关于中考物理实验题

测量电阻的方法

如果按测量电阻的常用原理来分有：伏安法(也叫欧姆定律法)、正比法、半偏法和替代法；如果按使用的测量仪表来分有：伏安法、电压表测电阻法、电流表测电阻法。不同的测量原理、不同的测量仪表，设计测量电路的思路也不同。下面按使用测量仪表的分类来论述测量电阻的方法。

1、伏安法测电阻RX

伏安法测RX的原理是，用安培表把流过RX的电流I测出来，用电压表把RX两端电压U测出来，再根据欧姆定律(RX=U／I）将RX求出来。

根据这一原理，在设计测量电路时，必须有电压表和安培表，同时还要满足三个条件：第一，选好电压表、安培表的量程，量程太大或太小，都会违反读数原则；第二，正确选择好安培表的内、外接法；第三，确定滑动变阻器的限流式接法或分压式接法。另外在选择各种仪器时，还要考虑仪器所能承受的最大电压、电流及电功率，这一点学生最容易忽视的。

例1、测一个阻值约为250KΩ的电阻,备有下列器材：

A、电流表(量程100μA，内阻2KΩ)

B,电流表(量程500μA，内阻300Ω)

C,电压表(量程10V，内阻100kΩ)

D,电压表(量程50v，内阻500KΩ)

E,直流稳压电源(电动势15V，允许最大电流为1A)

F,滑动变阻器(最大电阻为1KΩ，额定功率为1W)

G,导线若干

(1)电流表应选________，电压表应选________。(2)画出测量RX的电路原理图。

分析：①仪器选择：流过RX的最大电流I=15V／250KΩ=60μA，RX两端最大电压接近15V，根据读数原则,电流表选A，电压表选C。②伏安法采用安培表内接法，原因是RX>>RA。③因RX>R，滑动变阻器采用分压式接法。综合以上情况，测量电阻电路的设计思路如图3示。

2、电压表测电阻RX的方法

该电路特点是，测量电阻时只能使用电压表，再配备电阻箱或滑动变阻器，它的测量原理有：正比法和半偏法。正比法是指,，将被测电阻RX跟一个已知电阻RO串联(RO可以是电阻箱或电压表内阻Rv)，根据串联电路特点，电压与电阻成正比,即RX／RO=Ux／UO，再通过简单计算,RX可测出。半偏法是指将被测电阻RX跟一个电阻箱串联,当RX、RO两端电压相等或都是电压表满偏的一半时，可认为RX=RO，则RX可测出。其实这两个测量原理是大同小异，不同的是，正比法要经过计算才能得出RX值，而半偏法是直接读数即可知道RX值。

根据该方法的测量原理，在设计测量电路时，要充分利用电路的测量特点进行设计。比如,使用正比法测RX时，RX值与RO值要相当才能串联测量；若RO>>RX时,则不能串联测量，同时RX、RO两端电压要已知。使用半偏法测RX时，一般配有电阻箱与RX串联、读数，且串联电路两端总电压保持不变。请看以下两个例子。

例2、用以下仪器，尽可能精确地测量待测电阻RX的阻值：

A．电动势约2V左右，内阻r<1Ω的电源一个；

B．内阻Rv=30KΩ，最大量程为3V的电压表一个；

C．电阻在10KΩ～20KΩ范围内的待测电阻RX一个；

D、开关一个，导线若干条.

（1）、画出测量电阻RX阻值的实验电路图。

(2)、写出待测电阻RX的表达式。

(3)、Rx的阻值在10Ω～20Ω范围内时,还能用这种方法测量吗?

分析：题中被测电阻RX与电压表内阻Rv相当，且Rv>>r，故RX与电压表串联，并且串联电路总电压不变，等于电源电动势E，但由于电动势是约数，还需用电压表准确测出电动势E。综合以上情况，其测量电阻RX电路的设计思路如图4示。当K闭合时，电压表读数U1=E，K断开时，电压表读数为U2，则RX两端电压为E–U2，由正比法得：RX／Rv=（E–U2）／U2，得RX=(E–U2)*Rv/U2

如果RX的阻值在10Ω～20Ω内时，则Rv>>RX，总电压几乎全集中在Rv上，此时，将无法使用正比法。.

例3、现要求使用如下器材测量电阻RX：理想电压表①一只，电源E一个(E略大于电压表量程，r不能忽视)，电阻箱Ro(0～9999Ω)一只，被测电阻RX(约1KΩ)一只，滑动变阻器R(0～20Ω)一只，开关一个，导线若干。①画出测量电阻RX阻值的实验电路图。②写出待测电阻RX的表达式。

分析：因电压表是理想的，故Rv视为无穷大，电压表不能与RX串联，只能并联。滑动变阻器R若采用限流式接法，既不能用伏安法测量,也不能用正比法,故只能采用分压式接法,且电阻箱RO与RX串联时才有机会测量RX,综上所述测量RX的电路可偿试采用半偏法,其设计思路如图5所示：

实验步骤:a)先把RO调到零,R调到最左端,闭合K。

b)移动R,使①表满偏。

c)R不动,调节RO,使①表半偏,则RO=RX.

3.安培表测电阻RX的方法

该电路特点是，测量电阻时只能使用电流表,没有电压表,再配备电阻箱、滑动变阻器.其测量原理有:欧姆定律法(即RX=U／I)、替代法.欧姆定律法是指,利用安培表①测出流过RX的电流,在测RX两端电压时,又不能使电压表,故还需一个电流表①与电阻箱串联,构成一个电压表.替代法是指,测量电路中只有一个电流表,需用另一个电阻箱的读数代替RX值,因此RX与电阻箱并联,若流过它们的电流相等,则RO=RX.

根据该方法的测量原理和电路特点,在设计测量电路时,若采用欧姆定律法,则RX与安培表①串联,再与电流表①并联；若采用替代法,则RX与RO并联,通过开关控制,调节RO,让流过它们的电流相等,则电阻箱读数就是RX值,请看以下二个例子.

例4.实验器材有:被测电阻RX约100Ω,安培表①(量程0～0.1A,RA=2Ω),灵敏电流计①(满偏Ig=100μA,Rg=100Ω),电阻箱RO,滑动变阻器R,电源电动势约3V,单刀开并一个,导线若干.现要求:(1)画出测量电阻RX的电路图.(2)写出测量RX值的表达式.

分析:根据题中提供的仪器,测量方法将无法采用替代法,最好采用欧姆定律法,故RX与安培表①串联,测出流过RX的电流IA,为获取RX两端电压,可将灵敏电流计①与电阻箱RO串联,另外为提高电压调节范围,滑动变阻器采用分压式接法.综上所述情况,测量电阻RX电路的设计思路如图6示.测量时,为遵守仪表的读数原则,RO值取29KΩ,同时调节R,使灵敏电流计①恰好满偏,则RX＋RA=Ig(Rg+RO)／IA,

故RX=Ig(Rg+RO)／IA-RA。

例五.要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、定值电阻RO、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.

(1)画出实验电路图,并在图上标出你所选用器材的代码.

(2)写出主要的实验操作步骤.

分析:因电流表读数不准,采用欧姆定律法测量RX行不通,故只能采用替代法,利用单刀双掷开关S2,让通过RX、R1电流相同,故测量RX电路的设计思路如图7示.操作步骤.:a)R2调至最大,S2接1,闭合S1.b)调节R2,使电流表指针指在恰当位置.c)R2不动,R1调至最大,S2接2.d)调节R1,使电流表指针指在原位置,则RX=R1.

通过以上几个例子说明,设计测量电阻RX的电路至少要有一个仪表(电压表或电流表),否则,无法进行测量.但在实际中,许多问题总在不断变化,有些情形没有上述例子中的典形特点,,这就要学生能灵活应变,挖掘条件,找出相同点,但无论怎样,测量电路设计的原理、思路,是不会变的.比如,例4中,若把滑动变阻器的最大阻值改为30KΩ,其它条件不变,能否使用半偏法呢?另外上述介绍的测量电阻的设计原理、思路,并非很完美,它们总存在一些测量误差.

除了上述介绍的测量电路外,还有使用欧姆表直接测量电阻值的,若如此,则无需设计测量电阻电路了.