【物理】2019届一轮复习人教版高中物理实验方法之伏阻法学案 7页

高中物理实验方法之伏阻法 所谓“伏阻法”，就是用伏特表和电阻箱两个测量工具测量某一物理量，主要是测电源电动势和内阻。‎ 伏阻法测电源电动势和内阻 例1.在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用的电压表（视为理想电压表）的量程较小，某同学设计了如图所示的实物电路。‎ ‎（1）试验时，应先将电阻箱的电阻调到 （选填“最大值”、“最小值”或“任意值”）‎ ‎（2）改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0=10Ω的定值电阻两端的电压U，下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是 （选填1或2）‎ 方案编号 电阻箱的阻值R/Ω ‎1‎ ‎400.0‎ ‎350.0‎ ‎300.0‎ ‎250.0‎ ‎200.0‎ ‎2‎ ‎80.0‎ ‎70.0‎ ‎60.0‎ ‎50.0‎ ‎40.0‎ ‎（3）根据实验数据描点，绘出的图像是一条直线。若直线的斜率为k，在坐标轴上的截距为b，则该电源的电动势E= ，内阻r= （用k、b和R0表示）‎ ‎10. 【解析】（1）为了安全。（2）若,电流约，若,电流约，后者电流读数大，误差小，所以填2。‎ ‎(3) 电流，，得，图象的斜率，截距，所以电动势，内阻－R0‎ ‎【答案】（1）最大值 （2）2 （3）;－R0‎ ‎【点评】本题考查测电源的电动势和内阻及图象的物理意义，根据图象求物理量，这是传承。难度：较难。‎ 创新点在于在两组R的阻值方案中选择一个。此问隐含着误差分析，电流表读数较大时误差小，因为相对误差的分母大。一般要求电流表指针偏转角在一半以上。‎ 例2．某同学利用DIS、定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势和内阻，实验装置如图1所示。实验时多次改变电阻箱的阻值，记录外电路的总电阻阻值R，用电压传感器测得端电压U，并在计算机上显示出如图2所示的1/U-1/R关系图线a。重复上述实验方法测量电池b的电动势和内阻，得到图2中的图线b。‎ ‎（1）由图线a可知电池a的电动势Ea＝ V，内阻ra＝ W。‎ ‎（2）若用同一个电阻R先后与电池a及电池b连接，则两电池的输出功率Pa Pb（填“大于”、“等于”或“小于”）效率 。（填“大于”、“等于”或“小于”）‎ ‎【解析】（1）根据，得,图象，截距,斜率,所以电动势,内阻。‎ ‎（2）根据（1）中电动势为图象在纵轴上的截距的倒数，所以。又根据，得，在图象中，内阻为横轴上的截距的绝对值的倒数，所以得。‎ 图b中，图象在纵轴上的截距约为，所以电动势约为;图象在横轴上的截距的绝对值约为，所以内阻约为。用以上数据做的关系图象如下 从图象可以看出小于。‎ 电池的效率，因为，所以大于。‎ ‎【答案】（1）2, 0.5 （2）小于，大于 ‎【点评】本题考查用伏阻法（电压表和电阻箱）测电源的电动势和内阻，图象法处理数据，以及电源的输出功率及效率。难度：难。‎ 本题的创新之处：在图象中，内阻为横轴上的截距的绝对值的倒数，这点，在其他题目中未曾见过。‎ 例3.某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻（R0=5Ω）一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图14(a).‎ ‎ ①在图14（b）的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接。‎ ‎ ②请完成下列主要实验步骤；‎ A、检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图14（c）所示，读得电阻值是 ；‎ B、将开关s1闭合，开关s2断开，电压表的示数是1.49V；‎ C、将开关s2 ,电压表的示数是1.16V；断开开关s1 。‎ ‎ ③使用测得的数据，计算出干电池的内阻是 （计算结果保留二位有效数字）。‎ ‎ ④由于所有电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏 (填“大”或“小”)。‎ ‎【解析】②从图c读出，R=20Ω；闭合后电阻箱才工作；‎ ‎③S1闭合、S2断开时：RV很大，认为： ① ‎ S1、S2都闭合时： ②‎ 由①、②得 ‎ ‎④误差分析 ‎ 忽略电压表对电路的影响时求得的电动势为测量值，根据①式，，‎ 考虑电压表对电路的影响时求得的电动势为真实值，设电压表的电阻为RV，则①式变为：+，显然，即测得的电动势比实际值偏小。‎ ‎【扩展】求测得的内阻比实际值偏大还是偏小？‎ 根据①②两式求得的是内阻的测量值，即-‎ ‎ 考虑电压表对电路的影响时①②两式变为 ‎ + ③‎ ‎ ④‎ 根据③④两式解得的内阻为真实值，得 这里要注意：由于 ,所以 是负值，所以 式中的分母比 式中的分母小，所以，即测得的内阻比实际值也是偏小 。这个问题，历来是物理研究问题的难点和易错点。 ‎ ‎【答案】‎ ‎(2)①如图所示；②20Ω；闭合；③0.69Ω④小 ‎【点评】本题是用一个电压表测电动势，用伏阻法测内阻。考查了实物电路的连接和电阻箱的读数法。难度：较容易。‎ 用伏阻法测量电压表内阻 例3. 利用图中给定的器材测量电压表V的内阻Rv。图中B 为电源（内阻可忽略不计）, R 为电阻箱，K 为电键。‎ ‎① 将图中实物连接为测量所用的电路。‎ ‎② 写出实验中必须记录的数据（用符号表示）, 并指出各符号的意义：‎ ‎ ‎ ‎③ 用② 中记录的数据表示RV的公式为RV= 。 ‎ 解析：.①.连线如图所示。‎ ‎ ‎ ‎②改变电阻箱的阻值（至少2次），测出相应的电压，R1、R2是电阻箱的两次读数；U1、U2,是相应的电压表的两次读数。‎ ‎③根据全电路欧姆定律，有，解得： RV=。‎ 点评：本题考查用伏阻法（用电阻箱和电压表）测电压表的内阻。本题具体考查了实物图的连线和实验数据的处理方法（考公式的推导，不考实际数字的计算）。‎ 伏阻法测电阻 例4.一课外实验小组用如图所示的电路测量某待测电阻Rx的阻值，图中R0为标准定值电阻（R0=20.0 Ω）；可视为理想电压表。S1为单刀开关，S2位单刀双掷开关，E为电源，R为滑动变阻器。采用如下步骤完成实验：‎ ‎（1）按照实验原理线路图（a），将图（b）中实物连线；‎ ‎（2）将滑动变阻器滑动端置于适当位置，闭合S1；‎ ‎（3）将开关S2掷于1端，改变滑动变阻器动端的位置，记下此时电压表的示数 U1；然后将S2掷于2端，记下此时电压表的示数U2；‎ ‎（4）待测电阻阻值的表达式Rx= （用R0、U1、U2表示）；‎ ‎（5）重复步骤（3），得到如下数据：‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ U1/V ‎0.25‎ ‎0.30‎ ‎0.36‎ ‎0.40‎ ‎0.44‎ U2/V ‎0.86‎ ‎1.03‎ ‎1.22‎ ‎1.36‎ ‎1.49‎ ‎3.44‎ ‎3.43‎ ‎3.39‎ ‎3.40‎ ‎3.39‎ ‎（6）利用上述5次测量所得的平均值，求得Rx= Ω。（保留1位小数）‎ ‎【解析】实验原理：‎ ‎，其中，代入得Rx=‎ ‎【答案】23．（1） （4） （6）48.2‎ ‎【考查】(1)根据电原理图画实物连接图 ‎（2）根据实验原理计算Rx表达式 ‎（3）根据数据表求平均值然后求Rx值。‎