物理选修3-1第二章：电路-2.2《对电阻的进一步研究》.ppt

2.2对电阻的进一步研究,知识点掌握,一、导体的伏安特性曲线二、串联电路和并联电路的基本特点和性质三、电压表和电流表四、伏安法测电阻五、滑动变阻器的两种用法六、实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线七、半偏法测电流表、电压表内阻,一、导体的伏安特性曲线,1伏安特性曲线：导体中的电流I随导体两端的电压U变化的图线，叫做导体的伏安特性曲线,图线斜率的物理意义是什么？,电阻的倒数,2线性元件和非线性元件,符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件，如金属导体、电解液等。,不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线,这种电学元件叫做非线性元件，如气态导体、二极管等。,D.从 可知，导体两端的电压为零时，导体的电阻也为零,1、对于欧姆定律，理解正确的是（）,A.从 可知，导体中的电流跟加在它 两端的电压成正比，跟它的电阻成反比,B.从 可知，导体的电阻跟导体两端 的电压成正比，跟导体中的电流成反比,C.从 可知，导体两端的电压随电阻 的增大而增大,A,练习:,O,I,U,a,b,c,d,2.某同学对四个电阻各进行了一次测量,把每个电阻两端的电压和通过它的电流在U-I坐标系中描点,得到了图中a、b、c、d四个点.请比较这四个电阻值的大小.,RaRbRcRd,3、图为两个导体的伏安特性曲线，求（1）R1：R2（2）两电阻串联在电路中，导体两端的电压比 U1：U2（3）若并联在电路中，电流之比I1：I2,R1,R2,（1）:（2）:（3）:,二、串联电路和并联电路的基本特点和性质,1电流：,串联电路：,并联电路：,I0=I1=I2=I3,特点：串联电路各处的电流相等.,I0=I1+I2+I3,特点：并联电路的总电流等于各支路电流之和.,串联电路：,特点：串联电路两端的总电压等于各部分电压之和.,并联电路：,特点：各支路两端电压相同。,2电压：,特点：R=R1+R2+,3电阻：,串联电路：,3电阻：,并联电路：,特点：（1）n个相同的电阻并联，总电阻为一个电阻的 n分之一；,（2）若干个电阻并联，总电阻一定小于其中最小的电阻；,（3）并联的支路越多，总电阻越小；,（4）并联支路有一个电阻变大，总电阻变大。,3电阻：,1、三个阻值都是12的电阻，它们任意连接，组成电路，总电阻值可能为()A.4 B.24 C.8 D.18,ACD,2、求：电阻R1两端的电压U1？,三、电压表和电流表,1、小量程的电流表G（表头）,三个参数,满偏电流Ig：表头指针偏转到最大刻度时的电流。,满偏电压Ug：电流表G通过满偏电流时，两端所加的电压。,电阻Rg：电流表G的电阻。,Ug=IgRg,三个参数关系：,2、表头G扩大量程，改装成大量程的电流表A,（1）原理:并联一个分流电阻，可以度量较大的电流,（2）分流电阻R:,（3）.电流表的内阻：,（4）.标度：,把原电流值扩大 倍,强化练习：,有一表头G，内阻Rg=25，满偏电流Ig=3 mA，把它改装成量程为0.6 A的电流表，要并联一个多大的电阻R？改装后电流表的内阻RA为多大？,解:,Ug=IgRg,如下图所示，有一个表头G，其内阻为Rg，满偏电流为Ig。,U-Ug,（1）.原理:串联一个分压电阻，用来度量较大的电压。,（2）.分压电阻R:,3、电流表G改装成电压表V,(3).电压表的内阻：,5.标度：,把原电压值扩大 倍,解：,1、原理：用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I，利用部分电路欧姆定律可以算出电阻的阻值R,四、伏安法测电阻,2、伏安法测电阻的两种电路,电流表接在电压表两接线柱外侧，通常叫“外接法”,电流表接在电压表两接线柱内侧，通常叫“内接法”,因为电流表、电压表分别有分压、分流作用,因此两种方法测量电阻都有误差,3、伏安法测电阻的误差分析,电流表外接法,电压表示数,电流表示数,测量值偏小，适于测量小阻值电阻.,说明：误差来源于电压表的分流，分流越小，误差越小所以该电路适合测量小电阻，即,3、伏安法测电阻的误差分析,电流表内接法,电压表示数,电流表示数,测量值偏大,适于测量大阻值电阻.,说明：误差来源于电流表的分压，分压越少，误差越小所以该电路适合测量大电阻，即,外接法,内接法,误差来源,测量结果,测量条件,伏特表的分流,电流表的分压,R真R测,R真R测,RRA,RRV,3、伏安法测电阻的误差分析,4、伏安法测电阻电路选择,若已知待测电阻的大约值，电流表的内阻和电压表的内阻，则,限流法,分压法,讨论：滑片往上移时，电流怎么变？,讨论：滑片向A端移时，R两端的电压怎么变？,五、滑动变阻器的两种用法,【方法总结】,说明：限流式接法电路简单，耗能低，但电压调节范围小；分压式接法的优点是电压调节范围大，并且可从零开始变化,讨论：1、当待测电阻远大于变阻器电阻时，我们应该选择限流法还是分压法？2、当待测电阻的电压从零开始连续变化时，我们应该选择限流法还是分压法？3、题目所提供的实验仪器，电表的量程不够（即变阻器电阻调到最大，电流或电压仍超过量程，或超过待测电阻的额定电流）时，我们应该选择限流法还是分压法？,滑动变阻器分压式和限流式接法的选择,通常变阻器以限流接法为主，但在下列三种情况下，必须选择分压连接方式：,1、待测电阻远大于变阻器电阻时（变阻器的滑动触头从一端到另一端，待测电阻的电流、电压变化范围不大。）,2、要求回答中某部分电路的电压从零开始连续变化,3、题目所提供的实验仪器，电表的量程不够（即变阻器电阻调到最大，电流或电压仍超过量程，或超过待测电阻的额定电流）,1、用伏安法测量某电阻Rx的阻值,现有实验器材如下:,A.待测电阻Rx：范围在58，额定功率1WB.电流表A1：量程00.6A（内阻0.2）C.电流表A2：量程03A（内阻0.05）D.电压表V1：量程03V（内阻3K）E.电压表V2：量程015V（内阻15K）F.滑动变阻器R：0100G.蓄电池：电动势12VH.导线，电键.为了较准确的测量，并保证器材安全，电流表应选，电压表应选，并画出电路图。,由 Rx知，应选外接法,先确定测量电路,额定电流Im=0.45A，应选电流表A1,额定电压Um=2.8V，应选电压表V1,由R=10010Rx知，应选择限流式电路,再确定控制电路,其电路图如图所示。,分析：,2、如图228所示，滑动变阻器的总电阻R1000，A、B两端电压U100 V，调节滑片P使其下部电阻R1400.(1)空载时，C、D两端电压多大？(2)在C、D间接入一个Rs400 的电阻，C、D两端的电压多大？,图228,【答案】(1)40 V(2)25 V,六、实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线,1、实验器材小灯泡、4V6V电源、滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干。2、实验步骤1、适当选择电流表，电压表的量程，采用电流表的外接法，按图中所示的原理电路图连接好实验电路图。2、滑动变阻器采用分压接法，把滑动变阻器的滑动片调至滑动变阻器的A端,电路经检查无误后，闭合电键S。3、改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U,记入记录表格内,断开电键S；4、在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流I，横轴表示电压U，用平滑曲线将各点连接起来，便得到伏安特性曲线。5、拆去实验线路，整理好实验器材。,3、注意事项1、因本实验要作出IU图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此，变阻器要采用分压接法；2、本实验中，因被测小灯泡电阻较小，因此实验电路必须采用电流表外接法；3、电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使小灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小灯泡的额定电压；4、电键闭合前变阻器滑片移到图中的A端；5、坐标纸上建立坐标系，横坐标所取的分度例应该适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。连线一定用平滑的曲线，不能画成折线。,4、误差分析1、测量电路存在系统误差，未考虑电压表的分流，造成测得的I值比真实值偏大；2、描绘IU线时作图不准确造成的偶然误差。,5、实验电路图,1、一个小灯泡的额定电压为6.3V，额定电流约为0.3A，用以下所给的实验器材描绘出小灯泡的伏安特性曲线，实验电路图所示。电源E1：电动势为8.0V，内阻不计；电源E2：电动势为12.0V，内阻不计；电压表V：量程为010V，内阻约为10k 电流表A1：量程为03A，内阻约为0.1;电流表A2：量程为0300mA，内阻约为1；滑动变阻器R：最大阻值10，额定电流1.0A；开关S，导线若干。,依照实验电路图将图中的实物图连接成实验电路。实验中电源应该选用；电流表应该选用。实验测出的数据如下表所示，依照这些数据在图所示的坐标纸中描绘出该小灯泡的伏安特性曲线。,解：实验原理和实和连线如图所示。小灯泡的额定电压为63V,故电源用E1、小灯泡的额定电流为03A，故电流表用A2 IU曲线如图所示。,2、一同学在实验中还测出a,b,c,三种元件的伏安特性元件特性曲线分别如下图所示中的（a）（b）（c），下列说法中正确的是（）,A a可以作为标准电阻使用B b能作为标准电阻使用C b的阻值随电压的升高而增大D c的阻值随电压的升高而增大,AC,3、某同学选用一只标有“3.8V 0.3A”的小灯泡，用电流表和电压表测量它在不同电压下的电流，从而计算出它在不同电压下的实际电阻值。根据实验数据画出的I-U图象如右.从图象看出,电压越高，,对应的实际电阻值越_，这说明灯丝材料的电阻率随温度的升高而_。若实验室提供的器材是：电动势为6V，内阻很小的铅蓄电池；量程0-0.6-3A的直流电流表；量程0-3-15V的直流电压表；最大阻值10的滑动变阻器；一只电键和若干导线。请画出正确的实验电路图；并标出开始实验时所用的电表量程和滑动变阻器滑动触头的位置。,解：曲线上每一点和原点的连线的斜率的倒数表示该时刻对应的灯丝电阻。由图象可知随着电压的升高灯丝的电阻增大。这说明灯丝材料的电阻率随温度的升高而增大。正常工作时灯丝的电阻才十几个欧姆，电压低时电阻更小，所以应作为小电阻处理，测量部分应该用外接法。灯丝两端的电压要求从零开始逐渐增大，所以供电部分必须采用分压电路。开始时电流表量程应选用0.6A，电压表量程应选用3V（快要超过3V时再改用15V量程），滑动变阻器滑动触头的位置应使灯丝两端分到的电压为零。,4、如右图所示，是某一半导体器件的U-I图。从图中可看出，当电流超过某一数值后，其电阻迅速_(填增大或减小)。将该器件与标有“8V,16W”的用电器串联后，接入电动势为10V的直流电源,两端，用电器恰能正常工作。则此时该半导体器件两端的电压是_V,该直流电源的内阻是_。当用电器在使用时，不小心发生了短路。此时流过直流电源的电流是_A。解：增大;1；0.5；约3.4,五、半偏法测电流表、电压表内阻,1、半偏法测量电流表的内阻,方法：,1.按图接线，图中R1、R2 为电阻箱，电源为蓄电池，内阻可以不计。,2.先合下S1，调节R1使电流表指针满偏。,3.再合下S2，保持电阻R1不变，调节R2使电流表指针半偏，记下R2的值。,若R1100 R2，有RAR2,4.此时，电流表内阻RAR2,方法：,2、半偏法测量电压表的内阻,（1）电流表A1的内阻Rg=_.（2）为了保证两电流表的安全使用，限流电阻R3 的阻值应选A.100；B.150；C.10K；D.15K。（）（3）可变电阻器R2 应选：A.2K；B.5K；C.200；D.500。（）,1、为了测量电流表A1的内阻，采用图示的电路，其中电流表A1的量程是0300A、内阻约为100（待测）；A2是标准电流表，量程0-200A；R1为电阻箱，阻值范围0999.9；为电池，电动势3V、内阻不计；S1为开关，S2为单刀双掷开关。按电路图接好电路后，将可变电阻器R2和电阻箱R1适当调节后，将单刀双掷开关S2扳到接点1处，接通开关S1，调节可变电阻R2，使两电表的读数都是150A；然后将开关S2扳到接点2，调节电阻箱R1使标准电流表的读数仍是150A，若此时电阻箱各旋钮位置如图，则：,替代法测电阻,当R2=0时,要保证两个电流表都不超过量程,R3=E/Imin=3/0.2mA=15k 选D,R2+R3=E/I=3/0.15mA=20 k R2=5 k 选B,Rg=91.8,2、某同学用以下器材测量电阻：安培计 电阻箱单刀双掷电键（这种电键在掷刀a 倒向b 时ab接通，倒向c 时ac 接通）待测电阻 电源 限流电阻，如图所示，实验方法是利用单刀双掷电键分别将电阻箱和待测电阻接入电路，用电阻箱替代待测电阻的方法来测定待测电阻的阻值。（1）在图中完成电路的连接（其中有二条导线已连接好）（2）本实验中电键应先接通的是含有，（填待测电阻或电阻箱）的电路。用电键变换电路，调节电阻箱时，应使两次测量的_大小相同，这时待测电阻的值可以从 _ 上读出。,待测电阻,电流,电阻箱,3、图1为测量电阻的电路Rx为待测电阻R的阻值已知R为保护电阻，阻值未知电源E的电动势未知K1、K2均为单刀双掷开关A为电流表，其内阻不计(1)按图1所示的电路，在图2的实物图上连线(2)测量Rx的步骤为：将K2向d闭合，K1向_闭合，记下电流表读数I1再将K2向c闭合，K1向_闭合，记下电流表读数I2计算Rx 的公式是Rx=_,a,b,I2 R I1,4、从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。（1）在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。（2）若选测量数据中的一组来计算，r1，则所用的表达式为r1=_，式中各符号的意义是：_。,解：电流表I1m=10mA,r1 40 R1=100 R2=50,若滑动变阻器用限流接法，,Imin=1.5/190=0.08A=8mA,Imax=10mA,电流的变化范围很小，应该用分压器接法。,因为电压表读数很小，Umax=0.4V,不能用伏安法测量，,根据并联电路两端电压相等，将两电流表并联，如图示：,调节滑动变阻器的电阻，测出多组两电流表的读数，,由 I1 r1=I2 r2,得 r1=I2 r2 I1,5、从下列实验器材中选出适当的器材，设计测量电路来测量两个电流表的内阻，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度。（A）待测电流表A1，量程50mA，内电阻约几十（B）待测电流表A2，量程30mA，内电阻约几十（C）电压表V，量程15V，内阻rv=15k（D）电阻箱R1，阻值范围09999.99（E）电阻箱R2，阻值范围099.9（F）滑动变阻器R3，阻值0150，额定电流1.5A（G）滑动变阻器R4，阻值020，额定电流2A（H）电阻R0，阻值是40，功率是0.5W（作保护电阻用）（I）电池组，电动势为12V，内电阻约0.5此外还有单刀开关若干和导线若干，供需要选用。（1）请设计一个测量电路，画出电路图。（2）选出必要的器材，用器材前的字母表示，有。（3）说明实验需要测量的物理量，并列出计算两个电流表内电阻的计算式。,ABEGHI,解：电路图如图所示。注：电路图基本正确但电路不规范，如缺开关、电阻箱符号错等要扣部分分；,（2）ABEGHI,（3）开关K2闭合时，测得电流表的示数I1和I2；,断开K2，调整电阻箱的阻值为R 时，测得电流表的示数 I1 I2,6、图1中E为电源，其电动势为，R1为滑线变阻器，R2 电阻箱，A为电流表，用此电路，经以下步骤可近似测得A的内阻RA：闭合K1，断开K2，调节R1，使电流表读数等于其量程I0；保持R1不变，闭合K2，调节R2，使电流表读数等于I02，然后读出R2 的值，取RA R2。（1）按图1所示电路在图2所给出的实物图中画出连接导线。（2）真实值与测得值之差除以真实值叫做测量结果的相对误差，即，试导出它与电源电动势、电流表量程I0及电流表内阻RA的关系式。（3）若I010mA，真实值RA 约为30，要想使测量结果的相对误差不大于5，电源电动势最小应为多少伏？,解：（1）接线如右图,（3）=I0 RA/0.05=6V,7、为了测量两个电压表VA、VB的内电阻，可以提供的仪器有：,（1）在设计电路时，能否选用电流表A，请简要说明理由:。（2）选用的器材有。（3）为了测量两个电压表内电阻，请设计一个测量电路，画出电路图。（4）说明实验原理和需要测量的物理量，并列出计算两个电压表内电阻的计算,A B D F H I,不能选用，电流表量程太大，测量不准确,解:,（1）电流表A不能选用，电流表量程太大，测量不准确,（2）电阻箱R1，变阻器R3，电池组和开关2个，导线若干。,（3）电路图如下图。,（4）电压表VA和VB串联，其读数之比等于内电阻之比，即,合下K2调节电阻箱为R1,两表读数分别为UA UB,K2断开两表读数分别为UA UB UB/UA=RB/RA(1),UB/UA=RB R1/RA(RB+R1)(2),解(1)(2)得,上述操作步骤中，必要的操作步骤按合理顺序排列应为。若在步骤 中，读出R0的值为2400，则电压表的内阻RV=。用这种方法测出的内阻RV与其真实值相比偏。,E.调节滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为3.0 V,8、为了测量一个量程为3.0 V的电压表的内阻，可以采用图示的电路，在测量时，可供选择的步骤如下：,A.闭合开关S,B.将电阻箱R0的阻值调到最大,F.断开开关S,C.将电阻箱R0的阻值调到零,H.将滑动变阻器的滑动触头调到a端,G.将滑动变阻器的滑动触头调到b端,D.调节电阻箱R0的阻值，使电压表示数为 1.5 V，读出此时电阻箱R0的阻值，,2400,大,伏安法测电压表电阻,电压表是一个能够显示自身电压的特殊电阻，因此，可以用一个安培表测量其电阻。,9、某电压表的内阻在20千欧50千欧之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:,待测电压表V(量程3V)电流表A1(量程200A)电流表A2(量程5mA)电流表A3(量程0.6A)滑动变阻器R(最大阻1K)电源(电动势4V)电键K.,(2)为了尽量减小误差,要求测多组数据.试在方框中画出符合要求的实验电路图(其中电源和电键及其连线,A1,(1)所提供的电流表中,应选用_(填写字母代号).,10、使用伏安法测电阻，不论是采用安培表内接还是外接，仍然存在误差。现在有人设计了如图的实验电路来测定电阻，其中的R是一个电阻箱，根据电路图。,（1）请你写出实验需要测量的物理量，并写出求Rx 的方程式或表达式。（2）能否利用上述电路图测出A表或V表的内阻。答A表内阻 V表内阻。（选填“能”或“不能”）（3）若上图不能测出电表的内阻，请设法选择图中的电阻箱和待测的电表测出此电表的内阻。设计一个电路图画在方框内；,在电源内阻忽略不计的情况下说出你要读出的物理量是。用这些物理量表示待测电表内阻的计算式是。,解:方法一调整电阻箱，使其阻值为R1，记录此时电压、电流的值U1、I1；改变电阻箱的电阻值为R2时，记录此时电压和电流的值U2、I2,消去式中的RA，可得：,（1）,（2）,方法二：使电阻箱阻值为R1，对应有一电流和电压值，改变电阻箱阻值，同时改变滑动变阻器，保持电压表读数不变,使电流表读数为原来的2倍,记下此时电阻箱的阻值R2，则有：,（2）答：能 不能,得,当电阻箱电阻为R1时，记下相应的伏特表读数U1；改变电阻箱电阻为R2时，记下对应的伏特表读数U2则有：,（3）电路图如图示，,