上海高中物理——电测量的新理念.docVIP

上海高中物理——电阻测量的新理念 从1995年到2005年，全国高考与部分省市高考的物理试卷中，以设计性实验的形式考查电阻测量的原理和方法的试题就有40多个，涉及定值电阻、电压表内阻、电流表内阻、电源内阻的测量等情形。就是这种在伏安法的基础上演变而来的设计性实验，每年却让许多考生失利。其原因是：考生观念不新，思路不广，在运用伏安法时，生搬硬套造成的。在此，笔者向大家介绍几种电阻测量的新思路和新方法，帮助考生开阔思路，提高创新能力。一、“伏伏”法 “伏伏”法是利用两块电压表（伏特表）测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电压表测电流（或算电流），此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形。设计电路时不仅要考虑电压表的量程，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。 1．利用“伏伏”法测电压表的内阻 例1　为了测量量程为3V的电压表V的内阻（内阻约2000Ω），实验室可以提供的器材有：电流表A1，量程为0．6A，内阻约为0．1Ω；电压表V2，量程为5V，内阻约为3500Ω；电阻箱R1的阻值范围为0～9999Ω；电阻箱R2阻值范围为0～99．9Ω；滑动变阻器R3的最大阻值约为100Ω，额定电流1．5A；电源E，电动势6V，内阻约0．5Ω；单刀单掷开关S，导线若干。 （1）请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验电路，画出电路原理图（图中的元件要用题中相应的英文字母标注），要求测量尽量准确。 （2）写出计算电压表V的内阻Rv的计算公式为Rv＝________。 分析与解　多数考生解答此题，毫不犹豫地套用伏安法，由于没有考虑电表的量程，当然做不正确。少数考生想到待测电压表的量程为3V，内阻约为2000Ω，电压表中的最大电流为认为电流表不能用，由于创新能力差，也做不正确。只有极少数有“伏伏”法新理念的考生才能做正确。答案是： （1）测量电压表V的内阻的实验电路如图1所示。 （2）闭合开关，电压表V的示数为U，电压表V2的示数为U2，电阻箱R1的读数为r1。根据欧姆定律，利用通过电压表的电流与电阻R1的电流相等，算出电压表的电阻为 2．利用“伏伏”法测定值电阻的阻值 例2　（2004年全国卷二）用以下器材测量电阻Rx的阻值（900～1000Ω）；电源E，具有一定内阻，电动势约为9．0V；电压表V1，量程为1．5V，内阻r1＝750Ω；电压表V2，量程为5V，内阻r2＝2500Ω；滑动变阻器R，最大阻值约为100Ω；单刀单掷开关S，导线若干。 （1）测量中要求电压表的读数不小于其量程的，试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图（原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注）。 （2）若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx＝___________。 分析与解　很多考生解析此题，第一思维考虑的就是伏安法。由于本题没有电流表，思维受阻。当然做不正确。本题要运用。电压表（伏特表）算电流”这一创新思维。其答案是： （1）测量电阻Rx的实验电路如图2所示。 （2）电压表V1的示数为U1，电压表V2的示数为U2，电压表V1的内阻为r1，根据串联、并联电路的规律，算出Rx的电阻为 二、“安安”法 “安安”法是利用两块电流表（安培表）测电阻的一种方法，这一方法的创新思维是运用电流表测电压（或算电压），此方法适用于电压表不能用或没有电压表等情形。设计电路时除考虑电流表的量程外，还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式。 1．利用“安安”法测电流表的内阻 例3　从下列器材中选出适当的实验器材，设计一个电路来测量电流表A1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的精确度，并测量多组数据。器材（代号）与规格如下： 电流表A1，量程10mA，内阻待测（约40Ω）； 电流表A2，量程500μA，内阻r2＝750Ω； 电压表V，量程10V，内阻r2＝10kΩ； 电阻R1，电阻约为100Ω； 滑动变阻器R2，总阻值约50Ω； 电池E，电动势1．5V，内阻很小； 开关S，导线若干。 （1）画出实验电路图，标明所用器材的代号。 （2）若选取测量中的一组数据来计算r1，则所用的表达式r1＝__________，式中各符号的意义是__________。 分析与解　大多数考生看到此题，第一感觉考虑的就是伏安法，由于没有考虑电表的量程，当然做不正确。少数考生想到要满足“有尽可能高的精确度”的条件，认为电压的测定，不能选量程是10V的电压表。因为电流表A1上允许通过的最大电压为0．4V，因而电压表测不出电流表的两端的电压，但由于缺乏创新精神，想不出其他方法。只有极少数有“安安”法新思路的考生才能设计出新方案：将电流表A2并联在电流表A1的两端，利用电流表测量电压；要满足“多测几组数据”，滑动变阻器R