1、巩固层巩固层知识整合知识整合 提升层提升层能力强化能力强化 伏安法测电阻伏安法测电阻 1.原理：原理：由由 RU I 知，只要测出电阻两端的电压及通过导体的电流就可算出导体的知，只要测出电阻两端的电压及通过导体的电流就可算出导体的 电阻。电阻。 2电路：电路：如图如图(a)所示，电流表接在电压表的两接线柱外侧，通常叫所示，电流表接在电压表的两接线柱外侧，通常叫“ “外接法外接法”； 如图如图(b)所示，电流表接在电压表的两接线柱内侧，通常叫所示，电流表接在电压表的两接线柱内侧，通常叫“内接法内接法”。 (a)(b) 3伏安法测电阻的误差分析伏安法测电阻的误差分析 如上如上(a)、(b)图所示图
2、所示，R 为待测电阻为待测电阻，因为电流表因为电流表、电压表分别有分压电压表分别有分压、分流作用分流作用， 因此两种方法测量电阻都有误差。因此两种方法测量电阻都有误差。 (1)电流表外接法电流表外接法 电压表示数：电压表示数：UVUR，电流表示数：，电流表示数：IAIRIVIR，R测 测 UV IA UR，电流表示数：，电流表示数：IAIR，R测 测 UV IA UR IR R真 真，测量值 ，测量值 偏大，适用于测量大阻值电阻。偏大，适用于测量大阻值电阻。 内接法误差来源于电流表的分压作用内接法误差来源于电流表的分压作用，分压越小分压越小，误差越小误差越小，所以该电路适用于测所以该电路适用于
3、测 量大电阻，即量大电阻，即 RRA。 4伏安法测电阻时电路选择的方法伏安法测电阻时电路选择的方法 (1)定量判定法定量判定法 当已知待测电阻的大约值当已知待测电阻的大约值 Rx，电流表的内阻，电流表的内阻 RA和电压表的内阻和电压表的内阻 RV，则，则 当当Rx RA RV Rx，即 ，即 Rx RARV时，选用电流表内接法；时，选用电流表内接法； 当当Rx RA RV Rx，即 ，即 Rx RARV时，选用电流表外接法；时，选用电流表外接法； 当当Rx RA RV Rx，即 ，即 Rx RARV时，选用电流表的两种接法都可以。时，选用电流表的两种接法都可以。 (2)试触法试触法 若不知若不
4、知 Rx的大概值，为了选择正确的电路接法以减小的大概值，为了选择正确的电路接法以减小误差，误差， 可将电路如图所示连接可将电路如图所示连接，只空出电压表的一个接头只空出电压表的一个接头 S，然后然后将将 S 分分 别与别与 a、 b 接触一下接触一下， 观察电压表和电流表的示数变化情况观察电压表和电流表的示数变化情况：与与 a 接触，若电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，即接触，若电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，即 Rx是一个高阻值电是一个高阻值电 阻阻，应选用内接法应选用内接法，S 应接应接 b 测量测量；与与 b 接触接触，若电压表示数有显著变化若电压表示数有显
5、著变化，说明电流说明电流 表的分压作用较强，即表的分压作用较强，即 Rx是一个低阻值电阻，应选用外接法，是一个低阻值电阻，应选用外接法，S 应接应接 a 测量。测量。 【例【例 1】用伏安法测量某电阻用伏安法测量某电阻 Rx的阻值，现有实验器材如下：的阻值，现有实验器材如下： A待测电阻待测电阻 Rx：范围在：范围在 58 ，额定电流，额定电流 0.45A B电流表电流表 A1：量程：量程 00.6A(内阻内阻 0.2 ) C电流表电流表 A2：量程：量程 03 A(内阻内阻 0.05 ) D电压表电压表 V1：量程：量程 03 V(内阻内阻 3 k) E电压表电压表 V2：量程：量程 015
6、 V(内阻内阻 15 k) F滑动变阻器滑动变阻器 R0100 G蓄电池：电动势蓄电池：电动势 12 V H导线，开关导线，开关 为了较准确地测量为了较准确地测量， 并保证器材安全并保证器材安全， 电流表应选电流表应选_， 电压表应选电压表应选_， 电流表应电流表应_(选填选填“内内”或或“外外”)接。接。 解析解析待测电阻待测电阻 Rx的额定电流为的额定电流为 0.45A， 应选电流表应选电流表 A1， 额定电压额定电压 Umax 0.458 V3.6 V，应选电压表，应选电压表 V1；由于；由于 RVRA 3 000 0.2 600 ，Rx RVRA， 因此选用电流表的外接法测电阻。因此选
7、用电流表的外接法测电阻。 答案答案BD外外 一语通关一语通关 无论电流表内接还是外接无论电流表内接还是外接，都会对电阻的测量带来系统误差都会对电阻的测量带来系统误差，但对同一个待测电阻但对同一个待测电阻 而言，选用两种不同的测量方法，相对误差是不一样的，所以从测量精确的角度出发而言，选用两种不同的测量方法，相对误差是不一样的，所以从测量精确的角度出发， 尽量选择相对误差较小的测量方法。尽量选择相对误差较小的测量方法。 滑动变阻器的分压式和限流式接法滑动变阻器的分压式和限流式接法 比较比较 内容内容 两种接法两种接法 限流接法限流接法分压接法分压接法 电路图电路图(图图中中 R 为负载电阻为负载
8、电阻， R0为滑动变阻器为滑动变阻器) 闭合开关前滑片位置闭合开关前滑片位置 滑动触头在最左端滑动触头在最左端，即保证即保证 滑动变阻器接入电路中的滑动变阻器接入电路中的 阻值最大阻值最大 滑片在最左端，即开始时滑片在最左端，即开始时 R 上得到的电压为零上得到的电压为零 负载两端的电压调节范围负载两端的电压调节范围 R R0RU U 0U 通过负载的电流调节范围通过负载的电流调节范围 U R0R U R 0U R 【例【例 2】一只小灯泡标有一只小灯泡标有“3 V0.6 W”字样，现用下面给出的器材测量该小字样，现用下面给出的器材测量该小 灯泡正常发光时的电阻灯泡正常发光时的电阻。电源电动势
9、为电源电动势为 12 V，内阻为内阻为 1 ；最大阻值为最大阻值为 5 的滑动变阻的滑动变阻 器；电流表的内阻为器；电流表的内阻为 1 ；电压表的内阻为；电压表的内阻为 10 k；开关一个、导线若干。；开关一个、导线若干。 (1)在设计电路的过程中在设计电路的过程中， 为了尽量减小实验误差为了尽量减小实验误差， 电流表应采用电流表应采用_(选填选填“内内 接接”或或“外接外接”)法。滑动变阻器应采用法。滑动变阻器应采用_(选填选填“分压式分压式”或或“限流式限流式”)接法接法。 (2)在虚线框内画出你所设计的实验电路图在虚线框内画出你所设计的实验电路图(尽量减小实验误差尽量减小实验误差)。 解
10、析解析(1)因小灯泡正常工作时的电阻约为因小灯泡正常工作时的电阻约为 RxU 2 P 15 ， 而电流表而电流表、 电压表的内电压表的内 阻分别为阻分别为 1 和和 10 k，满足满足 RVRx，电流表应采用外接法电流表应采用外接法；实验中因小灯泡两端电压实验中因小灯泡两端电压 只需只需 3 V，而电源电动势为，而电源电动势为 12 V，所以滑动变阻器应采用分压式接法。，所以滑动变阻器应采用分压式接法。 (2)电路图如图所示。电路图如图所示。 答案答案(1)外接外接分压式分压式(2)见解析图见解析图 一语通关一语通关 分压和限流电路的选择原则分压和限流电路的选择原则 (1)若采用限流式接法不能
11、控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大 时，待测电阻上的电流时，待测电阻上的电流(或电压或电压)仍超过电流表仍超过电流表(或电压表或电压表)的量程，或超过待测电阻的额的量程，或超过待测电阻的额 定电流定电流(或电压或电压)，此时，则必须选用分压式电路。，此时，则必须选用分压式电路。 (2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻 器的滑片从一端滑到另一端时器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大待测
12、电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时此时，应用应用 分压式电路。分压式电路。 (3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。 (4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简 单、能耗低。单、能耗低。 培养层培养层素养升华素养升华 测定金属的电阻率测定金属的电阻率 某实验小组计划用伏安法测定金属丝的电阻，进而测定该金属的电阻率。某实验小组计划用伏安法测定金属丝的电阻，进而测定该金属的电阻率。 设问探究设问探究 1某次实验时金属丝的直径以
13、及电流表、电压表的示数如图甲、乙、丙所示，则某次实验时金属丝的直径以及电流表、电压表的示数如图甲、乙、丙所示，则 读数分别是多大？读数分别是多大？ 甲甲乙乙丙丙 2 如果所用电流表内阻约几欧如果所用电流表内阻约几欧， 电压表内阻约电压表内阻约 20 k， 滑动变阻器的阻值范围为滑动变阻器的阻值范围为 0 10 ，要求电源功率尽量小。则选择如下哪个电路实验误差更小？，要求电源功率尽量小。则选择如下哪个电路实验误差更小？ 3用用“2”中你所选的电路测金属丝的电阻时中你所选的电路测金属丝的电阻时，测量结果比真实值大些还是小些？测量结果比真实值大些还是小些？ 4如果电流表内阻的准确值如果电流表内阻的准
14、确值 RA2.0 ，那么选那么选“2”中的哪个电路能准确测出中的哪个电路能准确测出 Rx 的值？的值？ 提示：提示：1.螺旋测微器先读固定部分为螺旋测微器先读固定部分为 0.5 mm，螺旋测微器读数为，螺旋测微器读数为 0.5 mm 49.80.01 mm0.998 mm； 电流表量程为电流表量程为 0.6A， 则最小刻度为则最小刻度为 0.02A， ， 指针所指为指针所指为 0.42 A；电压表量程为；电压表量程为 3 V，最小刻度为，最小刻度为 0.1 V，则读数为，则读数为 2.30 V。 2要使电源功率尽量小，滑动变阻器应采用限流式接法，同时电压表内阻较大，要使电源功率尽量小，滑动变阻
15、器应采用限流式接法，同时电压表内阻较大， 由以上读数可知，待测电阻的阻值约为由以上读数可知，待测电阻的阻值约为 5 ，故采用电流表外接法误差较小，故选，故采用电流表外接法误差较小，故选 A。 3在实验中电压表示数准确，但电流表测量的是干路电流，故电流表示数偏大，在实验中电压表示数准确，但电流表测量的是干路电流，故电流表示数偏大， 则由欧姆定律得出的结果偏小。则由欧姆定律得出的结果偏小。 4因已知电流表内阻准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻，故应因已知电流表内阻准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻，故应 选选 B 电路。电路。 深度思考深度思考 1 用伏安法测金属丝的电阻用
16、伏安法测金属丝的电阻 Rx。 实验所用器材为实验所用器材为： 电池组电池组(电动势电动势 3 V， 内阻约内阻约 1 )、 电流表电流表(内阻约内阻约 0.1 )、电压表、电压表(内阻约内阻约 3 k)、滑动变阻器、滑动变阻器 R(020 ，额定电流，额定电流 2A)、 开关开关、导线若干导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量进行实验测量，记录数据记录数据 如下：如下： 次数次数1234567 U/V0.100.300.701.001.501.702.30 I/A0.0200.0600.1600.2200.3400.4600.520 由
17、以上实验数据可知，他们测量由以上实验数据可知，他们测量 Rx是采用图中的是采用图中的_(选填选填“甲甲”或或“乙乙”) 图。图。 甲甲乙乙 解析解析通过给定的数据发现电压接近从零开始通过给定的数据发现电压接近从零开始，故滑动变阻器采用的是分压式接故滑动变阻器采用的是分压式接 法，法，Rx RARV，电流表应采用外接法即甲图。，电流表应采用外接法即甲图。 答案答案甲甲 2 某兴趣小组用某兴趣小组用“测定金属丝的电阻率测定金属丝的电阻率”的实验方法测的实验方法测出 金 属出 金 属 丝的长度，用螺旋测微器测量金属丝的直径，用伏安法测出丝的长度，用螺旋测微器测量金属丝的直径，用伏安法测出金 属 丝金
18、 属 丝 的电阻，然后根据公式计算出该金属丝的电阻率。的电阻，然后根据公式计算出该金属丝的电阻率。 (1)若用螺旋测微器测得金属丝直径若用螺旋测微器测得金属丝直径 d 的读数如图，则直的读数如图，则直径径 d _mm。 为了进一步测量一待测电阻为了进一步测量一待测电阻 Rx的阻值，准备先用多用电表粗测出它的阻值，然后的阻值，准备先用多用电表粗测出它的阻值，然后 再用伏安法精确地测量。实验室里准备了以下器材：再用伏安法精确地测量。实验室里准备了以下器材： A多用电表多用电表 B电压表电压表 V，量程，量程 06 V，内阻约，内阻约 10 k C电流表电流表 A1，量程，量程 00.6 A，内阻约
19、，内阻约 0.2 D电流表电流表 A2，量程，量程 03 A，内阻约，内阻约 0.2 E电源：电源：22 V F滑动变阻器滑动变阻器 R1，最大阻值，最大阻值 20 ，最大电流为，最大电流为 2A G滑动变阻器滑动变阻器 R2，最大阻值，最大阻值 50 ，最大电流为，最大电流为 0.2A H导线、电键若干导线、电键若干 (2)在用多用电表粗测电阻时在用多用电表粗测电阻时， 该兴趣小组首先选用该兴趣小组首先选用“10”欧姆挡欧姆挡， 其阻值如图甲其阻值如图甲 中指针所示，中指针所示， 甲甲乙乙 为了减小多用电表的读数误差，多用电表的选择开关应换用为了减小多用电表的读数误差，多用电表的选择开关应换
20、用_(选填选填 “100”或或“1”)欧姆挡；按正确的操作程序再一次用多用电表测量该待测电阻的欧姆挡；按正确的操作程序再一次用多用电表测量该待测电阻的 阻值时，其阻值如图乙中指针所示，则阻值时，其阻值如图乙中指针所示，则 Rx的阻值大约是的阻值大约是_； (3)在用伏安法测量该电阻的阻值时，要求待测电阻的电压从在用伏安法测量该电阻的阻值时，要求待测电阻的电压从 0 开始可以连续调节开始可以连续调节， 则在上述器材中应选出电流表则在上述器材中应选出电流表_和滑动变阻器和滑动变阻器_(填器材前面的字母代填器材前面的字母代 号号)； (4)在虚线框内画出用伏安法测量该电阻的阻值时的实验电路。在虚线框
21、内画出用伏安法测量该电阻的阻值时的实验电路。 解析解析(1)由螺旋测微器的读数规则可知由螺旋测微器的读数规则可知 d(0.50.012.0)mm 0.520 mm。 (2)选用选用“10”欧姆挡时甲图指针偏转过大欧姆挡时甲图指针偏转过大， 说明被测电阻的阻值较小说明被测电阻的阻值较小， 应改用较应改用较 低的挡位低的挡位“1”； 欧姆表的读数规则：欧姆表读数刻度盘读数乘倍率，因此欧姆表的读数规则：欧姆表读数刻度盘读数乘倍率，因此 R91 9 。故。故 挡位为挡位为“1”，电阻，电阻 Rx91 9 。 (3)在该实验中要求待测电阻的电压从在该实验中要求待测电阻的电压从 0 开始可以连续调节开始可
22、以连续调节， 因此说明滑动变阻器的因此说明滑动变阻器的 接法为分压式接法为分压式，而分压式滑动变阻器的选择为阻值越小越好而分压式滑动变阻器的选择为阻值越小越好，因此选择滑动变阻器因此选择滑动变阻器 R1； 该实验中电压表的量程为该实验中电压表的量程为 06 V，待测电阻的阻值约为待测电阻的阻值约为 9 ，因此当电压表满偏时电流因此当电压表满偏时电流 表的示数表的示数 I16 9A 0.67A， 半偏时为半偏时为 I23 9A 0.33A， 因此选因此选 00.6A 的电流表的电流表 A1正合正合 适。如果选择适。如果选择 03A 的电流表，因电流表工作时读数为其三分之一到三分之二量程比的电流表
23、，因电流表工作时读数为其三分之一到三分之二量程比 较准确较准确，当取三分之一量程即当取三分之一量程即 1A 时电路中时电路中 Rx两端的电压两端的电压 URx19 V9 V 大于电压大于电压 表的量程，因此不能选表的量程，因此不能选 03 A 的电流表。的电流表。 故电流表应选故电流表应选 C，滑动变阻器应选，滑动变阻器应选 F (4) RVRA 10 0000.2 45 9 ，因此待测电阻属于小电阻，用外接法，因此待测电阻属于小电阻，用外接法， 因此电路图为因此电路图为 答案答案(1)0.520(2)“1”9(3)CF(4)见解析见解析 素养点评素养点评 在测量金属电阻率的实验中在测量金属电阻率的实验中，关键是测量金属丝的电阻关键是测量金属丝的电阻，在测电阻的方法中最常用在测电阻的方法中最常用 最基本的方法是伏安法。根据题目要求合理选取实验器材、设计实验电路最基本的方法是伏安法。根据题目要求合理选取实验器材、设计实验电路(注意电流表注意电流表 内、外接法和滑动变阻器的分压、限流接法的判断内、外接法和滑动变阻器的分压、限流接法的判断)、处理实验数据，分析实验结果，、处理实验数据，分析实验结果， 是该类考题常涉及的实验问题，以考查学生的科学探究能力。是该类考题常涉及的实验问题，以考查学生的科学探究能力。
