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例析測量電表內阻的幾種方法(上)

◇山東吳強毛慧穎

在高考物理命題中,實驗一般占到總分的13.6%,而電學實驗一般占到總分的8.18%,可見電學實驗是歷年高考考查的重點和熱點.筆者研究了近幾年新課標全國卷試題,發(fā)現每個電學實驗都用到電表,而電表的內阻又是實驗誤差的主要來源,命題者青睞于考查非考綱內的實驗,以考查實驗原理、方法的遷移與拓展、實驗設計與創(chuàng)新,進而考查考生的實驗探究能力．如電表的改裝、校對和電表內阻的測量．下面就近幾年高考中有關電表內阻測量進行歸納總結,以期對備考的師生有所助益．

1常規(guī)方法

1.1伏安法

1) 測電壓表內阻伏安法測電壓表內阻時,把待測電壓表視為一個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出其內阻．

待測電壓表○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);滑動變阻器R(最大阻值1kΩ);電源E(電動勢4 V);開關、導線.

(1) 所提供的電流表中,應選____(填字母代號).

(2) 為減小誤差,要求多測幾組數據,試畫出實驗原理圖.

圖1

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

A. 電壓表(量程3 V,內阻r2=1 kΩ);

B. 電源E(電動勢4V,內阻忽略不計);

C. 定值電阻R1=10Ω;

D. 滑動變阻器R2(阻值范圍0～20Ω,允許通過的最大電流為0.5A);

E. 開關S一個,導線若干,要求測量時2塊電表指針的偏轉均超過其量程的一半.

(1) 畫出測量電路原理圖．

(2) 電路接通后測得電壓表讀數為U,電流表讀數為I,用已知和測得的物理量表示電流表內阻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,電流表內阻為

1.2伏阻法測電壓表內阻

A. 電流表○A1:量程3A,內阻約0.02Ω;

B. 電壓表○V:量程50V,內阻約100kΩ;

C. 滑動變阻器R:阻值0～2kΩ;

D. 電阻箱R′:0～9 999.9Ω;

E. 電源:電動勢E≈5 V,內阻不計;

F. 單刀單擲開關1個,導線若干.

(1) 請畫出測RV的原理圖；

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

圖3

其中U1、U2是開關閉合后電阻箱阻值分別為R1、R2時電壓表的讀數．

同理,可以利用安阻法測電流表內阻．把待測電流表視為可讀出自身電流的特殊電阻,根據閉合電路歐姆定律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,記下待測電流表的多組讀數和電阻箱的多個值,利用公式法和平均值法,求出待測電流表的內阻．

在伏阻法和安阻法實驗中,沒有考慮電源的內阻,利用安阻法測電流表內阻時,誤差較大．

1.3安安法測電流表內阻

圖4

① 待測電流表○G1(0～5mA, 內阻約300Ω)，

② 電流表○G2(0～10mA，內阻約100Ω)，

③ 定值電阻R1(300Ω)，

④ 定值電阻R2(10Ω)，

⑤ 滑動變阻器R3( 0～1000Ω)，

⑥ 滑動變阻器R4(0～20Ω)，

⑦ 干電池(1.5V)，

⑧ 開關S及導線若干．

(1) 定值電阻應選________,滑動變阻器應選________．(在空格內填寫序號)

圖5

(2) 用線連接圖5中的實物圖．

(3) 補全實驗步驟:

①按電路圖連接電路，____________;

②閉合開關S，移動滑動觸頭至某一位置,記錄○G1和○G2的讀數I1、I2;

③____________;

④ 以I2為縱坐標,I1為橫坐標,作出相應圖線,如圖6所示．

圖6

(4) 根據I2-I1圖線的斜率及定值電阻,寫出待測電流表內阻的表達式________．

圖7

(2) 連接電路如圖7所示．

(3) ①滑動變阻器在閉合開關前滑片應調到最左端．③多次移動滑動觸頭，記錄相應的○G1、○G2的讀數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,即加在待測電流表兩端的電壓就是U,這樣電流表內電阻為

1.4伏伏法測電壓表內阻

圖8

A. 待測電壓表○V1,量程為3V,內阻約為10kΩ;

B. 待測電壓表○V2,量程為6V,內阻約為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. 滑動變阻器R3,阻值范圍0～1 500Ω,額定電流1.5A;

F. 電源電動勢為12V,內電阻為0.5Ω．

此外還有單刀開關若干和導線若干供選用,要求可進行多次測量并使電表讀數大于量程的1/3,該小組沒有標明圖中的a、b、c是什么電器元件,請你根據電路圖,完成下列填空．

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

(2) c應選取的電阻箱________(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)

《時代》評2015十大太空時刻——

新視野號飛船飛掠冥王星

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30年代被發(fā)現以來，冥王星便一直是很多人著迷的對象.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器造訪過——直到2015年7月14日.這一天，美國宇航局新視野號探測器近距離飛過冥王星和它的5顆小衛(wèi)星，最近時距離冥王星地表僅有大約1.25萬公里，而從地球到冥王星，新視野號飛船已經飛行了超過75億公里.