寒假第13讲及答案.docx

17寒-初三物理 第十一讲 电学计算一 第十三讲 伏安法测电阻 【教学目标】 【知识与技能】 1. 知道用电流表和电压表测电阻的原理。 2. 会同时使用电流表和电压表测量导体的电阻。 3. 了解减小误差的方法。 【过程与方法】 1. 通过电阻的测量，了解欧姆定律的应用。 2. 体验“伏安法”测量电阻的过程；能进行初步的相关电路分析、电路故障分析。 情感、态度与价值观 1．通过学生自己的设计、操作、结论的分析，使学生养成学生实事求是的科学态度、周密严谨的科学思维方法和良好的学习习惯。 2．在共同完成的操作及实验过程中，养成同学之间相互协作的团队精神。 【教学重点】 1．会用“伏安法”测量导体的电阻。 2．基本电学实验常规；与实验相关的动态电路分析、电路故障分析、实验数据处理。 【教学难点】 如何引导学生分析实验数据，发现规律。 1．实验目的：会用电流表、电压表测电阻。 2．实验器材：待测电阻、电压表、电流表、电源、滑动变阻器、电键、导线。 3．实验电路（如图） 4．实验原理：R=U/I 5．所测物理量：U、I 6．所用知识：欧姆定律、电压表和电流表的读数、串联电路特点、滑动变阻器相关知识 7．各元件的作用： （1）电流表：测通过电阻的电流 （2）电压表：测电阻两端的电压 （3）滑动变阻器在实验中的作用； A．改变待测电阻两端的电压，从而改变通过待测电阻的电流； B．多次测量取平均值。 8．实验步骤： （1）按电路图连接实物； （2）合上电键，读出电压表和电流表的值，记录在表格中； （3）调节滑动变阻器的滑片P，改变电压表和电流表的值，记录在表格中（重复2次）； （4）根据欧姆定律，算出待测电阻值，最后求出待测电阻的平均值。 9．数据的记录及运算： 物理量 实验序号 电压 （V） 电流 （A） 电阻值 （Ω） 电阻平均值 （Ω） 1 2 3 10．实验注意点： （1）在闭合电键前，检查电路是否有短路或断路； （2）在闭合电键前，检查电流表、电压表、滑动变阻器是否连接正确，并检查滑动变阻器的滑片是否放在电阻最大位置； （3）实验结束后应先断开电键，然后逐一拆除各电路元件。 （4）测量三次的目的：取平均值减小误差 改进全世界电阻测量方法 ___国家物理实验室（NPL）与英国Cryogenic Ltd公司设计开发了电流比较测定的最精密仪器，现在国家计量院（NMI）和世界各地的实验室都在使用这种仪器，它提供了更精确的电流比标准，并确保电流测定不再成为创新当中的限制因素。 ___这种新式Cryogenic电流比较仪（CCC）提供了全世界最精确的电流比，加上量子霍尔效应，能以非常高的精确度测量到电阻，是电阻的基本标准。如果以毫安或欧姆测量，CCC仪器能够比以往更简便、更精确地将其与基本标准相比较。 ___ 精确测量电流对于多种应用至关重要。它能够帮助人们节省电费，从而确保电力供应稳定。恰当的电流输入对于癌症治疗当中控制电离辐射的剂量也很重要。 ___ 测量电流面临挑战。电离辐射是以微安培测量，而海底电缆输送的是达数百安培的电流；有些行业测量电阻或电压，并不测量电流，而所有这些都需要换算成电流的国际制单位安培。 ___NPL与Cryogenic Ltd公司二十多年来参与了CCC技术的开发，这一系统最初是为NPL而建，用于日常测量。CCC现在已被Cryogenic Ltd投入商用，供需要极度精确电流测量的实验室使用。Cryogenic Ltd公司已签订一份合同，将为新加坡的国家计量院（NMI）安装这样一台设备。它将加强那里所有的电流测量，包括提高温度测量的精确度、超级材料石墨烯的分析，以及基础物理研究。 ___NPL量子探测小组的首席研究科学家Jonathan Williams表示，“这种合作令各国的计量院及其他实验室从该领域的共同研发和专业知识中受益，Cryogenic是我们选择开发这一系统的合作伙伴，这家资深的公司极具创新意识，也是制造这类定制产品的专家。” 1. 在“用电压表、电流表测电阻”的实验中，实验原理是______________，电流表应与待测电阻__________联连接。为了改变待测电阻两端的电压，可采用的操作方法是____________________________。___________________________ 图1 2. 在“用电压表、电流表测电阻”的实验中，某一次测量时，小华同学观察到接在待测电阻两端电压表的示数如图1所示，则电阻两端的电压为______伏。若此时电流表示数为 0.22 安 , 则电阻的阻值为___________欧。 图2 3. 如图2所示，甲图是用伏安法测电阻的电路图，乙图是该实验所需要用的器材示意图，其中待测电阻RX约为10欧（设RX的阻值不变）。 （1）实验中电压表应选____________的量程；电流表应选_________ 的量程； （2）根据所选电表的合适量程在图所示的电路中用笔线代替导线添加两根导线，将电压表和电流表正确接入电路； （3）在连接电路时，电键应______ ，滑动变阻器的滑片应处于______ 位置（选填“A”或“B”）； 0.22 2.4 2.8 0.30 0.26 2.0 （4）某同学在该实验中接线正确，操作规范，三次测得电压值和电流值，但忘了及时填入表格内，且数据记录混乱而无单位，如图所示。请帮他整理好数据，填入表格内，并计算出每次试验所得到的电阻值RX和待测电阻的平均电阻值R，将计算结果填入表格内（计算结果保留一位小数）； 物 理 量 实 验 序 号 电压（U） （伏） 电流（I） （安） 电阻（RX） （欧） 平均电阻值（R） （欧） 1 2 3 5）另一位同学在做该实验的过程中发现：闭合电键前，电流表的示数为零，电压表的示数为3伏。闭合电键后，电流表指针向左偏转，电压表的示数仍为3伏，其原因是：（1）____________ ；（2）__________________ 。 4. 小华同学做“用电流表、电压表测电阻”实验，现有电源（电压为2伏的整数倍且保持不变）、待测电阻R、电流表、电压表（只有0-3伏档完好）、滑动变阻器（标有“20Ω 2A”字样）、电键以及导线若干．实验中，小华正确连接电路，且使变阻器接入电路中的电阻最大，闭合电键时电表示数如图（a）、（b）所示． 小华的实验记录 实验序号 电压表示数（伏） 电流表示数（安） 1 1.4 0.30 2 … … 3 … … ①通过计算说明实验所用电源的电压． ②小华移动变阻器的滑片，观察到电表示数变化范围较小．然后他调整了电表的接入位置重新实验： （a）根据图中电表的示数等信息判断，在闭合电键时能否使变阻器接入电路中的电阻最大，并简述理由． （b）根据小华重新实验中所记录的一组数据（见表），计算待测电阻Rx的阻值（精确到0.1欧）． 5、某同学利用如图（甲）所示的电路来测电阻RX的阻值，所用滑动变阻器上标有“20Ω 2A”字样，电源电压不变。该同学实验步骤正确，闭合电键S，观察到电流表示数为0.14安，移动变阻器滑片到变阻器中点位置（即滑动变阻器接入电路的电阻有10欧）时，电压表、电流表示数分别为2.5伏、0.20安，接着他又移动滑片到某点A，这时电压表、电流表的示数分别如图（乙）所示。 （甲） （乙） （1）通过分析可知A点在滑动变阻器中点的______侧。（选填“左”或“右”） （2）请在下表中将该同学尚未记录的数据填写完整，并计算出电阻值（计算电阻时，精确到0.1欧）。 物理量 实验序号 电压 （伏） 电流 （安） 电阻 （欧） 平均阻 值（欧） 1 0.14 2 2.5 0.20 3 6. 小陆同学做“用电流表、电压表测电阻”实验，现只有电源（电压大于3伏且保持不变）、待测电阻Rx、电压表（0~15伏量程档损坏）、阻值为10欧的定值电阻R1、阻值为30欧的定值电阻R2、电键及导线若干。他经过思考，进行了三次实验，电路图及闭合电键S后对应的电压表的示数分别如图15（a）、（b）、（c）所示。请根据相关信息计算（需写出计算过程）： .①小路同学所用电。源的电压U。 .②待测电阻Rx的阻值。（计算电阻时，精确到0.1欧） 图15 V R1 R2 S V Rx R2 S V Rx R1 S （a） （b） （c） （a） （b） 图14 7. 小陆做“用电流表、电压表测电阻”实验，现有电源（电压为6伏且保持不变）、待测电阻RX、电流表、电压表、滑动变阻器、电键及导线若干，所有无件均完好。他连接电路进行实验，闭合电键后，在移动变阻器滑片的过程中，发现电流表示数的变化范围为0.20～0.58安，电压表示数相应的变化范围为4.0伏～0伏，当移动变阻器滑片到某个位置时，电压表、电流表的示数分别如图13（a）、（b）所示。 将下表填写完整。（计算电阻时，精确到0.1欧） ___物理量 实验序号 电压UX （伏） 电流IX （安） 电阻RX （欧） 电阻RX平均值 （欧） 1 0.20 2 3 6.0 0.58 1．某同学用电源、电压表、电流表、滑动变阻器、电键和若干导线，测定电阻R2的值。所有元件均完好，电源电压为6.0伏且不变，滑动变阻器标有“20Ω 2A”字样，电路连接正确。闭合电键，该同学在移动滑动变阻器滑片的过程中，发现电流表示数的变化范围为0.20—0.58安；当滑片在中点附近某个位置时，电压表、电流表的示数分别如图1 (a)、(b)所示。(1)请在下表中补上实验数据表格的有关栏目。(2)根据该同学的实验器材及观察到的现象将有关的数据填入表格内，并求出Rx的阻值。(计算电阻时，精确到0. 1欧) 图1 图 物理量 实验序号 图2 S 2、某同学利用如图2所示的电路测定电阻Rx的阻值，所用滑动变阻器上标有“20Ω 2A”字样，电源电压不变。该同学实验步骤正确，闭合电键S，观察到电流表的示数为0.14安。当他把滑动变阻器的滑片移到中点位置(即滑动变阻器接入电路的电阻为10欧)时，电压表、电流表的示数分别为2.5伏、0.20安。接实 着他又移动滑片到某点A，这时电压表、电流表的示数分别如图3所示。(1)通过分析可知A点在滑动变阻器中点的____侧(选填“左”或“右”)。(2)请在下表中将该同学尚未记录的数据填写完整，并计算出电阻值。(计算电阻时，精确到0.1欧)________________________________________________ 物理量 实验次数 电压 (伏) 电流 (安) 电阻 (欧) 电阻平均值 (欧) 1 0.14 2 2.5 0.20 3 图3 1、某同学利用如图1所示的电路测定电阻RX的阻值，他所选用电源电压为6伏。该同学电路连接正确，闭合电键后，移动滑动变阻器的滑片P到A点时，电压表、电流表的示数分别为3.8伏和0.26安。接着他移动滑片使电路中电流达到最大，电流表的示数为0.40安。他再次移动滑片到B点，电流表和电压表的示数如图2所示。 （1）通过分析可知，B点在A点的___ 侧。（选填“左”或“右”） （2）请在下列表格中填入各对应的数据，并计算出电阻值。（计算电阻时，精确到0.1欧）。 图1 图2 物理量 实验次数 电压 （伏） 电流 （安） 电阻 （欧） 电阻 平均值 （欧） 1 2 3 2．在测量某一定值电阻Rx阻值的实验中，张王同学选定了如图3所示的器材进行实验。实验过程中，由于张王同学的疏忽，做完实验后他才发现，把测量的电流值都写在草稿纸上而忘记填入记录表格中。 ____________ 实验次数 1 2 3 4 5 电压U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 电流I/A ______ （1）请你帮助张王同学把记录在草稿纸上的电流值对应填入上述表格中，并写出你所依据的物理规律是______________________________ ； （2）根据测量数据计算该定值电阻的阻值为______欧（小数点后保留一位数字）； （3）根据实验所需电路，用笔画线代替导线完成下图4中的实物连接； （4）滑动变阻器在实验中除能起保护电路的作用外，另一个主要作用是_______________________________________ 图3 图4 物理量 实验序号 电压 （伏） 电流 （安） 电阻 （欧） 电阻 平均值 （欧） 1 2 3.1 0.30 3 0.56 3． 小王同学做“用电流表、电压表测电阻”实验，实验时所有元件齐全且均完好，电源电压保持不变，滑动变阻器上标有“20Ω 2A”字样。该同学实验步骤正确，闭合电键后，在移动变阻器滑片的过程中，发现电压表示数的最小值和最大值分别如图5（a）、（b）所示，电流表示数的最大值为0.56安。当滑片在中点附近某个位置时，两电表的示数分别为3.1伏、0.30安。请将下表填写完整，并计算出电阻值。（计算电阻时，精确到0.1欧） 图5 4． 小明利用如图6所示的实验器材测电阻Rx的阻值，电源是由两节新干电池组成，有一根导线没有连接，请你以笔线代替导线把电路连接正确；闭合电键前，应将滑动变阻器的滑片移到图中的_________ (选填“A”或“B”) 图6 图7 （1）当闭合电键后，电流表与电压表的示数如图7所示，则电流表的示数为________安，电压表的示数为_________伏。 （2）小华更换了电阻Rx和滑动变阻器R´后重新进行实验，发现电流表示数始终为0，于是他用一只完好的灯L替换Rx后，发现灯能发光，若电路中只有一处故障，且只发生在Rx或R´上，可以判断是_________故障。小明认为不需要灯L，只要观察到_________现象，也能判断出这一故障。 表一：小刘的实验数据 5．某实验小组的小刘和小李两位同学先后利用如图8所示电路测量一定值电阻Rx（不考虑温度对电阻的影响），图中连接电压表的线未画出。实验时，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，得到电流表和电压表的示数分别如表一和表二所示。经检查与核对，他们的实验操作与数据记录都准确无误。根据表中数据解答下列问题： 表二：小李的实验数据 _______________ 电流表示数/A 电压表示数/V 0.10 1.0 0.20 2.0 0.30 3.0 电流表示数/A 电压表示数/V 0.30 3.0 0.40 2.0 0.50 1.0 图8 （1）比较表一和表二可知，当电流表示数增大时，在小刘的实验中，电压表的示数是增大的，而在小李的实验中电压表的示数却是减小的，分析产生这两种现象是______ 。 （2）请在图中将小李的实验电路连接完整。 （3）试求定值电阻Rx=___ 欧，电源电压U=______ 伏。___ 6．某同学在“用电流表、电压表测电阻”实验中，所用电源电压为4伏且不变，滑动变阻器标有“10Ω 2A”的字样。该同学正确连接电路，在闭合电键后，观察到电流表示数为0.21安，移动滑动变阻器的滑片到变阻器的中点时，电流表的示数为0.27安，继续移动变阻器的滑片，当变阻器接入电路的电阻为零，观察到电流表的示数为0.40安。根据实验过程，把表格填写完整（电阻值保留一位小数）。 实验次数 电压（伏） 电流（安） 电阻（欧） 电阻平均值（欧） 1 0.21 2 0.27 3 0.40 7．小李同学做“用电流表、电压表测电阻”的实验，他现有的实验器材中除了待测电阻RX、定值电阻R0、电流表、电压表、电键、导线若干外，还有几节干电池。该同学实 验中，电路连接正确。 （1） 在右面的虚线方框中画出他连接的实验电路 图，并在图上标出电流表和电压表的“+”、“-”接线柱。 （2） 请你在下面的实线方框中设计一个记录实验数 据的表格，表格能反映该同学经过多次测量而得出结果的实验过程。 （3） 小李同学认为实验时应该把定值电阻R0串联在电路中，请你指出R0串联在电路中的 作用：_____________________ 。 8． 小明同学用电源、电压表、电流表、滑动变阻器、电键和若干导线，测定电阻RX的值。所有元件均完好，电源电压为6.0伏且不变，滑动变阻器上标有“20Ω2A”字样。闭合电键后，他通过移动滑动变阻器滑片，改变电阻RX两端的电压和电路中的电流，并将电流表、电压表的示数记录在实验数据表格内，最后通过计算得出了电阻RX的值，实验数据及计算结果如下表一所示。小李同学在分析了小明同学的数据记录表后，认为小明同学在实验操作中存在着一定的问题。两位同学在认真讨论的基础上，征求老师的意见，找到了问题所在，并对表一数据进行了修正，得出了RX的阻值。请你写出小明同学实验中存在的主要问题，将表二中的实验数据填写完整，并求出RX的阻值。（计算电阻时，精确到0.1欧） 表一 物 理 量 实 验 序 号 电压 （伏） 电流 （安） 电阻 （欧） RX阻值 （欧） 1 4.5 0.32 14.1 10.5 2 4.0 0.38 10.5 3 3.5 0.50 7.0 表二 物 理 量 实 验 序 号 电压 （伏） 电流 （安） 电阻 （欧） RX阻值 （欧） 1 2 3 小明同学实验操作中存在的主要问题是：_____________________ 。 10．在做“用电压表、电流表测电阻”的实验中，甲乙两位同学的实验器材都完好，各自的读数也正确。他们测量的三组数据分别记录在下表中。 甲同学： 实验次数 电压（伏） 电流（安） 1 1.50 0.56 2 2.00 0.51 3 2.50 0.44 乙同学： 实验次数 电压（伏） 电流（安） 1 1.50 0.31 2 2.00 0.41 3 2.50 0.52 老师看了这数据表后，认为其中有一位同学的实验电路接错了。 （1） 你认为哪位同学的电路接错了？_________ 。 （2） 你是如何判断出来的？甲实验结果：____________。 （3） 在下面空白处画出该同学的错误电路图。 图10 11．某同学用电源、电压表、电流表、滑动变阻器、电键和若干导线，测定电阻RX的值。所有元件均完好，电源电压为6.0伏且不变，滑动变阻器上标有“20Ω2A”字样，电路连接正确。闭合电键，该同学在移动滑动变阻器滑片的过程中，发现电流表示数的范围为0.20~0.6安。当滑片在中点附近某两个位置时，电压表、电流表的示数分别如图10所示。（1）请设计实验数据记录表格的有关栏目，并将有关数据填入表格中。（2）根据该同学的实验器材及观察到的现象将有关的数据填入表格内，并求出RX的阻值（计算阻值时，精确到0.1欧） 参考答案 - 22 -