高二物理27第二章实验伏安法测电阻和滑动变阻器的接法

高二物理：伏安法测电阻和滑动变阻器的接法课型：新授课编号：时间：10月22号姓名：主备人：张会峰第11周第1课时总第28课时学生等级：备课组长签字：陈富宾段长签字：教学目标1、知识目标1、学习、掌握伏安法测电阻的原理和方法，加深对电阻概念的理解；2、学习分析系统误差及其修正方法；3、学习根据误差要求和误差分配原则，对实验仪器作出合理的选择；4、进一步掌握正确使用电压表和电流表的方法。2、过程与方法掌握内接和外接的判断方法及滑动变阻器的接法3、情感态度与价值观实验电路的设计、连接以及测量过程中的兴趣培养，爱护实验器材教学重难点重点：内接和外接的判断方法及滑动变阻器的接法难点：滑动变阻器的接法学法指导本讲主要是实验，学生要阅读好补充知识，然后思考问题。补充知识一、内接法与外接法的选择伏安法测电阻是电学的基础实验之一。它的原理是欧姆定律IRU。根据欧姆定律的变形公式IUR可知，要测某一电阻xR的阻值，只要用电压表测出xR两端的电压，用电流表测出通过xR的电流，代入公式即可计算出电阻xR的阻值。但是，由于所用电压表和电流表都不是理想电表，即电压表的内阻并非趋近无穷大，电流表也在内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。为了减少测量过程中的系统误差，通常伏安法测电阻的电路有两个基本连接方法：内接法和外接法那么对于这两个基本电路该如何选择呢？下面从误差入手进行分析。外接法：在外接法中，考虑电表内阻的存在，则电压表的测量值U为R两端的电压，电流表的测量值为干路电流，即流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，此时测得的电阻为R与vR的并联总电阻，即：RRRRIUvv＝＝测R＜R（电阻的真实值）此时给测量带来的系统误差主要来源于vR的分流作用，系统的相对误差为：100%RR11100%RRv＋＝－测RE（1）内接法：在内接法中，电流表的测量值为流过待测电阻和电流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流表两端的电压之和，即：RRIUA＋＝＝测R＞R（电阻的真实值）此时给测量带来的系统误差主要来源于AR的分压作用，其相对误差为：100%RRRRREA＝－＝测（2）综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即“内大”；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“外小”。从（1）式可知，只有当VR》R时，才有E0，进而有R＝测R，否则电表接入误差就不可忽略。同样，从（2）式也可以得到，只有当AR《R时，才有E0，进而R＝测R。从前面的分析可以知道，当VR》R时，选择电流表外接法误差更小；当AR《R时，选择电流表内接法误差更小。但这只给定了待测电阻R的一个大概的取值范围，在具体的测量中究竟如何根据给定的待测电阻R的值来确定测量电路的选择呢？从（1）和（2）式可知，伏安法测电阻时的相对误差不仅与电流表和电压表的内阻有关，而且与待测电阻的大小也有关。这里我们可以使内接法和外接法分别测电阻时两相对误差相等，即：计算处理可得：242VAAARRRRR考虑到AR《VR，则：VARRR由此可对内、外接法的选择作如下判断：当VARRR时，内接法和外接法测电阻的相对误差相等；当R＞VARR时，采用内接法测电阻产生的误差较小；当R＜VARR时，采用上接法测电阻产生的误差较小。当待测电阻的阻值完全未知时，常采用内、外接试触法，连接方式如图所示。电压表右端与b相接时两表的示数为（),11IU，电压表右端与c相接时两表的示数为),(22IU，如果121UUU＞121III，即电流表的示数相对变化小，说明电流表的分压作用显著，待测电阻的阻值与电流表的内阻可以相比拟，误差主要来源于电流表，应选择电流表外接法；如果121UUU＜121III，即电流表的示数相对变化大，说明电压表的分流作用显著，待测电阻的阻与电压表的内阻可以相比拟，误差主要来源于电压表，应选择电流表内接法。二、滑动变阻器的限流式接法与分压式接法的选择为了减小系统误差，保护仪器，节能、需要正确选择滑动变阻器的接法。变阻器控制电路有限流电路和分压电路两种接法，其功能分别为限流和分压。如图所示电路中，变阻器起限流作用，变阻器电阻调到最大时，电路中仍有电流，电路中电流的变化范围为XRRE到XRE，其中E为电源电动势（电源内阻不计），R为滑动变阻器的最大电阻。待测电阻XR两端电压调节的范围为RRERXX到E。如果XR》R，电流变化范围小，变阻器起不到变阻作用，此时采用该接法就不能满足多次测量的要求。一般来说，以下三种情况不能采用限流接法而采图4限流电路用分压接法：1）电路中最小电流仍超过电流表最大量程或超过待测元件的额定电流；2）要求待测电阻的电压、电流从零开始连续变化；3）待测电阻值远大于变阻器的全部电阻值。如图所示电路中，变阻器起分压作用。待测电阻XR两端电压的变化范围是0到E（电源电动势，不计电源内阻），电压调节范围比限流接法大。但是当通过待测电阻XR的电流一定时，图（5）中干路电流大于图（4）中干路电流。图（5）中电路消耗的功率较大，而且图（5）中的接法没有图（4）简单。分压电路好处：电压可以从0开始调节。探究问题1.（C级）使用各种电表应注意哪些主要问题？2、（C级）用伏安法测电阻实验中，如何减小、消除电表的接入误差？3、（B级）用伏安法测电阻的电路中，已知电源电压为6V，电阻Rx约为60Ω，实验中电压表量程用0～3V，电流表量程用0～3A，两表量程选择是否得当？应如何选择量程？4、（A级）用伏安法测量一段电阻线的电阻，估计它的阻值约为120Ω，电源用铅蓄电池，滑动变阻器铭牌上标有“50Ω，2A”，电压表有3V和15V两个量程，电流表有0.6A和3A两个量程，问：（1）滑动变阻器是否能用？（2）电源应取几节蓄电池串联？（3）电表量程应如何选择？难点探究1．若xUAxRRRR时，选用电流表内接法。由于该电路中电压表的读数U表示被测电阻Rx与电流表A串联后的总电压，电流表的读数I表示通过Rx的电流，所以使用该电路所测电阻，比真实值Rx大了RA2.若xUAxRRRR时，选用电流表的外接法，如上图所示。由于该电路中电压表的读数U表示Rx两端电压，电流表的读数I表示通过Rx与RV并联电路的总电流，所以使用该电路所测电阻，比真实值Rx略小些。典型例题1.（C级）用伏安法测量定值电阻的阻值，备用器材如下：待测电阻Rx(阻值约为25KΩ)电流表A1(量程100μA，内阻约为2KΩ)电流表A2(量程500μA，内阻约为300Ω)电压表V1(量程10V，内阻约为100kΩ)电压表V2(量程50V，内阻约为500kΩ)电源E(电动势15V，允许通过的最大电流1A)滑动变阻器R(最大阻值1kΩ)电键S，导线若干为了尽量减小实验误差，要求测多组数据。(1)电流表应选_________，电压表应选__________。(2)画出实验电路图。2.（B级）有一个未知电阻R，用下图中(a)和(b)两种电路分别对它进行测量，用图(a)电路测量时，两表读数分别为6V、6mA，用图(b)电路测量时，两表读数分别为5.9V、10mA，则用________图所示电路测该电阻的阻值误差较小，测量值Rx＝________，测量值比真实值偏________(选填“大”或“小”)．(电流表内阻很小，约为0.1Ω，电压表内阻很大，约为3000Ω以上)．课堂检测1．(C级)现要测定一个额定电压为4V、电阻约为10Ω(设电阻不变)的小灯泡的伏安特性曲线．要求所测电压范围为0.1V～4V.现有器材：直流电源E(电动势4.5V，内阻不计)，电压表V(量程4.5V，内阻约为4×102Ω)，电流表A1(量程250mA，内阻约为2Ω)，电流表A2(量程500mA，内阻约为1Ω)，滑动变阻器R(最大阻值约为30Ω)，开关S，导线若干．如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用的电流表是________，上图所示的甲、乙两个电路应该选用的是________．3．（C级）现要测定一个额定电压约4V，额定电流约为0.5A的小灯泡正常发光时的电阻，电压表应该选择________，电流表应选择________，电路连接时应采用________(选填“电流表内接法”或“电流表外接法”)．A．V1量程4.5V，内阻约4×103ΩB．V2量程10V，内阻约8×103ΩC．A1量程3A，内阻约0.4ΩD．A2量程0.6A，内阻约2Ω课后作业1．（C级）有一灯泡上标有“6V0.1A”字样，现要测绘该灯泡的伏安特性曲线，有下列器材可供选用：A．电压表(0～5V，内阻2.0kΩ)B．电压表(0～10V，内阻3.0kΩ)C．电流表(0～0.3A，内阻2.0Ω)D．电流表(0～6A，内阻1.5Ω)E．滑动变阻器(30Ω，2A)F．滑动变阻器(100Ω，0.5A)G．学生电源(直流9V)及开关、导线等(1)实验中所用的电压表应选________，电流表应选________，滑动变阻器应选________．(2)画出实验电路图，要求电压从零开始测量．2.（C级）在探究小灯泡的伏安特性实验中，所用器材有：灯泡L、量程恰当的电流表A和电压表V、直流电源E、滑动变阻器R、电键S等，要求灯泡两端电压从0V开始变化．(1)实验中滑动变阻器应采用________接法(填“分压”或“限流”)．(2)某同学已连接如下图所示的电路，在连接最后一根导线的c端到直流电源正极之前，请指出其中仅有的2个不当之处，并说明如何改正．A．________________________________________________________________________B．________________________________________________________________________【作业布置】做课后习题课后反思：考勤：典型例题例1解析：从减小电表读数引起的偶然误差的角度考虑，两电表及电表与电源间的配置要合理。注意到电源电动势远小于电压表V2的量程，而跟电压表V1的量程较接近，若选用电压表V2来测量电压，其最大偏转量达不到量程的1/3，读数时偶然误差太大，所以选用V1较恰当；而此时通过电流表的最大电流，因此，电流表A2与V1配置较好。又因为所以测量电路应选内接法。例2：解析：从两组读数可以看出，电流值有明显的改变，说明电压表的分流作用不能忽略，故采用(a)图进行测量误差较小，此时电阻为Rx＝6V6mA＝1kΩ.电阻的真实值应为R真＝Rx－RA.所以有Rx＞R真，偏大．课堂检测1.解析：小灯泡的额定电流约为I＝U/R＝410A＝0.4A，故电流表应选用A2；小灯泡的电阻R约为10Ω，电流表A2内阻约为1Ω，故应选电流表外接法，即电路图甲2.(1)根据给出的数据在坐标纸上描点，用平滑的曲线连接，如右图所示．由图可以看出当U＜1.40V时，灯泡电压近似与电流成正比，灯丝电阻基本不变；U＞1.40V时，由U－I图线可知，图线斜率逐渐增大，故其电阻随温度的升高而增大．(2)从图线的斜率可知导体的电阻随温度的升高而增大答案：(1)U－I图线见解析正基本不变增大(2)增大3.解析：灯泡正常工作时的电压是4V，故电压表的量程必须大于等于4V，两只电压表都符合要求，但用V1测量4V电压时，接近满偏，测量要精确一些，故选V1.同理可知电流表应选A2.灯泡的电阻值约为Rx＝UI≈8Ω，V1的内阻与待测电阻的比为：RVRx≈200，待测电阻与A2的内阻的比为：RxRA＝4，显然可以认为RV≫Rx，即电压表的分流作用可以忽略，故采用电流表外接法．作业1、解析：解析：(1)电压表的量程应大于小灯泡的额定电压6V，故电压表应选B.小灯泡的额定电流是0.1A，故电流表应选C.由题目要求可知变阻器用分压式，故应选电阻较小的E.(2)小灯泡的电阻R＝UI＝6V0.1A＝60Ω，故电流表应采用外接法，滑动变阻器接成分压式，电路如图所示．2、解析：答案：(1)分压(2)A.电键S不应闭合，应处于断开状态B．滑动变阻器滑动触头p位置不当，应