2019-2020年高中物理二轮总复习 电表、电阻的测量教案

2019-2020年高中物理二轮总复习电表、电阻的测量教案
命题点1 伏安法测电阻
命题点2 电表的改装及电表内阻的测量
命题点3 多用电表、探测黑箱内电学元件及传感器简单应用
命题点1 伏安法测电阻本类考题解答锦囊
解答“伏安法测电阻”一类试题，主要掌握以下几点：
1．伏安法测电阻的两种接法
将待测电阻的粗约值与电压表、电流表内阻进行比较若Rx》R A或 <，电流表用内接法；若R v》R x或 > ，电流表用外接法．
2．滑动变阻器的限流式接法和分压式接法
一般情况下，若待测电阻小于变阻器最大阻值且实验要求的电压变化范围不太大时，选择限流式接法．下列情况必须选择分压式接法：(1)若采用限流电路，电路中的最小电流仍超过用电器额定电流或电表的量程时．(2)变阻器电阻远小于被测电阻或电路中串联的其他电阻阻值，且实验要求的电压变化范围较大时(3)实验要求电压从零开始连续变化时．
Ⅰ高考最新热门题
1 (典型例题)用以下器材测量一待测电阻R x的阻值(900～1000)：
电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5 V，内阻r1=750；
电压表V2，量程为5V
，内阻r2=2 500；
滑线变阻器R，最大阻值约为100
单刀单掷开关K导线若干．
(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻R x的一种实验电
路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注)．
(2)根据你所画的电路原理图在题给的实物图21-1-1上画出连线．
(3)若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示R x的公式为R x_________.
命题目的与解题技巧：由于电压表的阻值已知，所以可由欧姆定律得I=可知，电压表的示数可以表示电流；并据此灵活处理内、外接法．本题是设计、测量操作的综合性实验；考查考生设计一种用两个电压表测电阻电路的能力；考查实物图的连线以及分析处理实验结果的能力．
[解析] (1)根据题意电源E 电动势约为9.0V ，电压表V
1量程为1.5V ，内阻r 1=750，电压表V 2量程为5V 内阻r 2=2 500，滑线变阻器R 最大阻值约为100；决定了测量 900～1 000 待测电阻R x 的阻值测量电路，必须设计成滑线变阻器分压式接法的电路．为了满足测量中要求电压表的读数不小于其量程的，因此电压表V 1不能作为分压电路的路端电压表，而电压表V 2作为分压电路的路端电压表是可以满足测量要求的．如下图．
(2)实验图上连线如下图示：
(3)对第一种情况有：
I 2=
2
11221221
1122121
11221;,r U r U r U r U U I U R r U R U i i I r U I R U r x x x x --
==-=
-==所以因而
对第；种情况有：U 2=U 1+U x ，即U x =U 2-U 1，R x 中的电流11
1
211r U U U I U R r U I x x x x -==-所以有 [答案] (1)同解析(2)同解析 (4)R x 的公式为R x =
2 (典型例题)用伏安法测量电阻阻值R ，并求出电阻率P
给定电压表(内阻约为50k)、电流表(内阻约为40)、滑线变阻器、电源、电键、待测电阻(约为250)及
导线若干.
(1)画出测量R 的电路图；
(2)图21-1-2(a)中的6个点表示实验中测得的6组电流I 、电压U 的值，试写出根据此图求R 值的步骤： ___________求出的电阻值R=_________(保留3位有效数字)
(3)待测电阻是一均匀材料制成的圆柱体，用游标为50分度的卡尺测量其长度与直径，结果分别如图
21-1-2(b)、图21-1-2(c)所示． 由-图可知其长度为_________，直径为__________.
(4)由以上数据可求出p=___________.(保留3位有效数字) (1)实验电路图D 21-1所示(选画两个电路之一)
(2)①作U-1直线，舍去左起第2点，其余5个点尽量靠近直线且均匀分布在直线两侧，②求该直张的斜率K ，则R=K=229ll(221～237ll)均为正确) (3)0．800 cm 0．194cm (4)8．46×10-2
ll ·m(8．16 ×10-2
～8．76 × 10-2
ll ·m)均为正确)
指导：本题几乎包含了伏安法测电阻的全部实验内容，综合考查考生基本仪器的使用、电中的设计实验步骤、数据的处理等实验能力．
(1)本题所给电阻的阻值约250ll ，与电压表内阻50kll 相比仍属于小电阻，所以采用“外接法”测量；由于题中没有限制条件，实验电路采用“分压接法”、“限流接法”都可以．
(2)实验中作图线的一般要求是：依据所描出的点作一条平滑的曲线或直线，尽可能让数据点均匀分布在它的两侧．本题U-Ⅰ图线应该是一条过原点的直线，明显看出第二个点偏移较大，应该舍弃不用，用另外5个点和原点作出直线．计算作出直线的斜率就等于待测电阻的阻值，即R=K 可以从直线上取一组数据(4．6 V ，20 mA)，R=4．6／0．02= 230ll(3)由图21-1-2a 、图21-1-2b 读圆柱长度L= 0．800cm ，直径d=1 mm+47×0．02 mm=1．94cm ．要特别注意有效数字的位数，用cm 为单位应读到小数点后的第三位．
3 (典型例题)图21-1-3．图甲、乙是两组同样的器材实物图，用来测量待测电阻R 的阻值，每组器材中包括：电池、电键、变阻器、电压表、电流表、待测电阻R 、若干导线．
(1)如果待测电阻R 的阻值比电压表的内阻不是小很多，但R 的阻值比电流表的内阻大很多，试在图甲中连线使之成为测量电路；如果待测电阻只的阻值比电流表的内阻不是大很多，但R 的阻值比电压表的内阻小很多，试在图乙中连线使之成为测量电路．
(2)如果已知上述电压表的内阻R v ，和电流表的内阻R A ，对图甲和图乙中连成的测量电路，分别写出计算
待测电阻的公式(用测得的量和给出的电表内阻来表示)．
答案:(1)如图021-2所示 (2)用图甲线路时，R=①；用图乙线中时，R= ②．
指导：本题考查“伏安法”测电阻的“内接法”与“外接法”电路，为减小系统误差正确选择实验电路
与接线操作的能力．实验中由于设计本身或测量工具对实验的影响而产生的误差称为系统误差．“伏安法”测电阻实验中由于电流表和电压表存在内阻，产生的实验误差就属于这一类误差．(1)R的阻值比电流表的内阻
大很多，采用“内接法”电路时，电流表的分压将很小，引起的系统误差较小；R的
阻值比电压表的内阻小很多，采用“外接法”电路时电压表的分流将很小，引起的系
统误差较小．(2)如果已知电表的内阻，把电表的分压或分流因素考虑在内计算，算出
的电阻值可以更精确些．用甲图线路时，减去电流分压，计算公式为R=；用乙图线
路时，减去电压表的分流，计算公式为R=．
4 (典型例题)在测定金属电阻率的实验中，用伏安法测量电阻．将实验电路图
画在方框中．为了完成整个实验，除你在电路中已画出的器材外，还需要用哪些仪器?
用这些仪器测量哪些量?
答：________；_______.
计算电阻率p的公式是p=________.
答案:毫米刻度尺、螺旋测微器；d，l；io 指导：金属丝电阻值较小，因而电流表要外接．
伏安法测电阻的电路图如图D 21-3，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，用米尺测金属丝的长度l．.
Ⅱ题点经典类型题
1 (典型例题)
(1)某同学用伏安法测电阻Rx两测量电路图电流表分别为内接和外接，其他条件都相同．若用21-1-5(甲)电路，两表读分别为2.00 V和0.30 A；若用21-1-5(乙)图电路，两表读数为1-51 V和0-31A为了使测出的电阻值误差较小，实验应选用图 ________所示电路．选用此电路的测量值比真实值
_______(偏大或偏小)．
(2)21-1-6给出了测量R x所用的全部器材．请按照选好的电路用导线把所给器材连接
起来，使之成为测量电路．注意两个电表要选用适当量程．请在坐标图中画出U-I
图线，并求出R x= ______.
(3)这位同学选好的电路进行测量，数据记录如下：
命题目的与解题技巧：这是一道全面考查伏安法测电阻的题目，它既考了原理，也考了操作和数据处理． [解析] (1)两种方案相比较，电压表读数的相对变化为,电流表读数的相对变化为二者相比电压表读数变化大，说明电流表在电路中分压不可忽略，因而应选电路乙．在此图中，由于伏特表分流，所以测量值小于真实值
(2)因每节干电池电动势为1.5 V，所以伏特表量只需 3V；限于电池本身允许通过的电流，结合第(3)问题表中数据，电流表选0.6A量程，电路图略．
(3)图线略
[答案] (1)乙，偏小(2)电流表选0.6A量程，电压表选3V量程(3)Rx=0.5.
2 (典型例题)
(1)用游标为50分度的卡尺测定某圆筒的内径时，卡尺上的示数如图21-1-7，可
读出圆筒的内径为 ________mm．
(2)图21-1-8(甲)甲所示是用伏安法测量电阻的实验电路图，只是电压表未接人电路中．图2l-1-8(乙)是相应的实验器材，其中待测量的未知电阻Rx阻值约为1 k，电流表量程20mA、内阻小于1，电压表量程15V、内阻约1.5 k，电源输出电压约12V，滑动变阻器甲的最大阻值为200，滑动变阻器乙的最大阻值为20．
①在图甲的电路图中把电压表连接到正确的位置上．
②根据图甲的电路图把图乙的实物连成实验电路．
③说明在实验中两个滑变阻器起什么作用以及有何不同
答案:(1)11．14mm (2)①安培表内接(图略)②略 (3)滑动变阻器作分压器，R甲
粗调，R乙，微调
指导：(1)游标尺读数时先据游标尺“0”刻线读整数(单位 mm)，再找游标尺对齐
位置(第七条划线)，因而读数为11+ 7×=11．14mm (2)考查电流表的内接或外
接；滑动变阻器的灵活使用及实物连接．
①略
②因R x>>R A，故安培表内接；③如题中图使用滑动变阻器，=个滑动变阻器串
接在电路中地位对等，但R甲明显大于R乙，所以R甲是粗调，R乙细调．
3 (典型例题)一般情况下，导体的电阻会随着温度的改变，某同学研究了
一白炽灯两端的电压与电流的关系，得出如下一组数据：
在21-1-9(甲)的方格纸中画出了电流和电压的关系图线．
请回答下列问题：
(1)实验过程中用到了下列器列：直流电源、滑动变阻器 (最大值为30)、电压表(内
阻约104)、电流表(内阻约0.01)，以及开关一只，导线若干．请按实验要求：①在21-1-9(乙)
中画出电路②在21-1-9(丙)中给实物连线；
(2)从图线和实验数据均可看出，当该灯炮两端的电压大于3.2V时，灯炮的阻值会发
生明显的改变．通常我们把小于3.2V的图线区域叫做线性区域，大于3.2V的图线区域叫
做非线性区域，当该灯炮正常发光时，其电压值是在线性区域，还是在非线性区域?为什么?
答案:略指导：从列表和图象中可知被测电阻在电流小(温度低)时和电流大(温度高)时的电阻值，进而可确
定电流表内接还是外接；又电流(电压)值从“0”开始，所以滑动变阻器就接成
分压式．
(1)如图D 21-4所示
(2)非线性区域，因为在非线性区域内，灯丝电阻随电压变化明显，可保持电
灯功率基本不变，亮度稳定．
4 (典型例题)如图21-1-10甲所示是测量待测电阻Rx的电路图，由于电压表、电
流表有内阻对实验产生影响，使测值出现误差，为使测量更准确，按以下操作分别测有两
组数据：S(S为单刀双掷开关)接a时，电压表、电流表示数分别为U1、I1；S接b时，电
压表、电流表示数分别为U2、I2．
(1)在图乙所示实物图上用导线连接好电路；
(2)如果电压表示数变化很小，电流表示数变化较大，待测电阻R x_________，该值较
真实值偏__________(“大”或“小”)；
(3)如果电流表示数变化很小，电压表示数变化较大，待测电阻R x__________，该值较真实值偏_______(“大”或“小”)．
答案:(1)略
(2)，大 (3) ，小
(1)本题考查实验原理及操作． (2)电压表示数变化小，表示电流表分压小，内阻可
不计；而电流表示数变化大，意味着电压表分流明显，内阻不够大，所以电流表应内
接S应接b：R x=，此值实际含电流表内阻，所以偏大．
(3)对比第(2)项可知，S应接a：R x=，小
Ⅲ新高考命题方向预测
1 有一待测的电阻器R x,其阻值约在40～50之间，如21-1-11表所示是一些准备用来测量待测电阻阻值的实验器材．
实验要求从零开始，多测出几组电流、电压值，以便画出I-U图线，为了实验能正常进行并减少测量误差，还要求滑动变阻器便于调节.
(1)选用适当的器材设计一个符合要求的测量电路，在答题卷的方框内画出电路图并标出所用器材的代号．
(2)按照电路图在实物图34上连线．
答案:电路图如图D 21-5实物图连线如图D 2l-6．
指导：(1)电路中最小电流I min=180mA，故电流表选A2，因，所以
电流表用外接法，实验要求从零开如多测出几组电流、电压值，
故滑动变阻和分压式接法选R1，电路图如图D 21-5所示．(2)实
物图连线如图D 21-5所示．
2 要用伏安法来测定一个阻值在25k左右的电阻R x的较准确值，备用的器材如下表：
为使测量的结果达到较高的准确度，则：
(1)测量电路应选择______(电流表内接还是外接)
(2)控制电路应采用_____(限流电路或分压电路)
(3)电流表应选用______电压表应选用______.此外，还有电键一个，导线若干．
答案:(1)电流表内接法 (2)分压电路 (3)A2；V1指导：测量电路、供电电路，先分开考虑，然后画出电路图．为
提高测量的精确度，待测电阻两端电压变化范围要大些，故控制电路应接成分压电路，因
R x，两端电压最大可达15 V，仅为 V2量程(0～15V)的，读数误差较大，因此电压表以选V1(0～
10 V)为宜，但实验中应注意不R x两端电压超过10V，电路中的最大电流不会超过
A=0．4mA=400μA，故电流表应选A2(0～5001μA)，比较后发现R x»R A故应把电流表内
接，实验电路图为 D 21-7所示．
3 为了测定一根长为20.00cm、直径为0.220mm的镍铬丝最阻率(电阻率约为1×
10-6·m)，提供下列器材：
A．电动势为15V的直流电源一个
B．量程为0～200μA、内阻约为3.7 k的电流表一个．坣
C．量程为0～20 mA、内阻约为40的电流表一个．
D。

量程为0～2A、内阻约为0.4的电流表一个．
E．量程为0～12V、内阻约为40k的电压表一个．
F．量程为0～15 V、内阻约为50 k的电压表一个．
G.阻值为0～10 K、额定电流为1 A的滑动变阻器一个．
H．阻值为0～1、额定电流为0.1 A的滑动变阻器一个．
I.开关一个
J．导线若干
现采用图21-1-12所示电路进行测定，请按实验需要，选出适当的器材．
答案:A、C、E、H、I、J 指导：由于电源只有一个，A必选，由R=ρ算出镍铬丝的电阻约为526ll，先不考虑电流表、滑动变阻器的阻值，估算出电路中的最大电流I m=A≈29mA，可知电流表应选C，只要控制电路中的电流不超过20 nA就行．由于电源电热仅15 V，考虑到滑动变阻器等器件的分压，镍铬丝上的电压可被控制在12 V内，电表选E．由于阻值0～10ll的滑动变阻器调到最大值时，电路中的电流仍超过所选电流表的量程，所以滑动变阻器只能选H．另外，I和J则是必选的．。