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    这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第9章电路研专项素养提升课件,共35页。PPT课件主要包含了内容索引,方法概述,考向分析,案例探究等内容,欢迎下载使用。

    二、最常用的测量方法——伏安法1.伏安法测电阻的原理:R= 。2.两种控制电路和两种测量电路
    三、最灵活的测量方法——伏伏法或安安法
    四、最精确的测量方法——等效替代法等效替代法可以很精确(测量原理上不存在误差)地将一个未知电阻的阻值测量出来,主要有以下两种设置方法。1.电流等效替代(1)按如图所示的电路图连接好电路,并将电阻箱R0的阻值调至最大,滑动变阻器的滑片P置于a端。(2)闭合开关S1、S2,调节滑片P,使电流表指针指在适当的位置,记下此时电流表的示数I。(3)断开开关S2,再闭合开关S3,保持滑动变阻器滑片P位置不变,调节电阻箱,使电流表的示数仍为I。(4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效,即Rx=R0。
    2.电压等效替代该方法的实验步骤如下:(1)按如图电路图连好电路,并将电阻箱R0的阻值调至最大,滑动变阻器的滑片P置于a端。(2)闭合开关S1、S2,调节滑片P,使电压表指针指在适当的位置,记下此时电压表的示数U。(3)断开开关S2,再闭合开关S3,保持滑动变阻器滑片P位置不变,调节电阻箱,使电压表的示数仍为U。(4)此时电阻箱连入电路的阻值R0与未知电阻Rx的阻值等效,即Rx=R0。
    五、最专一的测量方法——半偏法测电表内阻电表接入电路中时,可以显示对应测量量的读数,因此我们便可以利用它自身读数的变化(如半偏)巧妙地测量出它的内阻。半偏法测电表内阻有以下两种设置方法。1.电流表半偏法(1)实验步骤①按如图所示的电路图连接实验电路。②断开S2,闭合S1,调节R1,使电流表读数等于其满偏电流Im。③保持R1不变,闭合S2,调节R2,使电流表读数等于 Im,然后读出R2的值,若满足R1≫RA,则可认为RA=R2。
    (2)误差分析当闭合S2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,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。
    2.电压表半偏法(1)实验步骤①按如图所示的电路图连接实验电路。②将R2的值调为零,闭合S,调节R1的滑动触头,使电压表读数等于其满偏电压Um。③保持R1的滑动触头不动,调节R2,使电压表读数等于 Um,然后读出R2的值,若R1≪RV,则可认为RV=R2。(2)误差分析当R2的值由零逐渐增大时,R2与电压表两端的电压也将逐渐增大,因此电压表读数等于 Um时,R2两端的电压将大于 Um,则R2>RV,从而造成RV的测量值偏大。显然电压表半偏法适用于测量内阻较大的电压表的电阻。
    六、最独特的测量方法——电桥法在电阻的测量方法中,有一种很独特的测量方法——电桥法。其测量电路如图所示,实验中调节电阻箱R3,当G的示数为0,即A、B两点的电势相等时,R1和R3两端的电压相等,设为U1,同时R2和Rx两端的电压也相等,设为U2。根据欧姆定律有 ,由以上两式解得:R1·Rx=R2·R3。这就是电桥平衡的条件,由该平衡条件可求出被测电阻Rx的阻值。
    电阻阻值的测量是高考实验试题常考常新的内容,无论哪种方法,高考中都多有涉及,只有弄清各种方法的原理实质,才能举一反三,对于这类问题的分析求解,要明确以下几点:1.给欧姆表便考虑用欧姆表测量。2.电阻箱是电阻测量方法选择上的分水岭和标志性器材。器材中给出电阻箱,一般提示我们选择半偏法、双表法、等效替代法、电桥法等测量电阻。3.未给出电阻箱,一般考虑伏安法、利用串并联关系、等效替代及电表的改装知识测电阻。4.由于伏安法、半偏法存在系统误差,如果题目要求精确测量或列出一个电阻测量准确表达式,则必须排除这两种方法。
    5.给出某一电流表或电压表的内阻值,一般提示可将电流表视为电压表看待,可将电压表视为电流表看待。一旦题目还给出定值电阻或电阻箱,则暗示我们还可以进行电表的改装。
    6.如果题目给出定值电阻,要注意其使用上的五种功能:(1)保护某一仪表或元件,使其通过的电流不会过大,避免仪表的损坏。(2)与其他元件组合成混联电路,再利用串并联关系列式求待测电阻。(3)改装功能:大阻值定值电阻与小量程电流表串联改装成电压表;小阻值定值电阻与小量程电流表并联改装成大量程电流表;大阻值定值电阻与小量程电压表串联改装成大量程电压表。(4)小阻值定值电阻与电源串联,等效扩大电源内阻,使测量内电阻的误差减小。(5)与其他元件搭配组合,通过开关控制以便于构成两个完全不同的电路,通过测两次电流、电压值,再列两个关系式求得未知量。
    典例1.(伏伏法)在测量定值电阻阻值的实验中,提供的实验器材如下:电压表V1(量程0~3 V,内阻r1=3.0 kΩ),电压表V2(量程0~5 V,内阻r2=5.0 kΩ),滑动变阻器R(额定电流1.5 A,最大阻值100 Ω),待测定值电阻Rx,电源E(电动势6.0 V,内阻不计),开关和导线若干。回答下列问题:(1)将虚线框中的电路原理图补充完整。
    (2)根据下表中的实验数据(U1、U2分别为电压表V1、V2的示数),在图乙给出的坐标纸上绘制U2-U1图像。
    乙(3)由U2-U1图像得到待测定值电阻的阻值Rx=     Ω(结果保留三位有效数字)。 
    答案 (1)见解析(2)见解析(3)1.82×103(1.80×103~1.84×103均可)解析 (1)电压表V1和Rx串联再和V2并联,并联的总电阻远大于滑动变阻器的最大阻值,为了调节滑动变阻器时,电表示数变化明显,且能获得更多组数据,选择分压接法,如图(a)所示。
    (2)根据表格数据,绘制的U2-U1图像如图(b)所示。
    典例2.(多用电表测量法、等效替代法)(1)某实验小组要对未知电阻Rx进行测量。他们先用多用电表欧姆挡进行粗测,若多用电表的欧姆挡有三个倍率,先用“×100”挡测量电阻Rx时,操作步骤正确,发现表头指针的偏转角度过大,为了较准确地进行测量,结合图甲,下列说法正确的是    。 A.先将选择开关拨到“×1 k”挡,再将红黑表笔短接欧姆调零,且测量结果为1.40×104ΩB.先将红黑表笔短接欧姆调零,再将选择开关拨到“×1 k”挡,且测量结果为1.40×104ΩC.先将选择开关拨到“×10”挡,再将红黑表笔短接欧姆调零,且测量结果为140ΩD.先将红黑表笔短接欧姆调零,再将选择开关拨到“×10”挡,且测量结果为140Ω
    (2)为准确测定该电阻的阻值,甲同学设计图乙所示的电路进行实验。①实验室提供了两种滑动变阻器:滑动变阻器R1(0~1 000Ω)、滑动变阻器R2(0~10Ω),则实验中滑动变阻器应选    (选填“R1”或“R2”); ②实验操作时,按电路图乙先将滑动变阻器的滑片移到A端,保持S2断开,闭合S和S1,调节滑动变阻器使电流表指针偏转至某一位置,并记下此时电流表读数I1;③依次断开S和S1,保持滑动变阻器阻值不变,调整电阻箱R0阻值在150Ω左右,再闭合S2和S,调节R0阻值使得电流表读数为   时,R0的读数即为待测电阻Rx的阻值; 
    (3)某同学利用电路图丙进行实验,多次改变电阻箱R0的阻值,读出电流表相应的电流I,因电源和电流表内阻较小,该同学忽略不计,由测得的数据作出 -R0图像,根据图像的斜率和截距求出待测电阻Rx的阻值。若电源和电流表内阻是未知且不可忽略的,考虑实验产生的系统误差,则上述电路乙中,电阻Rx的测量值    真实值;电路丙中电阻Rx的测量值    真实值。(均选填“大于”“小于”或“等于”) 
    答案 (1)C(2)R2 I1(3)等于 大于解析 (1)表头指针偏转角度过大,说明选择挡位太大,因此换用较小的挡位,即选择开关拨到“×10”挡,再将红黑表笔短接欧姆调零,且测量结果为14×10Ω=140Ω,C正确,A、B、D错误。(2)图乙选用分压式连接,为了方便调节,选择阻值较小的R2;依次断开S和S1,保持滑动变阻器阻值不变,调整电阻箱R0阻值在150Ω左右,再闭合S2和S,调节R0阻值使得电流表读数为I1时,R0的读数即为待测电阻Rx的阻值;(3)若电源和电流表内阻是不可忽略的,因为电源和电流表内阻对用电路乙测电阻没有影响,电路乙测电阻没有系统误差,而电路丙测量值包含了电源和电流表的内阻,比真实值大。
    典例3.(半偏法)(2022江西南昌高三开学考试)利用如图所示电路测量一量程为300 mV的电压表的内阻RV,RV约为300Ω。实验步骤如下:①按电路图正确连接好电路,把滑动变阻器R的滑片P滑到a端,闭合开关S2,并将电阻箱R0的阻值调到较大;②闭合开关S1,调节滑动变阻器滑片P的位置,使电压表的指针指到满刻度;③保持开关S1闭合和滑动变阻器滑片的位置不变,断开开关S2,调整电阻箱R0的阻值大小,使电压表的指针指到满刻度的一半,读出此时电阻箱R0的阻值,即为电压表内阻RV的测量值。
    实验提供的器材除待测电压表、电阻箱(最大阻值999.9Ω)、电池(电动势约1.5 V,内阻可忽略不计)、导线和开关之外,还有如下可供选择的实验器材:A.滑动变阻器(最大阻值150Ω)B.滑动变阻器(最大阻值10Ω)C.定值电阻(阻值约20Ω)D.定值电阻(阻值约200Ω)
    (1)对于上述测量方法,从实验原理分析可知,在测量无误的情况下,实际测出的电压表内阻的测量值R测    (选填“大于”“小于”或“等于”)真实值RV。 (2)为了使测量比较精确,从可供选择的实验器材中,滑动变阻器应选用    ,定值电阻R'应选用    。(均填字母代号) (3)在其他元件不变的情况下,为使测量更准确,可换用一电动势更    (选填“大”或“小”)的电池(内阻可忽略)。 答案 (1)大于 (2)B C (3)大
    解析 (1)从实验原理分析可知,当再闭合开关S2,调整电阻箱R0的阻值,从而使得滑动变阻器两端电压变大,即使电压表示数为一半,而电阻箱R0的电压偏大,导致所测电阻也偏大,所以测量电阻大于真实电阻。(2)该实验中,滑动变阻器采用了分压接法,因此要选择最大阻值较小的滑动变阻器,故选B;定值电阻R'的阻值不能过大,否则R'分得的电压偏大,影响实验的准确性,所以应选阻值较小的定值电阻,故选C。(3)为使测量更准确,可换用一电动势更大的电池。
    典例4.(电桥法)某实验小组准备利用表头Gx设计一个多挡位欧姆表,但不知道该表头的电阻。为了精确地测量表头的电阻,该小组首先采用了“电桥法”测量Gx的阻值。电路如图甲所示,由控制电路和测量电路两大部分组成。实验用到的器材如下:A.待测表头Gx:量程0~1 mA,内阻约为400ΩB.灵敏电流表GC.定值电阻R0=300ΩD.粗细均匀的电阻丝AB总长L=50.00 cmE.滑动变阻器R1(最大阻值为20Ω)F.滑动变阻器R2(最大阻值为2 000Ω)G.线夹、电源、开关以及导线若干
    (1)电源电动势是3 V,实验过程中为了便于调节,滑动变阻器应选用    (填写器材前对应的字母)。 (2)在闭合开关S前,可将线夹P2大致固定于电阻丝AB中部位置,滑片P1应置于   (选填“a”或“b”)端,然后移动滑动变阻器的滑片使待测表头的示数适当后不再移动滑片。不断调节线夹P2所夹的位置,直到电流表G示数为零,测出此时AP2段电阻丝长度x=29 cm,则Gx的阻值计算式为rGx=    (用R0、L、x表示),代入数据得rGx=    Ω(结果保留三位有效数字)。 
    (3)如图乙所示,将上述表头Gx改为含有“×1”“×10” “×100”三个挡位的欧姆表,已知电源电动势E=1.5 V,内阻可忽略不计。R1解析 (1)滑动变阻器采用的是分压式接法,为了便于调节,滑动变阻器应选用最大阻值较小的E。
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