2022年高二物理 (人教大綱版)第二冊 第十四章 恒定電流 七、電壓表和電流表(第二課時)

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1、2022年高二物理 (人教大綱版)第二冊 第十四章 恒定電流 七、電壓表和電流表(第二課時) 一、引入新課 [師]電阻是導體本身的一個重要電學參量,在實際中經(jīng)常需要測量電阻.這節(jié)課我們就研究有關電阻測量的問題. 二、新課教學 [師]請同學們回憶部分電路歐姆定律的內(nèi)容及公式. [生]導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比.寫成公式為I=. [師]由I=可知,測出哪些物理量就可以計算出導體的電阻? [生]根據(jù)部分電路歐姆定律I=可知,電阻R=.因此,只要用電壓表測出電阻兩端的電壓U,用電流表測出通過電阻的電流I,就可以求出導體的阻值R. [師]物理上把這種利用電

2、壓表和電流表測電阻的方法叫做伏安法. 現(xiàn)有下列儀器:電源、電壓表、電流表、電鍵和待測電阻各一只,請同學們設計測量電阻的電路圖. [生]在教師的指導下討論,最后總結出可有兩種測量電路. [投影]兩種測量電路,如圖所示. 說明:如果要調(diào)節(jié)待測電阻兩端的電壓,還可以在電路中接入滑動變阻器. [師](甲)電路通常稱為電流表外接法,(乙)電路通常稱為電流表內(nèi)接法.如果是理想情況,即電流表內(nèi)阻為零,電壓表的電阻趨近于無窮大,兩種電路的測量結果怎樣? [生]相同. [師]我們在初中討論的就是這種理想情況.但是實際中,由于電壓表和電流表本身具有內(nèi)阻,把它們連入電路中以后,不可避免地要改變被測

3、電路中的電壓和電流,給測量結果帶來誤差.請同學們思考:用圖(甲)電路測量時,電壓表測量的是哪里的電壓? [生]是待測電阻兩端的電壓. [師]電流表測量的是通過待測電阻的電流嗎?為什么? [生]不是.因為電壓表中還有分流,所以電流表測出的是通過待測電阻和電壓表的電流之和. [師]電流表的讀數(shù)比實際流過待測電阻的電流大還是??? [生]大. [師]根據(jù)Rx=求得的電阻呢? [生]求出的電阻值要比真實值小.即R測

4、,即 R測=解得R真=. [師]用乙圖的電路測量時,電流表測量的是哪里的電流? [生]電流表測量的是通過待測電阻的電流. [師]電壓表測量的是待測電阻兩端的電壓嗎?為什么? [生]不是.因為電流表要分去一部分電壓,所以電壓表測出的是加在待測電阻與電流表兩端的電壓之和. [師]電壓表的讀數(shù)比待測電阻兩端的實際電壓大還是??? [生]大. [師]據(jù)Rx=求得的電阻呢? [生]求出的電阻要比真實值大.即R測>R真. [師]若已知電流表的內(nèi)阻RA和待測電阻的測量值R測,怎樣求得待測電阻的真實值? [生]討論并回答: 電流表內(nèi)接法測得的電阻是待測電阻與電流表電阻的串聯(lián)值,即R測=R

5、A+R真 解得R真=R測-RA [師]通過上述分析可以知道:無論采用電流表外接法,還是電流表內(nèi)接法測量電阻都有誤差,那么哪種電路的測量結果更接近待測電阻的真實值呢? [生]在教師的指導下討論. (1)若待測電阻的阻值Rx比電壓表內(nèi)阻RV小得越多,因電壓表分流引起的誤差就越小,故采用電流表外接法; (2)若待測電阻的阻值Rx比電流表的內(nèi)阻RA大得多,因電流表的分壓引起的誤差就越小,故采用電流表內(nèi)接法. [練習]如圖所示,用伏安法測定一個定值電阻的阻值,實驗所需器材規(guī)格如下: 待測電阻Rx(約100 Ω )、直流毫安表(量程10 mA,內(nèi)阻50 Ω)、直流電壓表(量程3 V,內(nèi)阻5

6、kΩ)、直流電源(輸出電壓4 V,內(nèi)阻可不計)、滑動變阻器(最大阻值15 Ω,允許最大電流1 A)、電鍵1個,導線若干條. 根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求,在本題的實物圖上連線.如下圖所示. 解析:據(jù)題意知,直流毫安表的量程為10 mA,電源電壓為4 V,滑動變阻器的最大阻值為15 Ω,若選用限流電路,電路中的最小電流為35 mA,超過毫安表的量程,所以滑動變阻器應采用分壓電路.因為待測電阻Rx約為100 Ω,比電壓表的內(nèi)阻5 kΩ小得多,所以采用電流表外接法.電路連接情況如下圖所示. 三、小結 通過本節(jié)課的學習,主要學習了以下幾個問題: 1.伏安法測電阻的原理是部分電路的歐姆定律

7、. 2.利用伏安法測電阻時,為了減小測量誤差,電路的連接方法通常有兩種:電流表外接法和電流表內(nèi)接法. 3.當RV>>Rx時,電壓表分流作用小,采用電流表外接法.當Rx>>RA時,電流表分壓作用小,采用電流表內(nèi)接法. 四、作業(yè) 1.練習五(3)、(4) 2.預習分組實驗“探索黑箱內(nèi)的電學元件” 五、板書設計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 1.圖(b)中E為電源,其電動勢為E,R1為滑動變阻器,R2為電阻箱,A為電流表.用此電路經(jīng)以下步驟可近似測得A的內(nèi)阻RA:①閉合K1,斷開K2,調(diào)節(jié)R1,使電流表讀數(shù)等于其量程I0;②保持R1不變,閉合K2,調(diào)節(jié)R2,使電流表讀數(shù)等于,然后讀出R2

8、的值,取RA=R2. (1)按圖(a)所示電路在圖(b)所給出的實物中畫出連接導線. (2)真實值與測量值之差除以真實值叫做測量結果的相對誤差,即.試導出它與電源電動勢E、電流表量程I0及電流表內(nèi)阻RA的關系式. (3)若I0=10 mA,真實值RA約為30 Ω,要想使測量結果的相對誤差不大于5%,電源電動勢最小應為多少伏? 2.圖(a)為測量電阻的電路,Rx為待測電阻,R的阻值已知.R′為保護電阻,阻值未知.電源E的電動勢未知.K1、K2均為單刀雙擲開關.A為電流表,其內(nèi)阻不計. (1)按圖(a)所示的電路,在圖(b)的實物圖上連線. (2)測量Rx的步驟為:將K2向d閉合,

9、K1向_______閉合,記下電流表讀數(shù)I1,再將K2向c閉合,K1向_______閉合,記下電流表讀數(shù)I2. 計算Rx的公式是Rx=_______. 3.圖甲、乙是兩組同樣的器材實物圖,用來測量待測電阻R的阻值,每組器材中包括:電池、電鍵、變阻器、電壓表、電流表、待測電阻R、若干導線. 圖甲 圖乙 (1)如果待測電阻R的阻值比電壓表的內(nèi)阻不是小很多,但R的阻值比電流表的內(nèi)阻大很多,試在圖甲中連線使之成為測量電路;如果待測電阻R的阻值比電流表的內(nèi)阻不是大很多,但R的阻值比電壓表的內(nèi)阻小很

10、多,試在圖乙中連線使之成為測量電路. (2)求用甲、乙兩組器材分別測量R時的值. 參考答案: 1.解析:(1)連線如圖所示 (2)由步驟①連成電路應用全電路歐姆定律得: I0= ① 由步驟②連成電路,根據(jù)電路串、并聯(lián)關系得: ② ①②式聯(lián)立解得 ③ (3)由③式代入數(shù)據(jù)得E=I0RA/5%=6 V 2.解析: (1)如下圖所示 (2)將K2向d閉合,K1向a閉合時,Rx與R并聯(lián),I1是流過Rx的電流;當K2向c閉合,K1向b閉合時,Rx與R并聯(lián),I2是流過R的電流.R′是保護電阻,阻值應該很大,才能保證電路結構變化時起保護作用,也就是說Rx和R并聯(lián)電路兩端可以看做恒壓,有I1Rx=I2R,所以Rx=I2R/I1 3.解析:(1)如圖所示 (2)用圖甲線路時,R= ① 用圖乙線路時,R= ②

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