例析測(cè)量電表內(nèi)阻的幾種方法(上)

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例析測(cè)量電表內(nèi)阻的幾種方法(上)

◇山東吳強(qiáng)毛慧穎

在高考物理命題中,實(shí)驗(yàn)一般占到總分的13.6%,而電學(xué)實(shí)驗(yàn)一般占到總分的8.18%,可見電學(xué)實(shí)驗(yàn)是歷年高考考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn).筆者研究了近幾年新課標(biāo)全國(guó)卷試題,發(fā)現(xiàn)每個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)都用到電表,而電表的內(nèi)阻又是實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源,命題者青睞于考查非考綱內(nèi)的實(shí)驗(yàn),以考查實(shí)驗(yàn)原理、方法的遷移與拓展、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新,進(jìn)而考查考生的實(shí)驗(yàn)探究能力．如電表的改裝、校對(duì)和電表內(nèi)阻的測(cè)量．下面就近幾年高考中有關(guān)電表內(nèi)阻測(cè)量進(jìn)行歸納總結(jié),以期對(duì)備考的師生有所助益．

1常規(guī)方法

1.1伏安法

1) 測(cè)電壓表內(nèi)阻伏安法測(cè)電壓表內(nèi)阻時(shí),把待測(cè)電壓表視為一個(gè)可讀出自身電壓的特殊電阻,電流表與之串聯(lián),由部分電路歐姆定律測(cè)出其內(nèi)阻．

待測(cè)電壓表○V(量程3V);電流表○A1(量程200μA);電流表○A2(量程50mA);電流表○A3(量程0.6A);滑動(dòng)變阻器R(最大阻值1kΩ);電源E(電動(dòng)勢(shì)4 V);開關(guān)、導(dǎo)線.

(1) 所提供的電流表中,應(yīng)選____(填字母代號(hào)).

(2) 為減小誤差,要求多測(cè)幾組數(shù)據(jù),試畫出實(shí)驗(yàn)原理圖.

圖1

2) 測(cè)電流表內(nèi)阻. 伏安法測(cè)電流表內(nèi)阻時(shí),把待測(cè)電流表視為一個(gè)可讀出自身電流的特殊電阻,將電壓表與之并聯(lián),由歐姆定律測(cè)出其內(nèi)阻．

A. 電壓表(量程3 V,內(nèi)阻r2=1 kΩ);

B. 電源E(電動(dòng)勢(shì)4V,內(nèi)阻忽略不計(jì));

C. 定值電阻R1=10Ω;

D. 滑動(dòng)變阻器R2(阻值范圍0～20Ω,允許通過的最大電流為0.5A);

E. 開關(guān)S一個(gè),導(dǎo)線若干,要求測(cè)量時(shí)2塊電表指針的偏轉(zhuǎn)均超過其量程的一半.

(1) 畫出測(cè)量電路原理圖．

(2) 電路接通后測(cè)得電壓表讀數(shù)為U,電流表讀數(shù)為I,用已知和測(cè)得的物理量表示電流表內(nèi)阻r1=________．

圖2

(2) 通過電壓表的電流為IV=U/r2,通過定值電阻R1的電流為I1=IV-I=U/r2-I,電阻R1兩端電壓為U1=(U/r2-I)R1,電流表與電阻R1并聯(lián),它們兩端電壓相等,電流表內(nèi)阻為

1.2伏阻法測(cè)電壓表內(nèi)阻

A. 電流表○A1:量程3A,內(nèi)阻約0.02Ω;

B. 電壓表○V:量程50V,內(nèi)阻約100kΩ;

C. 滑動(dòng)變阻器R:阻值0～2kΩ;

D. 電阻箱R′:0～9 999.9Ω;

E. 電源:電動(dòng)勢(shì)E≈5 V,內(nèi)阻不計(jì);

F. 單刀單擲開關(guān)1個(gè),導(dǎo)線若干.

(1) 請(qǐng)畫出測(cè)RV的原理圖；

(2) 寫出RV的表達(dá)式(用某些電表的測(cè)量值、已知量表示),并指明測(cè)量值是哪些儀器的示數(shù)．RV=________,________．

圖3

其中U1、U2是開關(guān)閉合后電阻箱阻值分別為R1、R2時(shí)電壓表的讀數(shù)．

同理,可以利用安阻法測(cè)電流表內(nèi)阻．把待測(cè)電流表視為可讀出自身電流的特殊電阻,根據(jù)閉合電路歐姆定律E=I(R+r),利用電阻箱改變電路中總電阻,以改變電路中的電流,記下待測(cè)電流表的多組讀數(shù)和電阻箱的多個(gè)值,利用公式法和平均值法,求出待測(cè)電流表的內(nèi)阻．

在伏阻法和安阻法實(shí)驗(yàn)中,沒有考慮電源的內(nèi)阻,利用安阻法測(cè)電流表內(nèi)阻時(shí),誤差較大．

1.3安安法測(cè)電流表內(nèi)阻

圖4

① 待測(cè)電流表○G1(0～5mA, 內(nèi)阻約300Ω)，

② 電流表○G2(0～10mA，內(nèi)阻約100Ω)，

③ 定值電阻R1(300Ω)，

④ 定值電阻R2(10Ω)，

⑤ 滑動(dòng)變阻器R3( 0～1000Ω)，

⑥ 滑動(dòng)變阻器R4(0～20Ω)，

⑦ 干電池(1.5V)，

⑧ 開關(guān)S及導(dǎo)線若干．

(1) 定值電阻應(yīng)選________,滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________．(在空格內(nèi)填寫序號(hào))

圖5

(2) 用線連接圖5中的實(shí)物圖．

(3) 補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟:

①按電路圖連接電路，____________;

②閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭至某一位置,記錄○G1和○G2的讀數(shù)I1、I2;

③____________;

④ 以I2為縱坐標(biāo),I1為橫坐標(biāo),作出相應(yīng)圖線,如圖6所示．

圖6

(4) 根據(jù)I2-I1圖線的斜率及定值電阻,寫出待測(cè)電流表內(nèi)阻的表達(dá)式________．

圖7

(2) 連接電路如圖7所示．

(3) ①滑動(dòng)變阻器在閉合開關(guān)前滑片應(yīng)調(diào)到最左端．③多次移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，記錄相應(yīng)的○G1、○G2的讀數(shù)I1、I2

(4) 由于I2=kI1,而流過定值電阻的電流為I=I2-I1,因此,定值電阻兩端的電壓U=IR1=(I2-I1)R1,即加在待測(cè)電流表兩端的電壓就是U,這樣電流表內(nèi)電阻為

1.4伏伏法測(cè)電壓表內(nèi)阻

圖8

A. 待測(cè)電壓表○V1,量程為3V,內(nèi)阻約為10kΩ;

B. 待測(cè)電壓表○V2,量程為6V,內(nèi)阻約為20kΩ;

C. 電阻箱R1,阻值范圍0～9 999.9Ω;

D. 電阻箱R2,阻值范圍0～999.9Ω;

E. 滑動(dòng)變阻器R3,阻值范圍0～1 500Ω,額定電流1.5A;

F. 電源電動(dòng)勢(shì)為12V,內(nèi)電阻為0.5Ω．

此外還有單刀開關(guān)若干和導(dǎo)線若干供選用,要求可進(jìn)行多次測(cè)量并使電表讀數(shù)大于量程的1/3,該小組沒有標(biāo)明圖中的a、b、c是什么電器元件,請(qǐng)你根據(jù)電路圖,完成下列填空．

(1) a應(yīng)選取的電壓表________(填待測(cè)電壓表前面的字母“A”或“B”);

(2) c應(yīng)選取的電阻箱________(填電阻箱前面的字母“C”或“D”);

(未完待續(xù))

(作者單位：山東省泰山中學(xué))

《時(shí)代》評(píng)2015十大太空時(shí)刻——

新視野號(hào)飛船飛掠冥王星

不管在你心目中的冥王星是什么身份——大行星也好，矮行星也罷，自從上世紀(jì)30年代被發(fā)現(xiàn)以來，冥王星便一直是很多人著迷的對(duì)象.但和太陽系中其他8顆原來的“九大行星”成員不同，冥王星從未被人類的探測(cè)器造訪過——直到2015年7月14日.這一天，美國(guó)宇航局新視野號(hào)探測(cè)器近距離飛過冥王星和它的5顆小衛(wèi)星，最近時(shí)距離冥王星地表僅有大約1.25萬公里，而從地球到冥王星，新視野號(hào)飛船已經(jīng)飛行了超過75億公里.