1、1图 10-5教师：_ 学生：_ 时间:_年_月_日_段例 1、 用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下：待测电阻 Rx（约 100 ）;直流电流表（量程 010 mA、内阻 50 ）;直流电压表（量程 03 V、内阻 5 k）;直流电源（输出电压 4 V、内阻不计） ；滑动变阻器（015 、允许最大电流 1 A） ；开关 1 个，导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图.【审题】本题只需要判断测量电路、控制电路的接法，各仪器的量程和电阻都已经给出，只需计算两种接法哪种合适。【解析】用伏安法测量电阻有两种连接方式，即电流表的内接法和外接法，由于 Rx，故电流表应采用外接法.在控制电路中
2、，若采用变阻器的限流接法，当滑动vAR变阻器阻值调至最大，通过负载的电流最小， Imin= =24 mA10 mA,此时xARE电流仍超过电流表的量程，故滑动变阻器必须采用分压接法.如图 10-5 所示.【总结】任一种控制电路必须能保证电路的安全，这是电学实验的首要原则 ，限流接法虽然简洁方便，但必须要能够控制电路不超过电流的额定值，同时，能够保证可获取一定的电压、电流范围，该题中，即便控制电流最小值不超过电流表的量程，因滑动变阻器全阻值相对电路其它电阻过小，电流、电压变化范围太小，仍不能用限流接法。例 2、 在某校开展的科技活动中，为了要测出一个未知电阻的阻值 Rx，现有如下器材：读数不准的
3、电流表 A、定值电阻 R0、电阻箱 R1、滑动变阻器 R2、单刀单掷开关 S1、单刀双掷开关 S2、电源和导线。画出实验电路图，并在图上标出你所选用器材的代码。写出主要的实验操作步骤。【解本测量仪器是电压表和电流表，当只有一个电表（或给定的电表不能满足要求时） ，可以用标析】2 验电路如右图所示。将 S2 与 Rx 相接，记下电流表指针所指位置。将 S2 与 R1 相接，保持R2 不变，调节 R1 的阻值，使电流表的指针指在原位置上，记下 R1 的值，则RxR 1。课 题 电学实验经典题型分析2例 3、用以下器材测量一待测电阻 Rx 的阻值（9001000）：电源 E，具有一定内阻，电动势约为
4、 9.0V；电压表 V1，量程为 1.5V，内阻 r1750 ；电压表 V2，量程为 5V，内阻 r22500；滑动变阻器 R，最大阻值约为 100；单刀单掷开关 K，导线若干。测量中要求电压表的读数不小于其量程的 1/3，试画出测量电阻 Rx 的一种实验电路原理图。【解析】如图所示例 4 用以下器材测量一待测电阻的阻值。器材（代号）与规格如下：电流表 A1（量程 250mA,内阻 r1 为 5)；标准电流表 A2（量程 300mA,内阻 r2 约为 5） ；待测电阻 R1（阻值约为 100） ；滑动变阻器 R2（最大阻值 10） ；电源 E（电动势约为 10V，内阻 r 约为 1） ；单刀单
5、掷开关 S，导线若干。要求方法简捷，并能测多组数据，画出实验电路原理图，并标明每个器材的代号.需要直接测量的物理量是_,用测的量表示待测电阻 R1 的计算公式是 R1_。【解析】实验电路图如图所示。两电流表 A1、 A2 的读数为 I1、I 2 和电流表 A1 的内阻为 r1，待测电阻 R1 的阻值的计算公式是： 12rIR例 5 有一电阻 Rx，其阻值在 100200 之间，额定功率为 0.25W。要用伏安法较准确地测量它的阻值，实验器材有：安培表 A1，量程为 50mA，R A1=100安培表 A2，量程为 1A，R A2=20电压表 V1，量程为 5V，R V1=10k电压表 V2，量程
6、为 15V， RV2=30k 变阻器 R1，变阻范围 020 ，2A3变阻器 R2，变阻范围 01000，1A9V 电源，电键，导线。实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别是： 。 画出所用实验电路图。【解析】允许通过电阻中电流可能的最大值由： 得， 。因为电阻可能为RIP2mAII50321200，所以通过被测电阻的电流的最大值可能是 35mA，应用电流表的示数来控制通过电阻的电流，因此，电流表应选 A1。又因为 ,所以 。因为电阻可能为 100，所以允许加在电阻两端RUP2VU.7521的电压的最大值可能是 5V，应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压，因此电压表应选 V1。因为 R1
7、 R2,且 2A35mA, 所以应选变阻器 R1。因为 R1R x 所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。因为 , 所以应选用外接电路。xVA实验所用电路如图所示例 6（从下表中选取出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表 A1的内阻 r1，画在下面的方框中，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并能测出多组数据。器材(代号) 规格电流表（A 1） 量程 10mA，内阻 r1待测（约 40）电流表（A 2） 量程 500A，内阻 r2=750电压表（V） 量程 10V，内阻 r3=10k电阻（R 1） 阻值约 100，作保护电阻用滑动变阻器（R 2） 总阻值约 50电池（E） 电动势 1.5V，内
8、阻很小电键（S）导线若干【解析】要测量电流表 A1 的内阻，按常规思想应用伏安法，将电压表并联在待测电流表两端，但根据本题所提供的仪器，我们可以首先肯定，在本实验中不可能用到电压表，因为电源的电动势只有 1.5V，而电压表的量程为 10V，最多不到满偏的 1/6，用它来读数误差太大，因此该实验能用到的电表只可能用两块电流表。两块电流表有可能串联，也有可能并联，但题目中电流表 A2的内阻 r2已知，因此将两电流表并联，根据并联规律 I1r1=I2r2可求出电流表 A1的内阻 r1= 。2I加在电流表两端的电压最大值 Um=Imr2=0.375V，而滑动变阻的最大阻值只有 50，如果将滑动变阻器接
9、成限流，会超过电流表的量程，将它们烧坏。如果仅仅将滑动变阻器接成分压，滑动变阻器可调节的范围很小，只有全长的 1/4，这样测量的次数比较少。故应将定值电阻 R1接在干路上用作限流，电路图如图所示。例 7 （2006 年全国、）现要测量某一电压表 的内阻。给定的器材有：待测电压表 （量程2V，内阻约 4k） ，电流表 （量程 1.2mA，内阻约 500） ；直流电源 E（电动势约 2.4V，内阻不计） ；固V VmA4定电阻 3 个：R 1=4000，R 2=10000，R 3=15000；电键 S 及导线若干。要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。试从 3 个固定电阻中选用 1 个，与其
10、它器材一起组成测量电路，并画出测量电路的原理图。 （要求电路中各器材用题中给定的符号标出。 ）电路接通后，若电压表读数为 U，电流表读数为 I，则电压表内阻 RV =_。【解析】实验电路如图所示，若选用电阻 R1，则并联电阻 2000，电压表读并数U R 20001.921V ，电流表读数 I mAEr并并 5024. mArRE并0.00096A0.96mA 0.6mA，R 1 符合要求，同理可得 R2、R 3 不符合要求，故选 R1。5024.电路接通后，通过 R1 的电流 I1 ，则通过电压表的电流为 I2II 1I ，所以电压表的内阻 RVU1U2IU1【备考提示】本题涉及实验器材选取
11、和电路设计等，对考生的分析综合能力提出了较高要求，解答此类试题必须根据测量要求和所提供的器材，由仪表的选择原则和基本规律为分析的入手点。【变式题】例 8（2006 年全国）现要测定一个额定电压 4V、额定功率 1.6W 的小灯泡（图中用 表示）的伏安特性曲线。要求所测电压范围为 0.1V4V 。现有器材：直流电源 E（电动势 4.5V，内阻不计） ，电压表 （量程 4.5V，内阻约为 4104） ，电流表 （量程 250mA，内阻约为 2） ，电流表 （量程 500mA，内阻约为 1） ，滑动变阻器 R（最大阻值约为30） ，电键 S，导线若干。如果既要满足测量要求，又要测量误差较小，应该选用
12、的电流表是 ，下面两个电路应该选用的是 。【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时，由于题目要求电压范围为0.1V4V，因此滑动变阻器采用分压式接法。根据估算通过小灯泡的额定电流为 I=0.4A，因此电流表应该选用 。在伏安法测量过程中，由于临界电阻 大于小灯泡电阻，因此应该选择电流20VAR表外接法即选择甲电路进行测量。R1S EV mAVA2A1A25例 9、用右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻 R0 起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：（a） 电流表（量程 0.6A、3A） ；（b） 电压表
13、（量程 3V、15V）（c） 定值电阻（阻值 1 、额定功率 5W）（d） 定值电阻（阻值 10 ，额定功率 10W）（e） 滑动变阻器（阴值范围 0-10 、额定电流 2A）（f） 滑动变阻器（阻值范围 0-100 、额定电流 1A）那么（1）要正确完成实验，电压表的量程应选择 V，电流表的量程应选择 A； R0 应选择 的定值电阻，R 应选择阻值范围是 的滑动变阻器。（2）引起该实验系统误差的主要原因是 。【解析】 （1）3，0.6，1，010。 （2）由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小。由于电源是一节干电池（1.5V ） ，所选量程为 3V 的电压表；估算电流时，
14、考虑到干电池的内阻一般几 左右，加上保护电阻，最大电流在 0.5A 左右，所以选量程为 0.6A 的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了，取 010 能很好地控制电路中的电流和电压，若取 0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。关于系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成 E 测E 真，r 测r 真。例 10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材：A 待
15、 测 干 电 池 B 电 流 表 G（ 03mA， 内 电 阻 r1=20）C 电 流 表 A（ 00.6A， 内 电 阻 r2=0.20） D 滑 动 变 阻 器 甲 （ 最 大 阻 值 10）E 滑 动 变 阻 器 乙 （ 最 大 阻 值 100） F 定 值 电 阻 R1=100G 定 值 电 阻 R2=500 H 定 值 电 阻 R3=1.5k开关、导线。由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。为了方便并能较准确测量，滑动变阻器应选 ，定值电阻应选用 。 （填写定值电阻前的序号）若某次测量中电流表 G 的示数为 I1，电流表 A 的示数为 I2；改变滑动变阻器的
16、位置后，电流表 G 的示数为I1，电流表 A 的示数为 I2。则可知此电源的内电阻测量值为 r= ，电动势测量值为 E= 。【解析】 干电池的电动势和内阻的测量，一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表，故需要将电流表G 改装为电压表，且改装后电压表的量程应该达到 1.5V，则总电阻为 ，故定值电阻应选用的序1.503VmA号为 G 的电阻， 而 滑动变阻器应选用 阻 值 较 小 的 D；在两次测量过程中，通过电源的电流是两只电表的电流之和，则根据全电路欧姆定律有 6，1212()()EIRrIr122()()EIRrIr解之，得 ， 21121II 1212IRrI【例 11】某同学通过查
17、找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势 E 和内电阻 r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为 9.999，科当标准电阻用） 一只电流表（量程RI=0.6A,内阻 0.1gr）和若干导线。请根据测定电动势 E 内电阻 r的要求，设计图 4 中器件的连接方式，画线把它们连接起来。接通开关，逐次改变电阻箱的阻值 R,读处与 R对应的电流表的示数 I,并作记录当电阻箱的阻值 2.6时，其对应的电流表的示数如图 5 所示。处理实验数据时。首先计算出每个电流值 I 的倒数 1I;再制作 R- I坐标图，如图 6 所示，图中已标注出了（ 1,RI）的几个与测量对应的坐
18、标点，请你将与图 5 实验数据对应的坐标点也标注在图 6 中上。在图 6 上把描绘出的坐标点练成图线。根据图 6 描绘出的图线可得出这个电池的电动势 E= V,内电阻 r 解析：根据闭合电路欧姆定律，测量电源的电动势和内电阻，需要得到电源的路端电压和通过电源的电流，在本实验中没有电压表，但是可以用电阻箱和电流表串联充当电压表，测量电源的路端电压，通过电流表的电流也是通过电源的电流，所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。实物图的连接如答图 4 所示。由闭合电路欧姆定律有：E =I（R+r+r g） ，解得： ，根据 R-1/I 图线可知：电源的电动势等于)(1grIER图线的斜率，内阻
19、为纵轴负方向的截距减去电流表的内阻。答案： 见答图 4 见答图 6 见答图 6 1.5（1.461.54） ；0.3（0.250.35）7【例 12】某同学为了较精确的测量一阻值约为 20 的电阻 Rx 的阻值.在以下备选器材中电流表应选_,电压表应选_,变阻器应选_.（只填写器材对应的字母代号）电源 E（电动势 3 V、内阻可忽略不计）电流表 A1（量程 50 mA，内阻约 12）电流表 A2（量程 3 A， 内阻约 0.12 ）电压表 V1（量程 3 V，内阻约 3 k）电压表 V2（量程 15 V，内阻约 15 k）滑动变阻器 R1（010 ，允许最大电流 2.0 A）滑动变阻器 R2（
20、01000 ，允许最大电流 0.5 A）定值电阻 R（30，允许最大电流 1.0A）开关及导线若干请在方框中画出实验电路图（要求直接测量量的变化范围尽可能大一些，所选器材用对应符号标出） 。若某次测量中，电压表读数为 U，电流表读数为 I，则计算待测电阻的阻值表达式为Rx_ 。【解析】测量电阻的阻值一般利用伏安法，电压表显然应选量程为 3 V 的 V1；根据欧姆定律容易求得电路中的最大电流 ，显然超过了电流表 A1 50 mA 的量程，但电流表 A2 的150xEImAR量程又太大，故我们可以将定值电阻 R（30）与待测电阻 Rx 相串联，此时电路中的最大电流，利用电流表 A1 测量电流即可。
21、由于要求直接测量量的变化范围尽可能大一些，故只能60xEImR采用分压电路，且滑动变阻器使用电阻较小的 R1。最后我们确定电流表的解法：由于此时电路的临界电阻，则应该利用电流表的外接法。由此得到实验电路图如图所示，当012390AxVk8电压表读数为 U，电流表读数为 I，则计算待测电阻的阻值表达式 .xURI【例 13】现有器材：量程为 10.0mA、内阻约 30 -40 的电流表一个，定值电阻 R1=150 ，定值电阻 R2=100 ，单刀单掷开关 K，导线若干。要求利用这些器材测量一干电池（电动势约 1.5V）的电动势。（1）按要求在实物图上连线。（2）用已知量和直接测得量表示的待测电动
22、势的表达式为E= ，式中各直接测得量的意义是： .【解析】根据提供的器材，可任取一个定值电阻与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，用欧姆定律建立方程组进行测量。但在本题中，电流表量程为 10.0mA，干电池的电动势约为 1.5V，如果把定值电阻 R1与电流表、干电池、开关接成一个串联电路，则回路中总电阻约为 180 ，回路中电流约为 1.5V /180 =8.3mA，而如果把定值电阻 R2与电流表、干电池、开关接成一个串联电路， ，则回路中总电阻约为 130 ，回路中电流约为1.5V /130 =11.5mA，显然，该电流已超过电流表的量程。考虑到实验的可行性，此时用定值电阻 R2与 R1串
23、联即可，故有如下解答：（1）连图：左图只用 R1接入电路；右图用 R1和 R2串联接入电路。(连线如图) （2）设 I1是外电阻为 R1时的电流，I 2是外电阻为 R1和 R2串联时的电流，则有，1AERr212AEr解之，可解得干电池电动势为： . 12I【例 14】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻，实验室中有如下器材：A 待 测 干 电 池 B 电 流 表 G（ 03mA， 内 电 阻 r1=20）C 电 流 表 A（ 00.6A， 内 电 阻 r2=0.20） D 滑 动 变 阻 器 甲 （ 最 大 阻 值 10）E 滑 动 变 阻 器 乙 （ 最 大 阻 值 100） F 定
24、 值 电 阻 R1=100G 定 值 电 阻 R2=500 H 定 值 电 阻 R3=1.5k开关、导线。由于没有电压表，为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。为了方便并能较准确测量，滑动变阻器应选 ，定值电阻应选用 。 （填写定值电阻前的序号）RAR 滑G9若某次测量中电流表 G 的示数为 I1，电流表 A 的示数为 I2；改变滑动变阻器的位置后，电流表 G 的示数为I1，电流表 A 的示数为 I2。则可知此电源的内电阻测量值为 r= ，电动势测量值为 E= 。【解析】 干电池的电动势和内阻的测量，一般需要电流表和电压表。由于题中没有电压表，故需要将电流表G 改装为电压表，且改装后
25、电压表的量程应该达到 1.5V，则总电阻为 ，故定值电阻应选用的序1.503VmA号为 G 的电阻， 而 滑动变阻器应选用 阻 值 较 小 的 D；在两次测量过程中，通过电源的电流是两只电表的电流之和，则根据全电路欧姆定律有 ，1212()()EIRrIr122()()EIRrIr解之，得 ， .21121II 1212IRrI【例15】小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大.某同学为研究这一现象，用实验得到如下数据（I和U分别表示小灯泡上的电流和电压）：（1）在左下框中画出实验电路图. 可用的器材有：电压表、电流表、滑线变阻器（变化范围0-10） 、电源、小灯泡、电键、导线若干.（2）在右图中
26、画出小灯泡的U-I曲线.（3）某电池的电动势是1.5V，内阻是2.0.将本题中的灯泡接在该电池两端，小灯泡的实际功率是多少？ 【解析】 （1）为了作出小灯泡的U-I曲线，必须采用分压的方法；而因为小灯泡的电阻比较小，故采用电流表的外接法，实验电路图见下图.（2）小灯泡的U-I曲线首先用描点法作出各个点，利用圆滑的曲线连接即可得到下图。（3）作出 图线，可得小灯泡工作电流为 0.35安，工作电压为0.80伏，因此小灯泡实际功率为IrEU0.28瓦. IP【例16】在“测定金属的电阻率“的实验中，用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示，用米尺测量金属丝的长度l=0. 810 m金属丝的电阻
27、大约为4，先用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率10(1)从图中读出金属丝的直径为 mm.(2)在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测电阻丝外，还有如下供选择的实验器材：A直流电源：电动势约4.5 V，内阻很小；B.电流表A 1：量程00.6 A，内阻0. 125; C电流表A 2：量程03. 0 A，内阻0. 025;D电压表V：量程03 V，内阻3 k;E.滑动变阻器R 1：最大阻值10；F.滑动变阻器R 2：最大阻值50;G开关、导线等在可供选择的器材中，应该选用的电流表是 ，应该选用的滑动变阻器 是 。(3)根据所选的器材，在如图所示的方框中画出实验电路图(
28、4)若根据伏安法测出电阻丝的电阻为R x=4. 1，则这种金属材料的电阻率为 m.（保留二位有效数字）【解析】(1)从螺旋测微器主尺读出0.5 mm，再从游尺读出 ，故金属丝m01.52的直径为0.522mm. ( 2)电路中的最大电流 ，显然超过了电流表 A1 0.6 A 的量程，但电流表 A2 的量程又太大，AREIx75.0故电流表应该选用 A1，由于滑动变阻器 R1最大阻值为 10，比被测电阻丝的电阻大，且容易调整，所以采用限流电路即可。由于此时电路的临界电阻 ，故电流表采用外解法.4200VA(3）实验电路如图所示 (4)利用电阻定律 ，则 1.110-6m.SlRlR【例 17】在
29、测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中，备有下列器材：A待测的干电池（电动势约为 1.5V，内电阻小于 1.0)B电流表 G（满偏电流 3mA，内阻 Rg=10)C电流表 A(00.6A，内阻 0.1)D滑动变阻器 R1(020,10 A) E.滑动变阻器 R2(0200,l A)F定值电阻 R0 (990) G开关和导线若干(1)某同学发现上述器材中虽然没有电压表，但给出了两个电流表，于是他设计了如图所示中甲的（a)、(b)两个参考实验电路，其中合理的是 图所示的电路；在该电路中，为了操作方便且能准确地进行测量，滑动变阻器应选 （填写器材前的字母代号） (2)图乙为该同学根据（1)中选出的合理的实验电路利用测出的数据绘出的 I1I2图线（I 1为电流表 G 的示数，I2为电流表 A 的示数） ，则由图线可以得被测电池的电动势 E= V，内阻 r= 。
