5、比较法
某些问题中,因实验器材不具备(缺电流表或电压表),或因实验条件限制,或因实验精度不允许而不能用“伏安法”。这时我们就得依据问题的具体条件和要求重新选择实验原理,用“伏安法”的替代形式--“比较法”来设计实验方案。
例7.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。
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器材代号 |
规格 |
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电流表(A1) |
量程100mA,内阻r1待测(约40Ω) |
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电流表(A2) |
量程500uA,内阻r2=750Ω |
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电压表(V) |
量程10V,内阻r3=10kΩ |
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电阻(R1) |
阻值约100Ω,作保护电阻用 |
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滑动变阻器(R2) |
总阻值约50Ω |
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电池(E) |
电动势1.5V,内阻很小 |
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开关(K) |
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导线若干 |
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(1)画出电路图,标明利用器材的代号。
(2)若选测量数据中的一组来计算r1,则所用的表达式r1=________________,式中各符号的意义是____________________________________。
解析:分析题意知道需测量电流表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,但经分析即使该电流表满偏时两端电压仅为0.4V,远小于10V量程。这恰恰就是本题设计考核学生应变能力的“陷阱”
根据所列仪器的特点,电流表A2内阻已知,由此可采用两电流表并联,因为两电流表两端电压相等即可省去电压的测量,从而减小实验误差,由I2r2=I1r1得r1=![]()
此题也可理解为“将已知内阻的电流表A2当成电压表使用”。这实际也是伏安法的一种推广形式。
*测量电表内阻Rg的方法:
①替代法(电阻箱)
左图开关先接1,再接2;右图开关先接a,再接b。
③半偏法
I.恒流半偏法测电流表内阻
如图1中E为电源,其电动势为
,R1为滑动变阻器,R2为电阻箱,A为电流表,用此电路,经以下步骤可近似测得A的内阻RA:①闭合K1,断开K2,调节R1,使电流表读数等于量程I0;(要注意不要使通过电流表的电流超过它的满偏电流值,以免把电表烧坏)②保持R1不变,闭合K2,调节R2,使电流表读数等于
(半偏),然后读出R2的值,当R1比R2大很多时接入R2后,干路中电流变化不大,因此可以取RA
R2。(偏小)
(适合测量电流表小电阻,要求R1>>RA)
改进方法:干路串联一个电流表控制Ig不变。
II.恒压半偏法测电压表内阻
某同学设计了用如图2所示的电路测量量程为1V的电压表的内阻RV(RV在800到900Ω之间),实验方法和步骤是:
①断开开关S,按图连好电路
②把滑动变阻器的触头P滑到b端
③将电阻箱的阻值调到零
④闭合开关S
⑤调节滑动变阻器R的阻值,使电压表的示数为1V(满偏)
⑥调节电阻箱R0的阻值使电压表示数为0.5V,(半偏)读出此时电阻箱R0的阻值,此值即为电压表的内电阻RV的测量值;
⑦最后断开开关S。
(适合测量电压表大电阻,要求RV>> R)
改进方法:Pb间并联一个电压表控制Ug不变。
当RV远大于 R时,能保正Pb两端的电压恒定为电压表的量程1V,调节电阻箱R0的阻值使电压表示数为0.5V,(半偏)即与之串联的电阻箱两端的电压也是0.5V,串联分压,电压与阻值成正比,读出此时电阻箱R0的阻值,即有RV= R0。(偏大)