2020新教材高中物理习题课一电阻的测量练习含解析 人教版必修第三册 14页

电阻的测量 一　伏安法测电阻 一、电流表的内接法和外接法 ‎1.两种接法的比较:‎ ‎　 　 接法 比较内容　 　‎ 内接法 外接法 电路 误差分析 电压表示数:UV=UR+UA>UR 电流表示数:IA=IR R测==R+RA>=R 电压表示数:UV=UR 电流表示数:IA=IR+IV>IR R测==<=R 误差来源 电流表分压作用 电压表分流作用 两种电路 的选择 R越大,UR越接近UV,R测越接近R,该电路适合测大电阻,当 R≫RA时选用 R越小,IR越接近IA,R测越接近R,该电路适合测小电阻,当 R≪RV时选用 口诀 大内大 小外小 ‎2.内接法和外接法的选择:‎ ‎(1)直接比较法,适用于R、RA、RV的大小大致可以估计时,当R≫RA时,采用内接法;当R≪RV时,采用外接法。即大电阻用内接法,小电阻用外接法,可记忆为“大内小外”。‎ ‎(2)公式计算法:‎ 当R>时,用内接法;‎ 当R<时,用外接法;‎ 当R=时,两种接法效果相同。‎ ‎(3)试触法:适用于R、RA、RV的阻值大小都不确定的情况,如图所示,把电压表的接线端分别接b、c两点,观察两电表的示数变化。若电流表的示数变化明显,说明电压表的分流对电路影响大,应选用内接法;若电压表的示数有明显变化,说明电流表的分压作用对电路影响大,所以应选用外接法。‎ - 14 -‎ ‎(4)已知电流表内阻用内接法,已知电压表内阻用外接法。‎ ‎【典例示范】在伏安法测电阻的实验中,待测电阻Rx的阻值约为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)(b)所示,若将图中测得的电阻值分别记为Rx1和Rx2,则　　　　(选填“Rx1”或“Rx2”)更接近待测电阻的真实值,且测量值Rx1 　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值,测量值Rx2 　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。  ‎ ‎【解题探究】‎ ‎(1)待测电阻Rx的阻值、电压表、电流表的内阻分别是多少?‎ 提示:200 Ω,2 kΩ,10 Ω。‎ ‎(2)电压表引起的误差大还是电流表引起的误差大?‎ 提示:待测电阻Rx的阻值与电压表的内阻相对较接近,电压表引起的误差大。‎ ‎(3)应选择电流表内接法还是外接法?‎ 提示:内接法。‎ ‎【解析】由题意可知:==20 ,==10,则>,故电流表采用内接法时误差较小,则Rx1更接近待测电阻的真实值,但由于电流表采用内接法,电压的测量值偏大,由欧姆定律可知,电阻Rx1测量值大于真实值;图(b)采用电流表外接法,由于电压表的分流使电流表示数偏大,则由欧姆定律可知,测量值Rx2 小于真实值。‎ 答案:Rx1　大于　小于 二、滑动变阻器的分压式和限流式 ‎1.滑动变阻器的两种接法及其作用:‎ ‎　　 两种接法 比较内容　‎ 限流接法 分压接法 电路(图中R为负载电阻,R0为滑动变阻器)‎ 闭合开关前滑片位置 滑动触头在最左端,即保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大 滑动触头在最左端,即开始时R两端的电压为零 - 14 -‎ 负载两端的电压调节范围 U～U ‎0～U 通过负载的电流调节范围 ‎～‎ ‎0～‎ ‎2.两种接法的特点:‎ ‎(1)限流式接法耗能低,但电压调节范围小。‎ ‎(2)分压式接法电压调节范围大,并且可从零开始变化。‎ ‎【典例示范】某同学在“测绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中: ‎ ‎(1)(多选)所用各元件及规格如图甲所示,电路已连接好一部分,关于剩余电路的连接正确的是　　　　。 ‎ A.M端应与b接线柱相连 B.M端应与a接线柱相连 C.N端与c接线柱相连,开关闭合前,滑动变阻器滑片应滑到最左端 D.N端与d接线柱相连,开关闭合前,滑动变阻器滑片应滑到最右端 ‎(2)该同学连接好电路后,采用正确的实验方法和实验步骤进行操作,测绘的小灯泡伏安特性曲线如图乙所示,电压U=2.5 V时,小灯泡电阻为　　　　Ω。 ‎ ‎【解析】(1)测绘小灯泡的伏安特性曲线应该采用电流表外接电路,滑动变阻器用分压电路,则M端应与a接线柱相连; N端与c接线柱相连,开关闭合前,滑动变阻器滑片应滑到最左端;或者N端与d接线柱相连,故选B、C。‎ ‎(2)电压U=2.5 V时,读出电流为0.2 A,则小灯泡电阻为R==12.5 Ω。‎ 答案:(1)B、C　(2)12.5‎ ‎【素养训练】‎ ‎1.在测量金属丝电阻率的实验中,可供选用的器材如下:‎ 待测金属丝:Rx(阻值约4 Ω,额定电流约0.5 A);‎ - 14 -‎ 电压表:(量程3 V,内阻约3 kΩ);‎ 电流表:(量程0.6 A,内阻约0.2 Ω);‎ 电流表:(量程3 A,内阻约0.05 Ω);‎ 电源:E1(3 V,内阻不计);‎ 电源:E2(12 V,内阻不计);‎ 滑动变阻器:R(最大阻值约20 Ω);‎ 螺旋测微器;毫米刻度尺;开关S;导线。‎ ‎(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径,示数如图所示,读数为　　　　 mm。 ‎ ‎(2)若滑动变阻器采用限流接法,为使测量尽量精确,电流表应选　　　　,电源应选　　　　,在方框内完成电路原理图。(均填器材代号) ‎ ‎【解析】(1)螺旋测微器的读数为1.5 mm+27.3×0.01 mm=1.773 mm。‎ ‎(2)在用伏安法测电阻时,为使测量尽量精确,则电流表、电压表指针需达到半偏以上,又因待测金属丝的额定电流为0.5 A,所以电流表选,电源选E1即可。电路原理图如图所示。‎ 答案:(1)1.773(1.771～1.775均正确)‎ ‎(2)　E1　电路原理图见解析 ‎2.有一个小灯泡上标有“4 V,2 W”的字样,现在要用伏安法描绘这个小灯泡的伏安特性曲线,现有下列器材供选用:‎ A.电压表V1(0～6 V,内阻约10 kΩ)‎ - 14 -‎ B.电压表V2(0～15 V,内阻约20 kΩ)‎ C.电流表A1(0～0.3 A,内阻约1 Ω)‎ D.电流表A2(0～0.6 A,内阻约0.4 Ω)‎ E.滑动变阻器R1(0～10 Ω)‎ F.滑动变阻器R2(0～100 Ω)‎ G.学生电源(直流6 V)、开关及导线 ‎(1)为了调节方便,测量尽可能准确,实验中应选用电压表　　　　,电流表　　　　,滑动变阻器　　　　。(填器材前的选项符号) ‎ ‎(2)为使实验误差尽量减小,要求从零开始多取几组数据,请用(1)中所选的仪器在图1虚线框中画出实验电路图。‎ ‎(3)P为图2中图线上的一点,PN为图线上P点的切线,则由图可知:随着所加电压的增加,小灯泡的电阻将　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),对应P点,小灯泡的电阻值约为　　　　Ω。(保留三位有效数字) ‎ ‎【解析】(1)电压表应选量程和灯泡额定电压接近的,故电压表选用A;根据灯泡额定电压、电功率可得额定电流I==0.5 A;故电流表选用D;由灯泡额定电压、电功率可得电阻R==8 Ω,滑动变阻器选用最大阻值和灯泡阻值相近的,故滑动变阻器选用E。(2)实验数据要求从0开始取得,那么,滑动变阻器采用分压式接法;灯泡内阻较小,故电流表采用外接法;那么,电路图如图所示:‎ ‎(3)由图可得:随着所加电压的增加,斜率减小,故电阻增大。‎ 由图可得:斜率k==,对应P点有:=k==,故电阻R=22.0 Ω。‎ 答案:(1)A　D　E　(2)图见解析　(3)增大　22.0‎ - 14 -‎ 二　替代法和半偏法测电阻 1. 替代法测电阻:‎ 实验原理图如图所示,实验中,闭合S1,S2接a,调节R′,使两电表均有适当的示数,并记下电流表A的示数I;S2接b,保持R′不变,调节R使电流表A的示数仍为I,记下此时电阻箱的阻值R0,则待测电流表Ax的内阻r=R0。若测电压表的内阻,把图中待测电流表换成待测电压表即可,实验步骤同上。‎ ‎【典例示范】为了测定电流表A1的内阻,采用如图1所示的电路。其中A1是待测电流表,量程为300 μA,内阻约为100 Ω;A2是标准电流表,量程是200 μA;‎ R1是电阻箱,阻值范围0～999.9 Ω;‎ R2是滑动变阻器;‎ R3是保护电阻;‎ E是电池组,电动势为4 V,内阻不计;‎ S1是单刀单掷开关,S2是单刀双掷开关。‎ ‎(1)根据电路图,请在下面实物图(图2)中画出连线,将器材连接成实验电路。‎ ‎(2)连接好电路,将开关S2扳到接点a处,接通开关S1,调整滑动变阻器R2使电流表A2的读数是150 μA;然后将开关S2扳到接点b处,保持R2不变,调节电阻箱R1,使A2的读数仍为150 μA。若此时电阻箱各旋钮的位置如图3所示,电阻箱R1的阻值是　　　　Ω,则待测电流表A1的内阻Rg=　　　　Ω。 ‎ ‎【解析】(1)根据原理图从电源的正极出发,逐步连接实物如图:‎ - 14 -‎ ‎(2)电阻箱的阻值大小,读数为:(10 000×0+1 000×0+100×0+10×8+1×6+0.1×3)Ω=86.3 Ω。电阻箱表示的阻值大小等于被测电流表的内阻,所以电流表的内阻为86.3 Ω。‎ 答案:(1)图见解析 ‎(2)86.3　86.3‎ ‎2.半偏法测电阻:‎ 半偏法测两种电表内阻的比较 项目 电流半偏法 电压半偏法 电路图 实验 步骤 先断开S2,闭合S1,调节R1使电流表满偏,然后闭合S2接上电阻箱,并调节它使电流表半偏,由于总电流几乎不变,电流表和R2上各有一半电流通过(R1>Rg),意味着它们电阻相等,此时读出电阻箱的电阻,即为电流表的内阻Rg=R2‎ 先合下S,调节电阻箱R2=0,再调节R1使电压表指针满偏,保持变阻器电阻R1不变,调节R2使电压表指针半偏,记下R2的值。若RV≫R1,则有RV=R2‎ 误差 分析 R测量R真实 ‎【典例示范】某物理兴趣小组要将一个内阻未知的电流表改装成量程为3 V的电压表,为此他们用图示电路测定该电流表的内阻,实验室可提供的器材如下:‎ A.电流表G:满偏电流为300 μA,内阻未知;‎ - 14 -‎ B.干电池E:电动势为3 V,内阻未知;‎ C.滑动变阻器R1:最大阻值约为5 kΩ,额定电流为1 A D.滑动变阻器R2:最大阻值为16 kΩ,额定电流为0.5 A E.电阻箱R0:0～9 999.9 Ω F.开关两个,导线若干 ‎(1)滑动变阻器R应选用　　　　(选填“C”或“D”),将开关S1、S2都断开,连接好实物图,使滑动变阻器接入电路的电阻达到最大后,闭合开关S1,移动滑动变阻器的滑片,使电流表G的示数为200 μA。 ‎ ‎(2)闭合开关S2,调节电阻箱R0的阻值为100 Ω时电流表G的示数为100 μA,则电流表G的内阻r=　　　　Ω。若仅考虑系统误差,则测量值比实际值略　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 ‎ ‎(3)为将该电流表改装成量程为3 V的电压表,需串联电阻的阻值为　　　　Ω。 ‎ ‎【解析】(1)由图可知,本实验中采用半偏法确定电流表内阻,为了减小并联电阻箱后对电流的影响,滑动变阻器应选择总阻值较大的D。‎ ‎(2)闭合开关S2,调节电阻箱R0的阻值为100 Ω时,电流表G的示数为100 μA,则说明电流表半偏,电阻箱分流100 μA,根据串并联电路的规律可知,电流表G的内阻为100 Ω。‎ 当S2闭合时,电阻箱R0和Rg并联,并联后总阻值R并