2012届高考物理第一轮基础知识复习教案:电阻定律
详细内容
3.实验仪器选用与实物图连接
(1)仪器的选择一般应考虑三方面因素：
①安全因素，如：通过电源和电阻的电流不能超过其允许的最大电流，各电表读数不能超过量程.
②误差因素，如：选用电表量程应考虑尽可能减小测量值的相对误差；电压表、电流表在使用时，要用尽可能使指针接近满刻度的量程，其指针应偏转到满刻度的1/3～2/3之间；使用欧姆表时宜选用指针尽可能在中间刻度附近的倍率挡位.
③便于操作，如：选用滑动变阻器时应考虑对外供电电压的变化范围既能满足实验要求，又便于调节，滑动变阻器调节时应用到大部分电阻线，否则不便于操作.
(2)选择仪器的一般步骤是：
①根据实验要求设计合理的实验电路；
②根据电路选择滑动变阻器；
③选定电源，选择电压表和电流表以及所用的量程.
(3)连接实物图的基本方法是：
①画出实验电路图；
②分析各元件连接方式，明确电表量程；
③画线连接各元件，一般先从电源正极开始，到开关，再到滑动变阻器等，按顺序以单线连接方式将主电路中要串联的元件依次串联起来；其次将要并联的元件再并联到电路中去；连接完毕，应进行检查，检查电路也应对照电路图按照连线的方法和顺序进行.
典例精析
1.电阻的测量
【例1】检测一个标称值为5 Ω的滑动变阻器.可供使用的器材如下：
A.待测滑动变阻器Rx，总电阻约5 Ω(电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数)
B.电流表A1，量程0.6 A，内阻约0.6 Ω
C.电流表A2，量程3 A，内阻约0.12 Ω
D.电压表V1，量程15 V，内阻约15 kΩ
E.电压表V2，量程3 V，内阻约3 kΩ
F.滑动变阻器R，全电阻约20 Ω
G.直流电源E，电动势3 V，内阻不计
H.游标卡尺
I.毫米刻度尺
J.电键S，导线若干
(1)用伏安法测定Rx的全电阻值，所选电流表为 (填“A1”或“A2”)，所选电压表为 (填“V1”或“V2”).
(2)在虚线框中画出测量电路的原理图，并根据所画原理图将下图中实物连接成测量电路.
(3)为了进一步测量待测滑动变阻器电阻丝的电阻率，需要测量电阻丝的直径和总长度，在不破坏变阻器的前提下，请设计一个实验方案，写出所需器材及操作步骤，并给出直径和总长度的表达式.[高考资源网]
【解析】(1)所用电源的电动势为3 V，Rx约为5 Ω，故回路中最大电流约为0.6 A，为了读数精确，所以电流表应选A1，电压表应选V2.
(2)电路原理图和对应的实物连线图如图所示.
(3)方案一：
需要的器材：游标卡尺、毫米刻度尺
主要操作步骤：
①数出变阻器线圈缠绕匝数n.
②用毫米刻度尺(也可以用游标卡尺)测量所有线圈的排列长度L，可得电阻丝的直径为d＝L/n
③用游标卡尺测量变阻器线圈部分的外径D，可得电阻丝总长度l＝nπ(D－ )；也可以用游标卡尺测量变阻器瓷管部分的外径D，得电阻丝总长度l＝nπ(D－ )
④重复测量三次，求出电阻丝直径和总长度的平均值.
方案二：
需要的器材：游标卡尺
主要的操作步骤：
①数出变阻器线圈缠绕匝数n.
②用游标卡尺测量变阻器线圈部分的外径D1和瓷管部分的外径D2，可得电阻丝的直径为d＝
电阻丝总长度l＝ π(D1＋D2)
③重复测量三次，求出电阻丝直径和总长度的平均值.
【答案】(1)A1；V2 (2)、(3)见解析
【拓展1】用伏安法测金属电阻Rx(约为5 Ω)的值，已知电流表内阻为1 Ω，量程0.6 A，电压表内阻为几千欧，量程为3 V，电源电动势为9 V，滑动变阻器阻值为0～6 Ω，额定电流为5 A，试画出测量Rx的原理图.
【解析】因 ，故应选用电流表外接电路.如果采用变阻器限流接法，负载Rx的电压变化范围约为45/12～9 V，显然所提供的电压表量程不够，应采用分压接法，实际电路图应如图所示.
2.电表的改装和使用
【例2】将满偏电流Ig＝300 μA、内阻未知的电流表改装成电压表并进行核对：
(1) 利用如右图所示的电路测量表 的内阻(图中电源的电动势E＝
4 V)：先闭合S1，调节R，使电流表指针偏转到满刻度；再闭合S2，保持R不变，调节R′，使电流表指针偏转到满刻度的 ，读出此时R′的阻值为200 Ω，则电流表内阻的测量值Rg＝ Ω.
(2)将该表改装成量程为3 V的电压表，需 (填“串联”或“并联”)阻值为R0＝ Ω的电阻.
(3)把改装好的电压表与标准电压表进行核对，试画出实验电路图和实物连接图.
【解析】(1)在保证干路中电流几乎不变的情况下，由并联电路的特点可得：
IgRg＝(Ig－ Ig)R′，故得Rg＝ R′＝100 Ω
(2)将电流表改装成电压表，需串联一个分压电阻，分压电阻阻值为
R0＝ Ω＝9 900 Ω
(3)核对电路中，标准表与改装表应并联，核对范围应尽可能大，滑动变阻器应采用分压式连接.
电路图和实物图如下：
【答案】(1)100 (2)串联；9 900 (3)见解析
【思维提升】本题是一道综合性的基础题，只要同学们对基础知识了解得比较透彻，应该能较轻松解答此题.因此要求同学们务必夯实实验基础.
3.电表内阻的测量
【例3】某电流表的内阻在0.1 Ω～0.2 Ω之间，现要测量其内阻，可选用的器材如下：
A.待测电流表A1(量程0.6 A)
B.电压表V1(量程3 V，内阻约2 kΩ)
C.电压表V2(量程15 V，内阻约10 kΩ)
D.滑动变阻器R1(最大电阻10 Ω)
E.定值电阻R2(阻值5 Ω)
F.电源E(电动势4 V)
G.电键S及导线若干
(1)电压表应选用 ；
(2)画出实验电路图；
(3)若测得电压表读数U，电流表读数I，则电流表A1内阻表达式为RA＝ .
【解析】利用电压表测电压，电流表测电流的功能，根据欧姆定律R＝ 计算电流表的内阻.由于电源电动势为4 V， 在量程为15 V的电压表中有 的刻度没有利用，测量误差较大，因而不能选；量程为3 V的电压表其量程虽然小于电源电动势，但可在电路中接入滑动变阻器进行保护，故选用电压表V1.由于电流表的内阻在0.1 Ω～0.2 Ω之间，量程为0.6 A ，电流表上允许通过的最大电压为0.12 V，因而电压表不能并联在电流表的两端，必须将一个阻值为5 Ω的定值电阻R2与电流表串联再接到电压表上，才满足要求.滑动变阻器在本实验中分压与限流的连接方式均符合要求，但考虑限流的连接方式节能些，因而滑动变阻器采用限流的连接方式 .故本题电压表选用V1，设计电路图如图所示.电流表A1内阻的表达式为RA＝ －R2
【答案】(1)V1 (2)见解析 (3) －R2
【思维提升】仔细分析，认真计算，知晓滑动变阻器两种不同接法的作用是分析这类题的关键.
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【例4】某电压表的内阻在20 kΩ～50 kΩ之间，要测其内阻，实验室提供下列可选用的器材：
待测电压表V(量程3 V) 电流表A1(量程200 μA)
电流表A2(量程5 mA) 电流表A3(量程0.6 A)
滑动变阻器R(最大阻值1 kΩ) 电源E(电动势4 V)
电键S
(1)所提供的电流表中，应选用 ；
(2)为了尽量减小误差要求测多组数据，试画出符合要求的实验电路图.
【错解】当电压表满偏时，通过它的电流I不超过3/20 μA＝150 μA，所以电流表选用A1.滑动变阻器选用限流接法.
【错因】滑动变阻器阻值可有1 kΩ，比RV小得多，用限
流电路无法使表上电压在量程之内，更不用说取多组数据了.
【正解】(1)电流表选用A1.
(2)采用分压电路.实验电路如图所示.
【思维提升】在选择滑动变阻器的接法时，部分同学认为只要安全，都选用分压电路就可以了.虽然这样往往也能用，但还应遵循精确性、节能性、方便性原则综合考虑.