2024高考物理大一轮复习题库 专题强化十三 测电阻的电路设计和测量方法

这是一份2024高考物理大一轮复习题库 专题强化十三 测电阻的电路设计和测量方法，共13页。试卷主要包含了电压表和电流表的内、外接法，滑动变阻器两种连接方式，说明等内容，欢迎下载使用。
专题强化十三　测电阻的电路设计和测量方法命题点一　测量电路与控制电路的选择1．电压表和电流表的内、外接法(1)两种接法比较 内接法外接法电路图误差原因电流表分压U测＝Ux＋UA电压表分流I测＝Ix＋IV电阻测量值R测＝＝Rx＋RA＞Rx测量值大于真实值R测＝＝＜Rx测量值小于真实值适用条件RA≪RxRV≫Rx适用于测量大阻值电阻小阻值电阻(2)电流表两种接法选择①阻值比较法：先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大，小外偏小”。②临界值计算法：Rx＜时，用电流表外接法；Rx＞时，用电流表内接法。图1③实验试触法：按图1所示接好电路，让连接电压表的导线P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，说明电流表分压更明显，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，说明电压表分流更明显，则可采用电流表内接法。2．滑动变阻器两种连接方式(1)滑动变阻器两种接法的对比 限流接法分压接法对比说明电路图串、并联关系不同　负载R上电压调节范围(不计电源内阻)≤U≤E0≤U≤E分压电路调节范围大负载R上电流调节范围(不计电源内阻)≤I≤0≤I≤分压电路调节范围大闭合S前滑片位置b端a端都是为保护电路元件(2)滑动变阻器必须接成分压电路的几种情况①要求电压表能从零开始读数。②当待测电阻Rx≫R(滑动变阻器的最大阻值)时。③若采用限流式接法，电路中的最小电流仍超过电路中电表、电阻允许的最大电流。(3)滑动变阻器的最大阻值和用电器的阻值差不多且要求电压不从零开始变化，通常情况下，由于限流式结构简单、耗能少，优先使用限接法。【例1 在设计“伏安法测小灯泡的电阻”实验电路时，要思考以下两个问题：(1)电流表内接还是外接？如图2所示，某同学采用试接的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡的阻值与________(填写“电流表”或“电压表”)的阻值接近，应选择电流表__________(填写“内接”或“外接”)的电路。图2(2)如何选择滑动变阻器？图3有三种规格的滑动变阻器，它们的最大阻值分别是R1＝20 Ω，R2＝200 Ω，R3＝1 750 Ω。将它们分别接入图3所示电路。保持M、N间电压恒定，从左向右移动滑片P，研究小灯泡两端的电压U与滑片的滑动距离L(滑片从左向右滑动的最大距离为L0)的关系，如图4所示中“×”为根据实验数据描出的点，请你结合如图4所示判断该实验中选择哪一种规格的滑动变阻器最合适______，并简要说明理由。图4答案　(1)电流表　外接　(2)R1　理由见解析解析　(1)如图2所示，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点，观察两次电表的示数变化，电压表示数有明显变化，而电流表示数无明显变化，说明小灯泡的阻值与电流表的阻值接近，为减小实验误差，应选择电流表外接的电路。(2)由图示图线可知，滑动变阻器的滑片滑动相等长度，图甲所示图线电压变化范围小，方便实验操作，另外两图线电压变化范围大，不方便操作，因此应选择电阻R1。命题点二　电阻测量的“三种”方法　“伏安法”测电阻1．电路图：外接法、内接法。2．特点：大内小外(内接法测量值偏大，测大电阻时应用内接法测量，外接法测量值偏小，测小电阻时应采用外接法测量)。【真题示例2 (2021·浙江6月选考，19)小李在实验室测量一电阻Rx的阻值。(1)因电表内阻未知，用如图5所示的电路来判定电流表该内接还是外接。正确连线后，合上开关S，将滑动变阻器的滑片P移至合适位置。单刀双掷开关K掷到1，电压表的读数U1＝1.65 V，电流表的示数如图6所示，其读数I1＝________A；将K掷到2，电压表和电流表的读数分别为U2＝1.75 V，I2＝0.33 A。由此可知应采用电流表______(填“内”或“外”)接法。(2)完成上述实验后，小李进一步尝试用其他方法进行实验：①器材与连线如图7所示，请在虚线框中画出对应的电路图；    ②先将单刀双掷开关掷到左边，记录电流表读数，再将单刀双掷开关掷到右边，调节电阻箱的阻值，使电流表的读数与前一次尽量相同，电阻箱的示数如图7所示。则待测电阻Rx＝______Ω。此方法______(填“有”或“无”)明显的实验误差，其理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)0.34(0.33～0.34)　外　(2)①见解析图　②5　有　电阻箱的最小分度与待测电阻比较接近(或其他合理解释)解析　(1)由电流表的表盘上指针指示的位置可知电流表读数为0.34 A；电压表示数的百分比示数为η1＝×100%＝5.7%，电流表示数变化的百分比为η2＝×100%＝2.9%，电压表的示数变化更明显，说明电流表电阻较大，应采用外接法。(2)①电路图如图所示②两次实验中电路电流相同，据I＝＝知Rx＝R0，电阻箱读数即为待测电阻阻值，即Rx＝5 Ω；电阻箱的最小分度和待测电阻阻值接近，这样测得的阻值不够精确，如待测电阻阻值为5.4 Ω，则实验只能测得其为Rx＝5 Ω，误差较大。　“半偏法”测电阻【真题示例3 (2021·山东卷，14)热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有：图8待测热敏电阻RT(实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧)；电源E(电动势1.5 V，内阻r约为0.5 Ω)；电阻箱R(阻值范围0～9 999.99 Ω)；滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值2 000 Ω)；微安表(量程100 μA，内阻等于2 500 Ω)；开关两个，温控装置一套，导线若干。同学们设计了如图8所示的测量电路，主要实验步骤如下：①按图示连接电路；②闭合S1、S2，调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏；③保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S2，调节电阻箱，使微安表指针半偏；④记录此时的温度和电阻箱的阻值。回答下列问题：(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用________(填“R1”或“R2”)。(2)请用笔画线代替导线，在实物图9(不含温控装置)连接成完整电路。图9(3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6 000.00 Ω，该温度下热敏电阻的测量值为________ Ω(结果保留到个位)，该测量值________(填“大于”或“小于”)真实值。(4)多次实验后，学习小组绘制了如图10所示的图像。由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐________(填“增大”或“减小”)。图10答案　(1)R1　(2)见解析图　(3)3 500　大于(4)减小解析　(1)用半偏法测量热敏电阻的阻值，尽可能让该电路的电压在S2闭合前、后保持不变；由于该支路与滑动变阻器左侧部分电阻并联，滑动变阻器的阻值越小，S2闭合前、后并联部分电阻变化越小，从而并联部分的电压值变化越小，故滑动变阻器应选R1。(2)电路连接图如图所示(3)微安表半偏时，该支路的总电阻为原来的2倍，即RT＋RμA＝R＝6 000.00 Ω，可得RT＝3 500 Ω。当断开S2，电路的总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律，干路电流减小，路端电压增大，并联部分的电压增大，电阻箱分压大于原并联电压的一半，即电阻箱的电阻大于热敏电阻和微安表的总电阻，因此热敏电阻的测量值比真实值偏大。(4)由于是ln RT－图像，当温度T升高时，减小，从图中可以看出ln RT减小，从而RT减小，因此热敏电阻随温度的升高逐渐减小。　“替代法”测电阻1．实验原理(如图11)图112．实验步骤S先与2连接，记录的示数，再与1连接，调节R值使的示数与原值相等，则Rx＝R。3．说明对的要求，只要有刻度且不超过量程即可，与指针是否超无关，因为电流表示数不参与运算。【例4 (2021·天津红桥区质量调查)在某校开展的科技活动中，为了较准确的测出一个未知电阻的阻值Rx，现有如下器材：读数不准的电流表A、电阻箱R1、滑动变阻器R2、单刀单掷开关S1、单刀双掷开关S2、电源和导线若干。(1)画出实验电路图，并在图上标出你所选器材的代码。(2)写出主要的实验操作步骤：答案　(1)见解析 　(2)见解析解析　(1)电流表A读数不准确，故读出的电流大小没有实际意义，不能根据欧姆定律I＝求电压和电阻，由等效替代法求待测电阻的大小，分别将待测电阻和电阻箱与电流表和滑动变阻器串联，如图所示。(2)将S1闭合，S2置于上端，记下电流表指针所指位置；S2置于下端，调节R1的阻值，使电流表指针指在原位置，则待测电阻Rx＝R1。命题点三　电表改装问题1．主要类型用灵敏电流计改装为较大量程的电流表、电压表和多用电表。2．改装原理(1)电流表的改装利用了并联电路分流的原理。(2)电压表的改装利用了串联电路分压的原理。【例5 (2021·天津市等级考模拟)某同学欲将量程为200 μA的电流表G改装成电压表。图12(1)该同学首先采用如图12所示的实验电路测量该电流表的内阻Rg，图中R1、R2为电阻箱。他按电路图连接好电路，将R1的阻值调到最大，闭合开关S1后，他应该正确操作的步骤是________。①记下R2的阻值；②调节R1的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度；③闭合S2，保持R1不变，调节R2的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度的一半；(2)如果按正确操作步骤测得R2的阻值为500 Ω，则Rg的电阻值大小为______(填写字母代号)；A．250 Ω   B．500 Ω  C．750 Ω   D．1 000 Ω(3)这种方式测得的电流表G的内阻比实际内阻偏______(填“大”或“小”)；(4)为把此电流表改装成量程为0～2 V的电压表，应选一个阻值为________ Ω的电阻与此电流表串联。答案　(1)②③①　(2)B　(3)小　(4)9 500解析　(1)根据电路图判断此为半偏法测电流表内阻，先断开S2，调节电阻箱R1使电流表达到满偏，然后闭合S2，保持R1不变，调节电阻箱R2使电流表半偏，记下此时R2的阻值即为电流表的内阻，故正确的操作步骤为②③①。(2)电阻箱和电流表并联，电流表电流变为满刻度的一半，说明电阻箱分走一半电流，所以二者电流相等，则R2的阻值即为电流表的内阻，B正确。(3)当S2闭合时，总电阻减小，总电流增大，大于原电流表的满偏电流，而此时电流表半偏，所以流经R2的电流比电流表所在支路的电流大，则R2的电阻比电流表的电阻小，而我们把R2的读数当成电流表的内阻，故测得的电流表的内阻偏小。(4)电流表改装为电压表，那么改装后的量程为U＝Ig(Rg＋R)代入数据解得R＝9 500 Ω。1．(2021·四川泸州市第二次教学质量诊断)某实验小组在设计测量阻值约为200 Ω的定值电阻Rx时，可供选择的器材如下：电源E：电动势约为3.0 V，内阻r约5 Ω；电流表A：量程为0～0.6 A，内阻rA约为2 Ω；电压表V1：量程为0～0.5 V，内阻r1＝1 000 Ω；电压表V2：量程为0～3 V，内阻r2约为5 k Ω；定值电阻R0，有四种规格供选：10 Ω、50 Ω、500 Ω、1 000 Ω；滑动变阻器R：最大阻值为50 Ω，额定电流1 A；单刀单掷开关S一个，导线若干。(1)在下面四种方案中，因电表内阻的不确定而导致不能准确测量的是________(选填图中的字母序号)；(2)综合考虑电表内阻及量程带来的影响，该小组设计了如图13所示的电路。在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该置于最________(选填“左端”或“右端”)；为了保证两只电压表的读数都不小于其量程的，定值电阻R0的规格应选择________ Ω(选填“10”“50”“500”或“1 000”)；图13(3)请根据(2)中的电路图，写出计算Rx的理论表达式Rx＝________(如涉及电压表和电流表的示数分别对应用U1、U2、I表示，电表内阻和定值电阻分别对应用r1、r2、rA、R0表示)。答案　(1)BC　(2)左端　50   (3)解析　(1)由于电压表V1内阻已知，则该电压表不仅能准确测量电压，也能准确测量通过它的电流，根据欧姆定律由A方案可得Rx＝，则A方案能准确测量；由B方案可得Rx＝，由于r2不确定，则B方案不能准确测量；由C方案可得Rx＝，由于rA不确定，则C方案不能准确测量；由D方案可得Rx＝，则D方案能准确测量，故选B、C。(2)该电路为分压式控制电路，电压应从0开始变化，所以滑动变阻器的滑片应该置于最左端。根据串联电路电阻分压的特点，为了保证两只电压表的读数都不小于其量程的，定值电阻R0的规格应选择约为待测电阻的的，所以选50 Ω的。(3)根据欧姆定律可得Rx＝＝＝。2．(2021·江西省4月教学质检)某同学准备将量程Ig＝500 μA，内阻rg约为200 Ω的电流表G改装成量程为2 V的电压表。图14(1)该同学先设计了如图14甲所示的电路来测量电流表G的内阻rg。用此电路，经以下步骤：①闭合S1，断开S2，调节R1，使电流表G的示数为500 μA；②闭合S2，R1保持不变，调节R2，使电流表的示数为250 μA，此时R1的示数如图乙所示。(2)由此可知，电流表G的内阻rg＝______Ω。(3)为了将电流表G改装成2 V的电压表，需要________(填“串联”或“并联”)一个阻值为________ Ω的电阻。(4)该同学的上述测量存在着系统误差，电流表的内阻测量值________(填“大于”或“小于”)真实值。因此，用这个改装成的电压表去直接测量电压时，将使测量值________(填“偏大”或“偏小”)。校正该改装电压表的可行办法是________(填“增大”或“减小”)与电流表串联的分压电阻。答案　(2)190　(3)串联　3 810　(4)小于　偏小　减小解析　(2)由于电流表与电阻箱并联，且电流表示数变为原来的一半，则电流表的内阻与电阻箱阻值相等，由图乙可知，电阻箱的阻值为(1×100＋9×10) Ω＝190 Ω。(3)为了将电流表G改装成2 V的电压表，需要串联电阻分压，串联的电阻为R＝ Ω＝3 810 Ω。(4)闭合S2，R1保持不变，电路中的总电阻变小，总电流变大，则流过电阻箱的电流大于流过电流表的电流，电流表的内阻测量值小于其真实值；测量电压时有U＝I(R＋r)，则使测量值偏小；根据校正电压表原理可知，为使电压表的示数增大，即增大流过表头的电流，所以应减小与电流表串联的分压电阻。