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9年级上册物理 欧姆定律的应用(4)——巧测电阻 逐字稿-3,964字

  师:同学们,前面的课我们学习了伏安法测电阻,现在一起回顾下这个实验的实验原理、实验电路图以及实验步骤。如果在伏安法测电阻实验中,电流表不慎损坏,在缺少电流表的情况下,有什么办法测出导体的电阻呢?实验室还有一个已知阻值的定值电阻R0可以使用。没有电流表,电流不能直接测量,还有什么办法知道待测电阻中的电流呢?我们有电压表和已知阻值的电阻可用,电压表能测量R0两端的电压,根据欧姆定律就能算出R0中的电流。

  那如何让IX中的电流与R0中的电流相等呢?可以将RX与R0串联,因为串联电路中电流处处相等,也就是说在这个电路中,电压表和R0起到了电流表的作用。我们给这种测量电阻的方法起个名字,它用到了电压表和定值电阻R0,就称之为伏组法。

  在这个电路中,首先要用电压表测得RX两端电压,再将电压表改接到R0两端测量R0两端的电压。如果不想在实验过程中拆接电路,能通过增加两只开关来完成以上实验吗?小华设计了这样一个电路,图中还缺两个开关和一只电压表,请在虚线框内补上三个元件,使电路完整且操作简单。

  补上电压表和开关后,通过改变开关的状态,要实现既能测出RX两端电压,又能测出R0两端电压。如果把电压表放在中间虚线框左边,开关闭合,测量的是RX两端电压;右边开关闭合测量的是R0两端电压。这样设计真的可行吗?

  当开关S1闭合时,我们来标出电压表中的电流方向。此时电流是从电压表的上方流入下方流出的,也就是说此时电压表的上方应为正接线柱,下方为负接线柱。当开关S2闭合时,再次标出电压表中的电流方向,此时电压表的下方为正接线柱,上方为负接线柱。这样一来,不管电压表的接线柱如何连接,这两次操作中,必然有一次电压表的正负接线柱是反的。

  通过以上分析,知道电压表只能放在上方两个虚框中的一个。我们把另外两个虚线框补上开关,分析一下这个电路。此时这个电路可以直接测得RX两端的电压,但是无法直接测量出R0两端的电压,但它可以测量出RX和R0两端的总电压。那么根据串联电路的电压特点,就可以用总电压减去RX两端电压,算出R0两端的电压,因此这个电路可以实现测量目的。

  下面看一下这个实验的实验步骤:

  一、按照电路图连接电路。闭合开关S1,记录电压表的示数为U1。

  二、闭合开关S2,记录电压表的示数为U2。

  那么RX的表达式应该如何书写?RX的阻值应该等于它两端的电压除以通过它的电流。在第一步操作中,测出的U1就是RX两端电压。而RX中的电流与R0中的电流相等,R0中的电流又等于R0两端的电压除以它的电阻,即(U2 - U1)÷R0。把这个式子进行化简,就得到RX电阻的表达式为U1×R0÷(U2 - U1)。

  这个电路还有什么可以改进的地方吗?在伏安法测电阻的实验中,我们通过调节滑动变阻器实现了多次测量取平均值,减小误差。在这个电路中也可以串联一个滑动变阻器,既能保护电路,又能进行多次测量取平均值减小误差。增加滑动变阻器后,实验步骤也要进行相应调整。

  一、闭合开关S1,调节滑动变阻器的滑片,记录电压表示数为U1。此时调节滑动变阻器滑片的目的是使电压表的指针指在一个整刻度,以减小读数误差。

  二、闭合开关S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,记录电压表示数U2。由于现在是三个电阻串联的电路,所以在这一步操作中需要注意不能改变滑动变阻器滑片的位置,否则RX两端电压就会发生变化。

  三、然后改变滑动变阻器滑片的位置,重复上述实验步骤。

  如果在伏安法测电阻的实验中缺少了电压表,是否也能完成实验呢?同样有一个已知阻值的电阻R0可以使用。有了刚才的经验,相信大家已经有思路了。缺少了电压表,电压不能直接测量,我们可以通过测量出R0中的电流乘以R0的电阻来计算。而想要使得RX两端电压与R0两端电压相等,就需要将它们并联,此时R0与电流表就起到了电压表的作用。这种测量电阻的方法我们称之为安阻法,也就是用电流表和定值电阻来测量待测电阻的阻值。

  下面看一下这个实验的实验步骤:

  一、按照电路图连接电路,将电流表与RX串联,并将滑动变阻器的滑片调至阻值最大端。

  二、闭合开关S,调节滑动变阻器的滑片,记录电流表示数为I1。

  三、断开开关S,将电流表与R0串联,保持滑动变阻器滑片的位置不变。

  四、闭合开关S,记录电流表示数为I2。

  那么RX的表达式是什么呢?RX两端电压与R0两端电压相等,因此RX两端电压可以写成I2×R0,除以它中的电流就是它的阻值,即I2×R0÷I1。

  如果把定值电阻R0换成电阻箱,还能用其他的方法测量出RX的电阻吗?同学们一定听说过曹冲称象的故事,一起来回顾一下,看看这个故事有什么启发。

  有一次,吴国的孙权送给曹操一只大象,曹操十分高兴,带领文武大臣们和小儿子曹冲一同去看。大家都没见过大象,看到大象又高又大,曹操对大家说:“这只大象真大,它到底有多重呢?你们谁有办法称一称它?”看着这么大的家伙,大臣们纷纷议论开了,都在想这可怎么称呢?大臣们想了许多办法,可都行不通。

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