探究《测定电压表内阻》的实验方法

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半偏法测定电压表内阻的实验在高考理综全国卷Ⅱ中呈现后,高考理综的实验复习也随着高考命题动向的变化而调整。为此,我们应启发、引导学生用学过的有关知识探究测定电压表内阻的方法。归纳起来大概有以下几种方法。

一、半偏法

1.电路连接如图1,R为电阻箱。

闭合开关K由大到小调节电阻箱的阻值,使电压表的指针指在满刻度处,此时,电压表的示数为U,记下电阻箱的阻值为R;增大电阻箱的阻值,使电压表的指针指在满刻度的一半处,即电压表的示数为U=,记下电阻箱的阻值为R。因为电压表的内阻RV?垌电源的内阻r,可以忽略由于电流的变化而引起的电源内部电势降低的变化,故U+R=U+R,得R=R-2R,多测几次,取平均值。

2.电路连接如图2所示,R为滑动变阻器,R为电阻箱,K、K为单刀开关。

测电压表0―3V挡电阻时,电源用6V直流电源,将K、K闭合,调节R,使是电压表的指针指在3V处,保持P的位置不变;断开K,调节R,使电压表的指针指在半刻线(1.5V)处,因为滑动变阻器aP间的电阻R远小于电压表的内阻R,可以认为K由闭合到断开的过程中,aP间的电压不变,因为V=3V,当U=1.5V时,V=1.5V,这时电阻箱的阻值R就等于电压表的内阻RV,采用同样的方法,测几次取平均值。采用该方法得到的电压表内阻的测量值比真实值偏大。

二、伏安法

1.滑动变阻器限流式连接,如图3所示。

因为电压表和电流表串联,闭合开关K后,电压表的示数就是电压表两端的电压值U,电流表的示数就是流过电压表的电流值I,由R=就可以求出电压表的内阻R。调节P的位置,读出几组电压表和电流表的示数,计算后求平均值。但是,在该实验中,为确保实验的正常进行,必须使电流表的指针有明显的偏转,否则,该实验电路将无法测定电压表的内阻R。

2.滑动变阻器分压式连接,如图4所示。

闭合开关K,调节滑片P,读出电压表和电流表的示数U、I,用R=确定R;并多测几组U、I值,从而确定R的平均值。一定要注意,该实验中,电压表和电流表有明显的示数。

三、电流表和电阻箱测定法

电路连接如图5所示,其中为R为滑动变阻器,R为电阻箱,K为单刀开关,K为单刀双掷开关。

将K拨到接线1,闭合开关K,调节滑片P,使电流表的示数指在满刻度的23以上,读出电流表的示数。保持R的阻值不变,将K拨向接线2,调节R的阻值,使电流表的示数跟原来一样。实验时,反复地将K拨向接线1或2,仔细调节R,保证在两种情况下电流表的示数完全相同。这时,R的的阻值就是电压表的内阻R。调节滑片P的位置,改变R的阻值。用同样的方法测几次,取平均值。

四、电桥平衡法

根据电桥平衡原理,电路连接如图6所示,其中?为灵敏电流计,R为电阻箱,R′为滑动变阻箱。

将滑动变阻器R′的滑片调到R′的阻值最大的位置,电桥的滑动触头D移到电阻线AC的中点,电源用2V直流电源。,闭合开关K,调节R的位置,使按下触头D时,灵敏电流计的指针不再偏转。再减小R′的值,微调电阻箱R的值,并逐次将电源电压调为4V、6V、8V,使按下触头D时,灵敏电流计的指针无偏转,这时由电桥平衡条件RR=RR和R=R可得:电阻箱R的值就是电压表的内阻R。反复次数越多,实验结果越精确。

对电压表内阻测定方法的实验探究,不仅提高了学生的学习兴趣,使学生从实验中掌握了测定电压表内阻的方法,而且为高考中做好电学实验设计性试题打下了良好基础。

例题:一只量程为1V、内阻R约为900Ω的电压表是有由小量程电流表改装而成的,现要测定它的内阻,并对它进行校对,实验室提供了以下可供选择的器材:

A.待测电压表

B.标准电压表(量程1V)

C.滑动变阻器:最大阻值1000Ω,额定电流1A

D.滑动变阻器:最大阻值10Ω,额定电流1A

E.电阻箱:最大阻值999.9Ω,阻值最小改变量0.1Ω

F.电阻箱:最大阻值99.9Ω,阻值最小改变量0.1Ω

G.电池组:电动势约3V,内阻约1Ω

另外还有导线、开关若干。

(1)为了用半偏法测该电压表的内阻,某同学设计了如图7所示的甲、乙两种电路。要使测量结果较精确,应选择电路。

(2)在仪器的选择上,除了电池组、导线、开关和待测电压表之外,还应从提供的仪器中选择(用字母序号表示)。

(3)用上述方法测得的电压表的内阻R(填“大于”、“小于”或“等于”)电压表内阻真实值。

(4)如果要对该电压表进行校正,设计一个校正电路图。

解析:(1)乙。由于采用甲电路测量时,要求R?垌R,而本实验提供的器材不满足这一要求,同时,为了使测量结果较准确,电压表示数应从0开始连续调节。因此,滑动变阻器应采用分压式连接,故选乙电路。(2)D,E。在乙电路中,为了使干路中的总电流近似保持不变,则滑动变阻器应选阻值较小的D,而电阻箱应选阻值与待测电压表接近的E。(3)大于。由于单刀双掷开关接2时,只有待测电压表与滑动变阻器右边部分电阻并联,此时,电压表的读数等于并联电路两端的电压U,即U=U;单刀双掷开关接1时,待测电压表与电阻箱串联后再与滑动变阻器右边部分并联,此时,并联部分的电阻会增大,则并联电路两端的电压U′会增大,即U>U′,而此时调节电阻箱的电阻使电压表得读数为U′,U′>U2,而U′并=U′+U,于是U>U2,即U>U′。根据串联电路的特点可得R>R,而此时电压表内阻的测量值等于电阻箱的阻值,从而测量值大于真实值。

(4)由于要求对待测电压表的每个刻度都要进行校对,因此,滑动变阻器采用分压式连接,并将标准电压表与待测电压表并联,组成如图8所示的电路。其中,滑动变阻器采用D。

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