题目内容
在电学实验中,往往认为电压表对测量的电路没有影响,事实上电压表有大的电阻值(简称内阻RV),在电路中有很小的电流通过电压表,电压表的示数就是这很小的电流与其内阻RV的乘积。现在要测量一个未知电阻Rx (大约2kΩ~3kΩ)的阻值,物理实验室中已有实验器材:2节干电池(电压未知)、未知电阻Rx、开关多个、导线若干。
另外,提供可选择的实验器材有3个:
A.电流表A1(0~0.6A,分度值0.02 A)
B.电流表A2(0~5mA,分度值0.1 mA)
C.电压表V(0~3V,RV=3kΩ)
请你利用已有实验器材,参考题目中给出的信息,再从提供可选择的的3个实验器材中选择2个或者1个器材设计两个实验方案,准确测量未知电阻Rx的阻值。
Ⅰ.方案一:
(1)选择的2个实验器材: (填器材的序号)。
(2)在方框中画出实验电路图(实验中不拆接仪器)。
(3)按照电路图连接电路,写出实验步骤并用字母表示出测量的物理量
(4)用测量的物理量和已知物理量表示Rx= 。
II.方案二:
(1)选择的1个实验器材: (填器材的序号)。
(2)在方框中画出实验电路图(实验中不拆接仪器)
(3)按照电路图连接电路,写出实验步骤并用字母表示出测量的物理量。
(4)用测量的物理量和已知物理量表示Rx= 。
Ⅰ、方案一:(1)b、c (2)电路图如下所示:
(3)按照电路图连接电路,闭合开关,记下电流表的示数I和电压表的示数U
(4)
II、方案二:(1)c (2)电路图:
(3)按照电路图连接电路,闭合开关S1、断开开关S2记下电压表的示数U1;同时闭合开关S1、S2记下电压表的示数U2。
(4)
解析试题分析:Ⅰ、方案一:
(1)测电阻最直接的方法是伏安法,所有选择电压表和电流表,由于电压表内阻很大,通过的它的电流极小,所有电流表应选择分度值较小的A2;
(2)把电压表和Rx并联,也就是把Rv和Rx并联,电压表测并联电路的电压,同时还能根据电压表的示数和内阻计算出电压表支路的电流,从而可以算出Rx支路的电流,进而求出电阻值。所以电路如图所示;
(3)实验时,只需闭合开关,记下电流I表和电压表U示数即可;
电压表支路的电流为,则,;
II、方案二:
(1)由于电压表相当于一个阻值很大的电阻,所以可以考虑把它和RX串联,根据电压表示数和电压表的内阻求出串联电路的电流,再利用开关的开、闭测出电源电压和电压表自身分得的电压,这样就可以求出RX两端的电压,从而求出电阻,所以这样只需选择电压表;
(2)从以上设计可知,需用一个开关把电阻Rx短路,电路图如图所示;
(3)闭合开关S1、断开开关S2时Rx与电压表串联,电压表的示数测自身分得的电压U1,则串联电路的电流为:,同时闭合开关S1、S2时Rx被短路,电压表测电源电压U2,则串联时Rx分得的电压为:,Rx的阻值为:。
考点:电阻的测量
(8分)如图所示是“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”的电路图.所用实验器材是:电源(6V)、电流表(0~0.6A)、电压表(0~3V)、电阻箱(0~999.9Ω)、滑动变阻器(40Ω 2A)、开关、导线若干.
(1)探究电流与电压的关系时,所测得的几组电流、电压值见表1.分析表中数据可知:电阻箱接入电路的阻值为 Ω;当导体的电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成 关系.
实验序号 | 电压U/V | 电流I/A |
1 | 1.0 | 0.20 |
2 | 1.5 | 0.30 |
3 | 2.0 | 0.40 |
实验序号 | 电阻R/Ω | 电流I/A |
1 | 5 | 0.40 |
2 | 10 | 0.20 |
3 | 20 | 0.10 |
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(2)探究电流与电阻的关系时,应调节 改变接入电路中的阻值,并调节
使电压表的示数保持相同,读出电流值,所测几组数据见表2.分析表中数据可知:滑动变阻器两端的电压为 V;当导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成 关系.
(3).就本实验所用器材,在探究电流与电阻的关系时,若保持电阻箱两端的电压为2V,为能完成实验,电阻 箱可接入电路的阻值范围是 Ω至 Ω.(保留一位小数)