2、滑动变阻器的限流接法与分压接法的选择方法 滑动变阻器以何种接法接入电路,应遵循安全性、精确性、节能性、方便性原则综合考虑,灵活择取.
(1)下列三种情况必须选用分压式接法
①要求回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节时(如:测定导体的伏安特性、校对改装后的电表等电路),即大范围内测量时,必须采用分压接法.
②当用电器的电阻RL远大于滑动变阻器的最大值R0,且实验要求的电压变化范围较大(或要求测量多组数据)时,必须采用分压接法.因为按图(b)连接时,因RL>>R0>Rap,所以RL与Rap的并联值R并≈Rap,而整个电路的总阻约为R0,那么RL两端电压UL=IR并=
·Rap,显然UL∝Rap,且Rap越小,这种线性关系越好,电表的变化越平稳均匀,越便于观察和操作.
③若采用限流接法,电路中实际电压(或电流)的最小值仍超过RL的额定值时,只能采用分压接法.
(2)下列情况可选用限流式接法
①测量时电路电流或电压没有要求从零开始连续调节,只是小范围内测量,且RL与R0接近或RL略小于R0,采用限流式接法.
②电源的放电电流或滑动变阻器的额定电流太小,不能满足分压式接法的要求时,采用限流式接法.
③没有很高的要求,仅从安全性和精确性角度分析两者均可采用时,可考虑安装简便和节能因素采用限流式接法.
例3、用伏安法测量某一电阻Rx阻值,现有实验器材如下:待测电阻Rx(阻值约5 Ω,额定功率为1 W);电流表A1(量程0~0.6 A,内阻0.2 Ω);电流表A2(量程0~3 A,内阻0.05 Ω);电压表V1(量程0~3V,内阻3 kΩ);电压表V2(量程0~15 V,内阻15 kΩ);滑动变阻器
R0(0~50 Ω),蓄电池(电动势为6 V)、开关、导线.
为了较准确测量Rx阻值,电压表、电流表应选________,并画出实验电路图.
(四)万用电表的使用1、使用步骤及注意事项:
(1)使用前应看一下指针是否指在刻度盘左端的零刻线处。如果
不在,就应该进行机械调零:用小螺丝刀轻旋表头正下方处的调零螺丝,使指针指左端零刻线。
(2)根据被测物理量及其数量级将选择开关旋到相应的位置。读数时还要注意选用刻度盘上对应的量程刻度。(如测量20mA左右的直流电流,应将选择开关对准左边100mA量程处,在刻度盘上,应该看最下方的刻度,即满偏刻度为10的刻度线,从刻度盘读出数据后还应再乘10,得测量结果。)
(3)使用欧姆挡时,在选好倍率后,还必须进行欧姆调零。方法是:将红、黑表笔短接,调节欧姆调零旋钮,使指针指右端零刻线处。因此用多用电表的欧姆挡测电阻的操作步骤是:
①选挡。一般比被测电阻的估计值低一个数量级,如估计值为200Ω就应该选×10的倍率。
②进行欧姆调零。
③将红黑表笔接被测电阻两端进行测量。 ④将指针示数乘以倍率,得测量值。
⑤将选择开关扳到OFF或交流电压最高挡。
用欧姆挡测电阻,如果指针偏转角度太小(即指针所指的刻度值太大),应该增大倍率重新调零后再测;如果指针偏转角度太大(即指针所指的刻度值太小),应该减小倍率重新调零后再测。
(4)使用多用电表时,两只手只能握住表笔的绝缘棒部分,不能接触表笔上的金属部分。
2、欧姆表测电阻
(1)原理是闭合电路欧姆定律.
(2)当红、黑表笔之间接入某一电阻Rx时,通过欧姆表的电流为.
若I=0,则Rx=∞;I=Ig时,Rx=0。
欧姆表刻度具有反向性和非线性特点,表盘刻度不均匀. 当
,
表盘中值电阻
,中值电阻一定,表盘刻度就唯一确定.
欧姆表中的电池用久了,电动势和内阻都要发生变化,只能用来粗略测量电阻.
例4、如图,电流表满偏电流Ig=500μA,线圈电阻Rg=200Ω,电动势E=1.5V,电流表盘刻有欧姆表刻度线,指针指在满刻度时共转过90°.
(1)指针半偏时所对应的阻值是多少? (2)指针转过30°时所对应的阻值是多少?
(3)若电池使用久了,电动势变为1.4V,这种情况下测电阻时若指针指在中间阻值处,求被测电阻真实值。
(五)测定电池的电动势和内阻1、实验原理
如图(1)所示电路,改变电阻R,从电压表和电流表可测出几组U、I值,利用闭合电路欧姆定律可以求出E、r.
2、数据处理
①测出两组U、I值,列方程组可解出E、r.
②图象法处理数据,测出多组(不少于6组)、I值,在
—I直角坐标系中标出各点,画出
—I图象,如图(2)所示,图象的纵截距为E,横截距为短路电流,
.
图象法比较好地利用各组测量数据,并能排除奇异点,能够减小偶然误差.
3、误差分析:
由于电流表和电压表不是理想电表,就会带来一定的系统误差,下面分别分析电流表内接和外接两种情况下的系统误差.
(1)如图(3)所示,电流表接在了外边,电压表所测为电源的外电压,而电流表读数比流过电源的电流值要小,测量存在系统误差.
电压表的读数越大,
越大,电流表的测量误差也越大,如图(4)所示,短路时,=0,测量值与真实值相同.
由图象可知,
定量分析:=-
此函数式的纵截距为: 斜率的绝对值为:
当r时,.
(2)如图(5)所示,电流表接在了里边,电流表所测的电流为流过电源的电流,电压表所测电压比路端电压小.
当电路中电流增加时,
,电压表读数的误差随着增加,U—I图象如图(6)所示,测量值图线比较陡,=E,>r.
由等效电路可知,
.一般安培表的内阻与r接近,所以这种方法测出的内阻误差较大.
答案
例1、解析:因电流表的满偏电流IgUg=IgRg=1V ①改装成电压表时,由串联分压
即需串联一个阻值为9kΩ的分压电阻.
②改装成电流表时,由并联分流:
即需并联一个阻值为0.11kΩ的分流电阻.
例2、解:
本题利用电压表指电压,电流表指电流的功能,根据欧姆定律R=
计算电流表的内阻。由于电源电动势为4V,在量程为15V的电压表中有
的刻度没有利用,测量误差较大,因而不能选;量程为3V的电压表其量程虽然小于电源电动势,但可在电路中接入滑动变阻器进行保护,故选用电压表V1。由于电流表的内阻在0.1Ω~0.2Ω之间,量程为0.6A ,电流表上允许通过的最大电压为0.12V,因而伏特表不能并联在电流表的两端,必须将一个阻值为5Ω的定值电阻R2与电流表串联再接到伏特表上,才满足要求。滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合
要求,但考虑限流的连接方式节能些,因而滑动变阻器采用限流的连接方式。故本题电压表选用V1;设计电路图如图1所示;电流表A1内阻的表达式为:RA =
-R2。
例3、错解分析:
没能据安全性、准确性原则选择A1和V1,忽视了节能、方便的原则,采用了变阻器的分压接法.
解题方法与技巧:
由待测电阻Rx额定功率和阻值的大约值,可以计算待测电阻Rx的额定电压、额定电流的值约为
U=≈2.2 V,I=
=0.45 A.
则电流表应选A1,电压表应选V1. 又因
=24.5 Ω>Rx,则电流表必须外接.
因为滑动变阻器的全阻值大于被测电阻Rx,故首先考虑滑动变阻器的限流接法,若用限流接法,则被测电阻Rx上的最小电流为Imin==0.11 A<I额,故可用限流电路.电路如图所示.
例4、解析:
(1)设电源内阻为r,指针满偏时,
指针指在表盘正时,
(2)指针转过30°时对应阻值为Rx,则:
(3)电动势Eʹ=1.4V时对应的中值电阻
指针半偏处仍刻着3000Ω,而实际电阻只有2800Ω,可见用欧姆表测电阻时,由于电动势变小,电阻的测量值偏大,电阻的测量将产生系统误差。
高考真题
答案:(1)并联电阻箱后电路总阻值减小,从而使总电流增大。(2)见解题详析 (3)2.86,2.37
解析:(1)测量电流表内阻的实验方法是半偏法,其实验步骤是:①断开开关S,闭合开关K,调节滑动变阻器的滑动头P,使电流表指针满偏;②将开关S接C,保持滑动变阻器的滑动头P的位置不变,调节电阻箱R,使电流表指针半偏,此时电阻箱的读数等于电流表的内阻。由于电阻箱的并入,使电路中的总电流增大,电流表内阻的测量值偏小。
(2)①断开开关K,将电阻箱R的阻值调到最大,再将开关S掷向D;
②调节电阻箱R直到电流表有一合适的示数,改变R的阻值,进行多次测量,记录每次电阻箱的阻值和电流表示数。
(3)此实验测定电源电动势和内阻的原理式是: ,即
显然,图线的斜率的倒数表示电源电动势E,图线的截距表示,由图线可得,,,则。