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一、用万用表测量电阻
电阻是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量,可用专门的仪器进行测量,电工、维修部常用图1所示的数字万用表或指针式万用表测量电阻。
用万用表的欧姆档(欧姆档用“Ω”表示,分为R×1、R×10、R×100和R×1K四档,有些万用表还有R×10k档)测量导体的电阻时应注意:
1. 万用表水平放置。
2. 将红色表笔插入标有“+”号的插孔,黑色表笔插入标有“-”号的插孔。
3. 将选择开关置于R×100档,将两表笔短接调整欧姆档零位调整旋钮,使表针指向电阻刻度线右端的零位。若指针无法调到零点,说明表内电池电压不足,应更换电池。
4. 用两表笔分别接触被测电阻两引脚进行测量。正确读出指针所指电阻的数值,再乘以倍率(R×100档应乘100,R×1k档应乘1000……),就是被测电阻的阻值。
5. 为使测量较为准确,测量时应使指针指在刻度线中心位置附近。若指针偏角较小,应换用R×1k档;若指针偏角较大,应换用R×10档或R×1档。每次换档后,应再次调整欧姆档零位调整旋钮,然后再测量。
二、“伏安法”测量电阻
实验室常用电压表和电流表测量电阻,这是电学部分最基础的一个实验,也是初中物理最重要的学生实验之一。“伏安法”测电阻的实验原理或理论依据为欧姆定律I=的变形式R=。因为导体的电阻是导体本身的一种性质,与导体的材料、长度和横截面积有关,也要受温度的影响,等于加在其两端的电压和通过的电流的比值。故可通过测定电压和电流间接得出导体的电阻。
例1 如图2是林馨同学用电流表、电压表测电阻的实物连接图,电源电压保持6V不变。
(1)开关闭合前,林馨同学应将滑动变阻器的滑片滑至 (选填“A”或“B”)端。
(2)下表是她测得的一组数据,第3次测量时,电压表示数如图3所示,请将读得的电压和计算的电阻值填在表格中。
(3)表中第1次数据是连接好电路后,滑动变阻器的滑片调到某一位置时,合上开关得到的。那么在“15Ω 1A”和“10Ω 1.5A”两种规格的滑动变阻器中,她选择的是规格为 的变阻器。
解析:(1)滑动变阻器在电路中起到分压限流保护电路的作用,还要通过它改变被测电路两端的电压,从而得到几组对应的电压和电流值,以便完成多次测量求平均值。在闭合开关之前,滑片应处在最大阻值处,所以林馨同学应将滑动变阻器的滑片滑至A端。
(2)从图2可能看出电压表连的是0—15V大量程,而大量程的每一小格即分度值为0.5V,故图3电压表的示数为4.0V。
从表格每次得到的电压、电流值可算出四次的电阻分别为R===10.0Ω、R==≈9.4Ω、R===10.0Ω、R==≈10.2Ω,所以被测电阻最接近R===9.9Ω。
(3)因为电源电压保持6V不变,而串联电路电流处处相等,总电压等于各分电压之和,所以当被测电阻两端的电压为2.5V时,U=U-U=6V-2.5V=3.5V,滑动变阻器连入电路的电阻R===14Ω,故林馨同学选择的是规格为“15Ω 1A”的变阻器。
三、用电压表测量电阻
例2 小明同学想测出一段电炉丝的电阻值,可是在连接电路时他发现电流表已被烧坏。请你利用现有器材(电压未知的电源、量程合适的电压表、最大阻值为20Ω的滑动变阻器、开关各一个、导线若干),帮助小明设计一个不移动电压表就能测出这段电炉丝阻值的电路,并写出简要的实验步骤和计算电炉丝的数学表达式(电炉丝的符号为“”)。
解析:电源电压未知,需要进行测量,但题中要求不移动电压表,故采用电炉丝和滑动变阻器串联,“借用”滑动变阻器的最大阻值,测量电路如图4。
简要测量步骤:(1)按照电路图连好实物;(2)将滑片滑到最右端,闭合开关S,读出此时电压表的示数U;(3)将滑片滑到最左端,读出此时电压表的示数U;(4)用推导公式R=×20Ω算出电炉丝的电阻。
四、用电流表测量电阻
例3 现有电压未知的电源、电流表、定值电阻R、待测电阻R各一个,开关两个,导线若干,请画出测量R阻值的电路图,要求测量时电流表位置固定不动。
解析:如图5所示,采用R和R并联,利用并联电路干路电流等于支路电流之和的特点解题。
简要测量步骤:(1)按照电路图连好实物;(2)闭合开关S,读出此时电流表的示数I;(3)同时闭合开关S、S,读出此时电流表的示数I;(4)用公式R=R算出待测电阻R。
五、用电能表测量电阻
例4 课外兴趣小组利用电炉丝制作了一个“热得快”,他们想测定一下此“热得快”在220V电路中工作时的电阻,于是找来一只盘面上标有3000R/kW•h字样的电能表和秒表,得出电路只有“热得快”工作的1min内电能表的转盘转了40转,那么“热得快”工作时的电阻为 Ω。
解析:制作“热得快”的电炉丝属于纯电阻,通电后电能全部转化为内能。3000R/kW•h表示电路消耗1kW•h电能,电能表要转3000转,所以电能表转盘转1转就意味着电路耗电W=kW•h=1.2×10J。
由W=nW=UIt=t,得R===60.5Ω。
六、“等效替代法”测量电阻
图6中Rx为待测电阻,R′为电阻箱,R为定值电阻,S为单刀双掷开关。按电路图连接实物,按以下步骤操作可测量Rx的值:将电阻箱的阻值调到最大,开关S接a点,读出电流表的示数I;将开关接b点,调节电阻箱,使电流表的示数I=I,读出电阻箱接入电路的电阻R′,则Rx= R′。
电阻是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量,可用专门的仪器进行测量,电工、维修部常用图1所示的数字万用表或指针式万用表测量电阻。
用万用表的欧姆档(欧姆档用“Ω”表示,分为R×1、R×10、R×100和R×1K四档,有些万用表还有R×10k档)测量导体的电阻时应注意:
1. 万用表水平放置。
2. 将红色表笔插入标有“+”号的插孔,黑色表笔插入标有“-”号的插孔。
3. 将选择开关置于R×100档,将两表笔短接调整欧姆档零位调整旋钮,使表针指向电阻刻度线右端的零位。若指针无法调到零点,说明表内电池电压不足,应更换电池。
4. 用两表笔分别接触被测电阻两引脚进行测量。正确读出指针所指电阻的数值,再乘以倍率(R×100档应乘100,R×1k档应乘1000……),就是被测电阻的阻值。
5. 为使测量较为准确,测量时应使指针指在刻度线中心位置附近。若指针偏角较小,应换用R×1k档;若指针偏角较大,应换用R×10档或R×1档。每次换档后,应再次调整欧姆档零位调整旋钮,然后再测量。
二、“伏安法”测量电阻
实验室常用电压表和电流表测量电阻,这是电学部分最基础的一个实验,也是初中物理最重要的学生实验之一。“伏安法”测电阻的实验原理或理论依据为欧姆定律I=的变形式R=。因为导体的电阻是导体本身的一种性质,与导体的材料、长度和横截面积有关,也要受温度的影响,等于加在其两端的电压和通过的电流的比值。故可通过测定电压和电流间接得出导体的电阻。
例1 如图2是林馨同学用电流表、电压表测电阻的实物连接图,电源电压保持6V不变。
(1)开关闭合前,林馨同学应将滑动变阻器的滑片滑至 (选填“A”或“B”)端。
(2)下表是她测得的一组数据,第3次测量时,电压表示数如图3所示,请将读得的电压和计算的电阻值填在表格中。
(3)表中第1次数据是连接好电路后,滑动变阻器的滑片调到某一位置时,合上开关得到的。那么在“15Ω 1A”和“10Ω 1.5A”两种规格的滑动变阻器中,她选择的是规格为 的变阻器。
解析:(1)滑动变阻器在电路中起到分压限流保护电路的作用,还要通过它改变被测电路两端的电压,从而得到几组对应的电压和电流值,以便完成多次测量求平均值。在闭合开关之前,滑片应处在最大阻值处,所以林馨同学应将滑动变阻器的滑片滑至A端。
(2)从图2可能看出电压表连的是0—15V大量程,而大量程的每一小格即分度值为0.5V,故图3电压表的示数为4.0V。
从表格每次得到的电压、电流值可算出四次的电阻分别为R===10.0Ω、R==≈9.4Ω、R===10.0Ω、R==≈10.2Ω,所以被测电阻最接近R===9.9Ω。
(3)因为电源电压保持6V不变,而串联电路电流处处相等,总电压等于各分电压之和,所以当被测电阻两端的电压为2.5V时,U=U-U=6V-2.5V=3.5V,滑动变阻器连入电路的电阻R===14Ω,故林馨同学选择的是规格为“15Ω 1A”的变阻器。
三、用电压表测量电阻
例2 小明同学想测出一段电炉丝的电阻值,可是在连接电路时他发现电流表已被烧坏。请你利用现有器材(电压未知的电源、量程合适的电压表、最大阻值为20Ω的滑动变阻器、开关各一个、导线若干),帮助小明设计一个不移动电压表就能测出这段电炉丝阻值的电路,并写出简要的实验步骤和计算电炉丝的数学表达式(电炉丝的符号为“”)。
解析:电源电压未知,需要进行测量,但题中要求不移动电压表,故采用电炉丝和滑动变阻器串联,“借用”滑动变阻器的最大阻值,测量电路如图4。
简要测量步骤:(1)按照电路图连好实物;(2)将滑片滑到最右端,闭合开关S,读出此时电压表的示数U;(3)将滑片滑到最左端,读出此时电压表的示数U;(4)用推导公式R=×20Ω算出电炉丝的电阻。
四、用电流表测量电阻
例3 现有电压未知的电源、电流表、定值电阻R、待测电阻R各一个,开关两个,导线若干,请画出测量R阻值的电路图,要求测量时电流表位置固定不动。
解析:如图5所示,采用R和R并联,利用并联电路干路电流等于支路电流之和的特点解题。
简要测量步骤:(1)按照电路图连好实物;(2)闭合开关S,读出此时电流表的示数I;(3)同时闭合开关S、S,读出此时电流表的示数I;(4)用公式R=R算出待测电阻R。
五、用电能表测量电阻
例4 课外兴趣小组利用电炉丝制作了一个“热得快”,他们想测定一下此“热得快”在220V电路中工作时的电阻,于是找来一只盘面上标有3000R/kW•h字样的电能表和秒表,得出电路只有“热得快”工作的1min内电能表的转盘转了40转,那么“热得快”工作时的电阻为 Ω。
解析:制作“热得快”的电炉丝属于纯电阻,通电后电能全部转化为内能。3000R/kW•h表示电路消耗1kW•h电能,电能表要转3000转,所以电能表转盘转1转就意味着电路耗电W=kW•h=1.2×10J。
由W=nW=UIt=t,得R===60.5Ω。
六、“等效替代法”测量电阻
图6中Rx为待测电阻,R′为电阻箱,R为定值电阻,S为单刀双掷开关。按电路图连接实物,按以下步骤操作可测量Rx的值:将电阻箱的阻值调到最大,开关S接a点,读出电流表的示数I;将开关接b点,调节电阻箱,使电流表的示数I=I,读出电阻箱接入电路的电阻R′,则Rx= R′。