高中物理 新教材人教版必修第三册 学案第11章 章末提升 Word版含解析

【例1】　用伏安法测量某电阻Rx的阻值，现有实验器材如下：
A．待测电阻Rx：范围在5～8 Ω，额定电流0.45 A
B．电流表A1：量程0～0.6 A(内阻0.2 Ω)
C．电流表A2：量程0～3 A(内阻0.05 Ω)
D．电压表V1：量程0～3 V(内阻3 kΩ)
E．电压表V2：量程0～15 V(内阻15 kΩ)
F．滑动变阻器R∶0～100 Ω
G．蓄电池：电动势12 V
H．导线，开关
为了较准确地测量，并保证器材安全，电流表应选________，电压表应选________，电流表应________(选填“内”或“外”)接。
[解析]　待测电阻Rx的额定电流为0.45 A，应选电流表A1，额定电压Umax＝0.45×8 V＝3.6 V，应选电压表V1；由于 Ω＝ Ω＝ Ω，Rx＜，因此选用电流表的外接法测电阻。
[答案]　B　D　外
[一语通关]　
无论电流表内接还是外接，都会对电阻的测量带来系统误差，但对同一个待测电阻而言，选用两种不同的测量方法，相对误差是不一样的，所以从测量精确的角度出发，尽量选择相对误差较小的测量方法。
滑动变阻器的分压式和限流式接法
比较 内容
两种接法　　　 限流接法 分压接法
电路图(图中R为负载电阻，R0为滑动变阻器)

闭合开关前滑片位置 滑动触头在最左端，即保证滑动变阻器接入电路中的阻值最大 滑片在最左端，即开始时R上得到的电压为零
负载两端的电压调节范围 U～U 0～U
通过负载的电流调节范围 ～ 0～
【例2】　 一只小灯泡标有“3 V　0.6 W”字样，现用下面给出的器材测量该小灯泡正常发光时的电阻。电源电动势为12 V，内阻为1 Ω；最大阻值为5 Ω的滑动变阻器；电流表的内阻为1 Ω；电压表的内阻为10 kΩ；开关一个、导线若干。
(1)在设计电路的过程中，为了尽量减小实验误差，电流表应采用________(选填“内接”或“外接”)法。滑动变阻器应采用________(选填“分压式”或“限流式”)接法。
(2)在虚线框内画出你所设计的实验电路图(尽量减小实验误差)。

[解析]　(1)因小灯泡正常工作时的电阻约为Rx＝＝15 Ω，而电流表、电压表的内阻分别为1 Ω和10 kΩ，满足RV?Rx，电流表应采用外接法；实验中因小灯泡两端电压只需3 V，而电源电动势为12 V，所以滑动变阻器应采用分压式接法。
(2)电路图如图所示。
[答案]　(1)外接　分压式　(2)见解析图
[一语通关]　
分压和限流电路的选择原则
(1)若采用限流式接法不能控制电流满足实验要求，即若滑动变阻器阻值调到最大时，待测电阻上的电流(或电压)仍超过电流表(或电压表)的量程，或超过待测电阻的额定电流(或电压)，此时，则必须选用分压式电路。
(2)若待测电阻的阻值比滑动变阻器总电阻大得多，以致在限流电路中，滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端时，待测电阻上的电流或电压变化范围不够大，此时，应用分压式电路。
(3)若实验中要求电压从零开始调节，则必须采用分压式电路。
(4)两种电路均可使用的情况下，应优先采用限流式接法，因为限流式接法电路简单、能耗低。
[培养层·素养升华]
测定金属的电阻率
某实验小组计划用伏安法测定金属丝的电阻，进而测定该金属的电阻率。
[设问探究]
1．某次实验时金属丝的直径以及电流表、电压表的示数如图甲、乙、丙所示，则读数分别是多大？
甲　　　　　　乙　　　　　　丙
2．如果所用电流表内阻约几欧，电压表内阻约20 kΩ，滑动变阻器的阻值范围为0～10 Ω，要求电源功率尽量小。则选择如下哪个电路实验误差更小？
3．用“2”中你所选的电路测金属丝的电阻时，测量结果比真实值大些还是小些？
4．如果电流表内阻的准确值RA＝2.0 Ω，那么选“2”中的哪个电路能准确测出Rx的值？
提示：1.螺旋测微器先读固定部分为0.5 mm，螺旋测微器读数为0.5 mm＋49.8×0.01 mm＝0.998 mm；电流表量程为0.6 A，则最小刻度为0.02 A，指针所指为0.42 A；电压表量程为3 V，最小刻度为0.1 V，则读数为2.30 V。
2．要使电源功率尽量小，滑动变阻器应采用限流式接法，同时电压表内阻较大，由以上读数可知，待测电阻的阻值约为5 Ω，故采用电流表外接法误差较小，故选A。
3．在实验中电压表示数准确，但电流表测量的是干路电流，故电流表示数偏大，则由欧姆定律得出的结果偏小。
4．因已知电流表内阻准确值，则可以利用电流表内接法准确求出待测电阻，故应选B电路。
[深度思考]　
1．用伏安法测金属丝的电阻Rx。实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 Ω)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：
次数 1 2 3 4 5 6 7
U/V 0.10 0.30 0.70 1.00 1.50 1.70 2.30
I/A 0.020 0.060 0.160 0.220 0.340 0.460 0.520
由以上实验数据可知，他们测量Rx是采用图中的________(选填“甲”或“乙”)图。
甲　　　　　　　乙
[解析]　通过给定的数据发现电压接近从零开始，故滑动变阻器采用的是分压式接法，Rx＜，电流表应采用外接法即甲图。
[答案]　甲
2．某兴趣小组用“测定金属丝的电阻率”的实验方法测出金属丝的长度，用螺旋测微器测量金属丝的直径，用伏安法测出金属丝的电阻，然后根据公式计算出该金属丝的电阻率。
(1)若用螺旋测微器测得金属丝直径d的读数如图，则直径d＝________mm。
为了进一步测量一待测电阻Rx的阻值，准备先用多用电表粗测出它的阻值，然后再用伏安法精确地测量。实验室里准备了以下器材：
A．多用电表
B．电压表V，量程0～6 V，内阻约10 kΩ
C．电流表A1，量程0～0.6 A，内阻约0.2 Ω
D．电流表A2，量程0～3 A，内阻约0.2 Ω
E．电源：22 V
F．滑动变阻器R1，最大阻值20 Ω，最大电流为2 A
G．滑动变阻器R2，最大阻值50 Ω，最大电流为0.2 A
H．导线、电键若干
(2)在用多用电表粗测电阻时，该兴趣小组首先选用“×10”欧姆挡，其阻值如图甲中指针所示，
甲　　　　　　　　　　　乙
为了减小多用电表的读数误差，多用电表的选择开关应换用________(选填“×100”或“×1”)欧姆挡；按正确的操作程序再一次用多用电表测量该待测电阻的阻值时，其阻值如图乙中指针所示，则Rx的阻值大约是________Ω；
(3)在用伏安法测量该电阻的阻值时，要求待测电阻的电压从0开始可以连续调节，则在上述器材中应选出电流表________和滑动变阻器________(填器材前面的字母代号)；
(4)在虚线框内画出用伏安法测量该电阻的阻值时的实验电路。

[解析]　(1)由螺旋测微器的读数规则可知d＝(0.5＋0.01×2.0)mm＝0.520 mm。
(2)选用“×10”欧姆挡时甲图指针偏转过大，说明被测电阻的阻值较小，应改用较低的挡位“×1”；
欧姆表的读数规则：欧姆表读数＝刻度盘读数乘倍率，因此R＝9×1 Ω＝9 Ω。故挡位为“×1”，电阻Rx＝9×1 Ω＝9 Ω。
(3)在该实验中要求待测电阻的电压从0开始可以连续调节，因此说明滑动变阻器的接法为分压式，而分压式滑动变阻器的选择为阻值越小越好，因此选择滑动变阻器R1；该实验中电压表的量程为0～6 V，待测电阻的阻值约为9 Ω，因此当电压表满偏时电流表的示数I1＝A＝0.67A，半偏时为I2＝A＝0.33 A，因此选0～0.6 A的电流表A1正合适。如果选择0～3 A的电流表，因电流表工作时读数为其三分之一到三分之二量程比较准确，当取三分之一量程即1 A时电路中Rx两端的电压URx＝1×9 V＝9 V大于电压表的量程，因此不能选0～3 A的电流表。
故电流表应选C，滑动变阻器应选F
(4)＝ Ω≈45 Ω＞9 Ω，因此待测电阻属于小电阻，用外接法，因此电路图为
[答案]　(1)0.520　(2)“×1”　9　(3)C　F　(4)见解析
[素养点评]　
在测量金属电阻率的实验中，关键是测量金属丝的电阻，在测电阻的方法中最常用最基本的方法是伏安法。根据题目要求合理选取实验器材、设计实验电路(注意电流表内、外接法和滑动变阻器的分压、限流接法的判断)、处理实验数据，分析实验结果，是该类考题常涉及的实验问题，以考查学生的科学探究能力。