.
①按图3所示电路图连接电路;
②闭合开关S,读出电流表的示数为I0;
③断开开关S,读出电流表的示数为Ix;
结论:数学表达式:Rx=[SX(]I0-Ix[]Ix[SX)]·R0。
方法2:伏阻法
(1)器材:电压表、待测电阻Rx、巳知阻值的电阻R0、开关S各一只、电源、导线若干。
(2)方案一:原理如图4所示。
实验步骤:
①按图4所示电路图连接电路;②闭合开关S,用电压表分别测出Rx、R0两端的电压为Ux、U0。
结论:数学表达式:Rx=[SX(]Ux[]U0[SX)]·R0。
[TP12CW67.TIF,BP#]
方案二:原理如图5所示.
①按图5所示电路图连接电路;
②闭合开关S,读出电压表的示数为U;
③断开开关S,读出电压表的示数为U0。
结论:数学表达式:Rx=[SX(]U-U0[]U0[SX)]·R0。
思考2现在要测一个未知电阻的阻值Rx,手边已有的器材有:电源、开关、导线.要求再选用一种电表即可测出的Rx电阻值.说出你所选用的是哪种电表,并设计电路图及所采取的做法。
方法3安安法
若电流表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用。
(1)如图6甲所示,当两电表所能测得的最大电压接近时,如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻R2=[SX(]I1R1[]I2[SX)]。
(2)如图6乙所示,当两电表的满偏电压UA2UA1时,A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的电阻R2=[SX(]I1(R1 R0)[]I2[SX)]。
[TP12CW68.TIF,BP#]
方法4伏伏法
若电压表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用。
(1)如图7甲所示,两电表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻R2=[SX(]U2[]U1[SX)]R1。[TP12CW69.TIF,BP#]
(2)如图7乙所示,两电表的满偏电流IV1IV2时,V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内阻R2=[SX(]U2[][SX(]U1[]R1[SX)] [SX(]U1[]R0[SX)][SX)]。
思考3现在要测一个未知电阻的阻值Rx,手边已有的器材有:电源、开关、导线,电阻箱.要求再选用一种电表(只能用一只)即可测出的Rx电阻值.说出你所选用的是哪种电表,并设计电路图及所采取的做法。
方法5比较法测电阻
[TP12CW70.TIF,Y#]
如图8所示,测得电阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示数I1、I2,可得Rx=[SX(]I2R1[]I1[SX)]。
如果考虑电表内阻的影响,则I1(Rx RA1)=I2(R1 RA2)。
3考题示例
用如图9甲所示的电路可以测量一个未知电阻的阻值,其中Rx为待测电阻,R为电阻箱,S为单刀双掷开关,R0为定值电阻.某同学用该电路进行实验,主要步骤有:
A.把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数为I
B.读出电阻箱的示数R
C.把开关S接a点,读出电流表的示数为I
[LL]D.根据电路图,连接实物,将电阻箱的阻值调至最大
(1)上述步骤的合理顺序是[CD#3](只需填写序号)
(2)步骤A中电阻箱调节好后示数如图9乙所示,则它的示数为[CD#3]Ω.若已知R的阻值为10 Ω,则待测电阻的阻值为[CD#3]Ω。
(3)本实验所采用的物理思想方法可称为[CD#3](选填“控制变量法”或“等效替代法”)。
参考答案(1)DCAB(2)4747(3)等效替代
1常规方法——伏安法
(1)器材:电压表、电流表、滑动变阻器R滑、待测电阻Rx、开关S各一只、电源、[TP12CW65.TIF,Y#]导线若干。
(2)电路图如图1所示。
(3)实验步骤:
①按图1所示电路图连接电路;
②调节滑动变阻器滑片P的位置为最大值(调至图1中最右边),并闭合开关S;
③读出电压表、电流表的示数分别为Ux、Ix;
④调整滑片P在不同的位置,并分别读出相应的电压值、电流值.(减小误差)。
(4)结论:数学表达式:Rx=Ux/Ix。
2拓展方法
思考1现在要测一个未知电阻的阻值Rx,手边已有的器材有:电源、开关、导线,一个已知阻值的电阻R.要求再选用一种电表即可测出Rx电阻值.说出你所选用的是哪种电表,并设计电路图及所采取的做法。
思考方向:等效替代法。
“曹冲称象”的故事流传至今,最为人称道的是曹冲采用的方法,他把船上的大象换成石头,而其他条件保持不变,使两次的效果(船体浸入水中的深度)相同,于是得出大象的重就等于石头的重,人们把这种方法叫“等效替代法” 。
方法1:安阻法
(1)器材:电流表、待测电阻Rx、巳知阻值的电阻R0、开关S各一只、电源、导线若干。
(2)方案一:原理如图2所示。
实验步骤:
①按图2所示电路图连接电路;
②闭合开关S,用电流表分别测出Rx、R0中的电流为Ix、I0。
结论:数学表达式:Rx=[SX(]I0[]Ix[SX)]·Rx。
[TP12CW66.TIF,BP#]
方案二:原理如图3所示.
①按图3所示电路图连接电路;
②闭合开关S,读出电流表的示数为I0;
③断开开关S,读出电流表的示数为Ix;
结论:数学表达式:Rx=[SX(]I0-Ix[]Ix[SX)]·R0。
方法2:伏阻法
(1)器材:电压表、待测电阻Rx、巳知阻值的电阻R0、开关S各一只、电源、导线若干。
(2)方案一:原理如图4所示。
实验步骤:
①按图4所示电路图连接电路;②闭合开关S,用电压表分别测出Rx、R0两端的电压为Ux、U0。
结论:数学表达式:Rx=[SX(]Ux[]U0[SX)]·R0。
[TP12CW67.TIF,BP#]
方案二:原理如图5所示.
①按图5所示电路图连接电路;
②闭合开关S,读出电压表的示数为U;
③断开开关S,读出电压表的示数为U0。
结论:数学表达式:Rx=[SX(]U-U0[]U0[SX)]·R0。
思考2现在要测一个未知电阻的阻值Rx,手边已有的器材有:电源、开关、导线.要求再选用一种电表即可测出的Rx电阻值.说出你所选用的是哪种电表,并设计电路图及所采取的做法。
方法3安安法
若电流表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表以及定值电阻来使用。
(1)如图6甲所示,当两电表所能测得的最大电压接近时,如果已知A1的内阻R1,则可测得A2的内阻R2=[SX(]I1R1[]I2[SX)]。
(2)如图6乙所示,当两电表的满偏电压UA2UA1时,A1串联一定值电阻R0后,同样可测得A2的电阻R2=[SX(]I1(R1 R0)[]I2[SX)]。
[TP12CW68.TIF,BP#]
方法4伏伏法
若电压表内阻已知,则可将其当做电流表、电压表和定值电阻来使用。
(1)如图7甲所示,两电表的满偏电流接近时,若已知V1的内阻R1,则可测出V2的内阻R2=[SX(]U2[]U1[SX)]R1。[TP12CW69.TIF,BP#]
(2)如图7乙所示,两电表的满偏电流IV1IV2时,V1并联一定值电阻R0后,同样可得V2的内阻R2=[SX(]U2[][SX(]U1[]R1[SX)] [SX(]U1[]R0[SX)][SX)]。
思考3现在要测一个未知电阻的阻值Rx,手边已有的器材有:电源、开关、导线,电阻箱.要求再选用一种电表(只能用一只)即可测出的Rx电阻值.说出你所选用的是哪种电表,并设计电路图及所采取的做法。
方法5比较法测电阻
[TP12CW70.TIF,Y#]
如图8所示,测得电阻箱R1的阻值及A1表、A2表的示数I1、I2,可得Rx=[SX(]I2R1[]I1[SX)]。
如果考虑电表内阻的影响,则I1(Rx RA1)=I2(R1 RA2)。
3考题示例
用如图9甲所示的电路可以测量一个未知电阻的阻值,其中Rx为待测电阻,R为电阻箱,S为单刀双掷开关,R0为定值电阻.某同学用该电路进行实验,主要步骤有:
A.把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数为I
B.读出电阻箱的示数R
C.把开关S接a点,读出电流表的示数为I
[LL]D.根据电路图,连接实物,将电阻箱的阻值调至最大
(1)上述步骤的合理顺序是[CD#3](只需填写序号)
(2)步骤A中电阻箱调节好后示数如图9乙所示,则它的示数为[CD#3]Ω.若已知R的阻值为10 Ω,则待测电阻的阻值为[CD#3]Ω。
(3)本实验所采用的物理思想方法可称为[CD#3](选填“控制变量法”或“等效替代法”)。
参考答案(1)DCAB(2)4747(3)等效替代