图14-20
温度t (℃) 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 RL阻值(Ω) 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7 回答下列问题:
(1)根据图14-20所示的电路,在图14-21所示的实物图上连线.
图14-21
(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系,在坐标纸上作RL-t关系图线.
图14-22
(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图14-23甲、乙所示.电流表的读数为____,电压表的读数为_______.此时等效电阻RL的阻值为______;热敏电阻所处环境的温度约为_____.
图14-23
【难点探究】 难点一 测量性实验
电学测量性实验的核心是电阻的测量,如定值电阻、电流表和电压表内阻、电源内阻的测量.电阻测量的基本原理是部分电路欧姆定律或闭合电路欧姆定律,具体测量的主要方法有伏安法、半偏法、替换法等.
例1、现要测量某小量程电流表的内阻,其内阻在5 Ω~8 Ω之间,可选用的器材如下: A.待测电流表A(量程10 mA);
B.电压表V1(量程0.3 V,内阻约500 Ω); C.电压表V2(量程3 V,内阻约3 kΩ); D.滑动变阻器R1(最大电阻10 Ω); E.滑动变阻器R2(最大电阻500 Ω); F.定值电阻R3(阻值10 Ω); G.电源E(电动势3 V); H.开关S及导线若干.
要求测量结果尽可能精确且电流表、电压表的示数能从零开始调节. (1)器材应选用________________(填器材序号字母); (2)在虚线框内画出实验电路图并标明符号;
(3)电流表A内阻的表达式为RA=______________,式中各符号的物理意义为________________.
【点评】 本题通过给电流表串联一个定值电阻R3解决了电流表和电压表量程不匹配的问题,这是电学实验设计中一个常用的手法.另外,常见的解决量程不匹配问题的方法就是进行电表改装.本题是一道测电阻的题目,下面的变式题则是一道测电动势E和内阻r的题目.
【变式探究】为测量一电源的电动势及内阻,
(1)在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压表. A.量程为1 V、内阻大约为1 kΩ的电压表V1 B.量程为2 V、内阻大约为2 kΩ的电压表V2 C.量程为3 V、内阻为3 kΩ的电压表V3
选择电压表________串联________kΩ的电阻可以改装成量程为9 V的电压表. (2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号V1、V2或V3与一个电阻串联来表示,且可视为理想电压表),在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图.
(3)根据以上实验原理电路图进行实验,读出电压表示数为1.50 V时,电阻箱的阻值为15.0 Ω;电压表示数为2.00 V时,电阻箱的阻值为40.0 Ω,则电源的电动势E=________V、内阻r=________Ω.
难点二 探究性实验
例2、某实验小组探究一种热敏元件的电阻随温度变化的特性.现有器材:直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定并且可读出其大小)、电压表、待测元件、保温容器、温度计、开关和导线等.
(1)若用上述器材测量该元件的阻值随温度变化的特性,请你用笔连线画出实物连接图.
①正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值;
②在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,记录________和________,断开开关;
③重复第②步操作若干次,测得多组数据.
(3)实验小组测得该元件在不同温度下的阻值.并据此绘得R-t关系图线如图6-14-2所示,请根据图线写出该元件的R-t关系式:R=________.
(4)由以上方法测得的电阻值比它的真实值偏________.
(5)如果实验室提供的恒定电流源的输出电流为65 mA,但没有合适的电压表,测量热敏元件上的电压应选用的器材为________.(填序号)
A.电压表V1:量程3 V、内阻3 kΩ,定值电阻R1=6 kΩ B.电压表V2:量程5 V、内阻5 kΩ,定值电阻R2=10 kΩ C.电压表V3:量程10 V、内阻10 kΩ,定值电阻R3=1 kΩ
【点评】 本题是电学探究性实验,测量方法相当于伏安法测电阻的外接法,利用电源能显示电流的特性是本题的关键.
【变式探究】某同学利用如图6-14-3所示的实验电路来测量电阻的阻值.
(1)将电阻箱接入a、b之间,闭合开关.适当调节滑动变阻器R′后保持其阻值不变.改变电阻箱的阻值R,得到一组电压表的示数U与R的数据如下表:
请根据实验数据在图6-14-4中作出U-R关系图象.
(2)用待测电阻Rx替换电阻箱,读得电压表示数为2.00 V.利用(1)中测绘的U-R图象可得Rx=________Ω.
(3)使用较长时间后,电池的电动势可认为不变,但内阻增大.若仍用本实验装置和(1)中测绘的U-R图象测定某一电阻,则测定结果将________(选填“偏大”或“偏小”).现将
一已知阻值为10 Ω的电阻换接在a、b之间,你应如何调节滑动变阻器,便仍可利用本实验装置和(1)中测绘的U-R图象实现对待测电阻的准确测定?
(3)树立创新意识,对教材中的实验要想方设法从其他途径去完成.
例3、使用多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联,两个表笔分别位于此串联电路的两端.现需要测量多用电表内电池的电动势,给定的器材有:待测多用电表,量程为60 mA的电流表,电阻箱,导线若干.实验时,将多用电表调至31 Ω挡,调好零点;电阻箱置于适当数值.完成下列填空:
(1)仪器连线如图6-14-5所示(a和b是多用电表的两个表笔).若两电表均正常工作,则表笔a为________(选填“红”或“黑”)色.
(2)若适当调节电阻箱后,图6-14-5中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图6-14-6甲、乙、丙所示,则多用电表的读数为________Ω,电流表的读数为________mA,电阻箱的读数为________Ω.
(3)将图6-14-5中多用电表的两表笔短接,此时流过多用电表的电流为________mA.(保留3位有效数字)
(4)计算得到多用电表内电池的电动势为________V.(保留3位有效数字)
【点评】 本题为教材学生实验“测定电源的电动势和内阻”之创新,实验巧妙地利用欧姆表的测量原理、中值电阻的意义测定电源的电动势.