江苏版高考物理一轮复习第8章实验11测量金属丝的电阻率课时学案

这是一份江苏版高考物理一轮复习第8章实验11测量金属丝的电阻率课时学案，共25页。
实验电路设计和器材选择

1.电流表的内接法和外接法的比较
2.两种接法的选择
(1)阻值比较法
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。简单概括为“大内小外”。
(2)临界值计算法
①Rxeq \r(RVRA)时，用电流表内接法。
(3)实验试探法
按如图所示接好电路，让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则应采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则应采用电流表内接法。
3．电流表和电压表的选择
(1)根据电路中的最大电流(或最大电压)进行选择。
(2)根据用电器的额定电流(或额定电压)进行选择。
(3)根据电源的参数进行选择。
[题组训练]
1．在伏安法测电阻的实验中，待测电阻Rx约为200 Ω，电压表的内阻约为2 kΩ，电流表的内阻约为10 Ω，测量电路中电流表的连接方式如图(a)或图(b)所示，结果由公式Rx＝eq \f(U,I)计算得出，式中U与I分别为电压表和电流表的示数。若将图(a)和图(b)中电路测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2，则________(填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值，且测量值Rx1________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值，测量值Rx2________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值。
(a) (b)
[解析] 根据串、并联电路的特点解题。根据题意知eq \f(Rx,RA)>eq \f(RV,Rx)，电压表的分流作用较显著，故Rx1更接近待测电阻的真实值。图(a)的测量值是Rx与RA串联的电阻阻值，故Rx1>Rx真；图(b)的测量值是Rx与RV并联的电阻阻值，故Rx2RV。
[答案] (1)见解析 (2)最小 满偏 半偏 (3)>
[典例3] 某同学利用实验室现有器材，设计了一个测量电阻阻值的实验，实验器材：
干电池E(电动势1.5 V，内阻未知)；
电流表A1(量程10 mA，内阻为90 Ω)；
电流表A2(量程30 mA，内阻为30 Ω)；
定值电阻R0(阻值为150 Ω)；
滑动变阻器R(最大阻值为100 Ω)；
待测电阻Rx；
开关S，导线若干。
测量电路如图所示。
(1)断开开关，连接电路，将滑动变阻器R的滑片调到阻值最大一端，将定值电阻R0接入电路；闭合开关，调节滑片位置，使电流表指针指在满刻度的eq \f(1,2)处，该同学选用电流表为 ________(填“A1”或“A2”)；若不考虑电池内阻，此时滑动变阻器接入电路的电阻值应为 ________ Ω。
(2)断开开关，保持滑片的位置不变，用Rx替换R0，闭合开关后，电流表指针指在满刻度的eq \f(3,5)处，则Rx的测量值为 ________ Ω。
(3)本实验中未考虑电池内阻，对Rx的测量值 ________(填“有”或“无”)影响。
[解析] (1)器材选择需要结合测量电路，用假设法初步分析，电流表半偏时，若电流表为A1，由闭合电路欧姆定律可计算出电路中总电阻为300 Ω，定值电阻与电流表A1的内阻之和为240 Ω，不考虑电池内阻，此时滑动变阻器接入电路的阻值应为60 Ω，实验器材可满足需求；若电流表为A2，电流表半偏时，电路中总电阻为100 Ω，不符合题意。
(2)由闭合电路欧姆定律有E＝eq \f(I,2)(rA1＋R0＋r＋R)，E＝eq \f(3I,5)(rA1＋Rx＋r＋R)，(1)问得到的滑动变阻器接入电路的阻值60 Ω，实际上是滑动变阻器R和电池内阻r串联后的总阻值，联立可得Rx＝100 Ω。
(3)由(2)问分析可得，是否考虑电池内阻对实验结果无影响。
[答案] (1)A1 60 (2)100 (3)无
1.电流表差值法
(1)原理：如图所示，将电流表与定值电阻R0并联再与电流表串联，根据I1r1＝(I2－I1)R0，求出电流表内阻r1。
(2)条件：①电流表的量程小于电流表的量程。②R0已知。
(3)结果：r1＝eq \f(I2－I1R0,I1)或R0＝eq \f(I1r1,I2－I1)(用于r1已知，测量R0)。
2．电压表差值法
(1)原理：如图所示，将电压表与定值电阻R0串联再与电压表并联，根据U2＝U1＋eq \f(U1,r1)R0，求出电压表的内阻。
(2)条件：①电压表的量程大于电压表的量程。②R0已知。
(3)结果：r1＝eq \f(U1,U2－U1)R0或R0＝eq \f(U2－U1,U1)r1(用于r1已知，测量R0)。
[典例4] 某同学要测量量程为6 V的电压表Vx的内阻，实验过程如下：
(1)先用多用电表粗测电压表的内阻，将多用电表功能选择开关置于“×1 k”挡，调零后，将红表笔与电压表________(选填“正”或“负”)接线柱连接，黑表笔与另一接线柱连接，指针位置如图所示，电压表内阻为________ Ω。
(2) 为了精确测量其内阻，现提供以下器材：
电源E(电动势为12 V，内阻约为1 Ω)
开关S和导线若干
电流表A(量程0.6 A，内阻约为3 Ω)
电压表V(量程10 V，内阻约为15 kΩ)
定值电阻R0(阻值为5 kΩ)
滑动变阻器R1(最大阻值为5 Ω，额定电流为1 A)
滑动变阻器R2(最大阻值为50 Ω，额定电流为1 A)
①请选用合适的器材，在方框中画出实验电路图(需标注所用实验器材的符号)。
②待测电压表Vx内阻测量值的表达式为Rx＝______。(可能用到的数据：电压表Vx的示数为Ux，电压表V的示数为U，电流表A的示数为I)
[解析] (1)红表笔是欧姆表的负极，所以应该接电压表的负接线柱。电压表的内阻为10.0×1 000 Ω＝1.00×104 Ω。
(2)滑动变阻器的电阻远小于电压表的内阻，应该选择分压接法，若使用R1会使流过滑动变阻器的电流超过1 A，故要选择R2，电路图如图：
根据欧姆定律可得电压表内阻的测量值为：
Rx＝eq \f(Ux,\f(U－Ux,R0))＝eq \f(UxR0,U－Ux)。
[答案] (1)负 1.00×104 (2)①见解析图 ②eq \f(UxR0,U－Ux)
电桥法是测量电阻的一种特殊方法，其测量原理电路如图所示，实验中调节电阻箱R3，当A、B两点的电势相等时，R1和R3两端的电压相等，设为U1。同时R2和Rx两端的电压也相等，设为U2，根据欧姆定律有eq \f(U1,R1)＝eq \f(U2,R2)，eq \f(U1,R3)＝eq \f(U2,Rx)，由以上两式解得R1Rx＝R2R3，这就是电桥平衡的条件，由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值。
在上面的电路中：
(1)当eq \f(R1,R2)＝eq \f(R3,Rx)时，UAB＝0，IG＝0。
(2)当eq \f(R1,R2)0，IG≠0，且方向：A→B。
(3)当eq \f(R1,R2)>eq \f(R3,Rx)时，UABRx，测量值大于真实值
R测＝eq \f(U测,I测)＝
eq \f(RxRV,Rx＋RV)