中學生做實驗
電阻的檢測是恒流電路題中的重點,也是中學生學習中的難點。 基礎差的中學生感到無法思考是常有的事。 雖然各種類型的問題保持不變。 這個“宗”就是各個穴位的基礎知識和基本規律。 只有扎實的基本功,才能找出題型的優劣勢,有的放矢地解決。
這就要求中學生熟練掌握恒流電路的基本知識,能夠靈活運用各種內阻檢測方法,從而提高中學生綜合分析和解決問題的能力。
一、測量內阻的歐姆表
一、歐姆表的結構與原理
其結構如圖1所示,由三部分組成:G為靈敏電壓表,電阻為Rg,滿偏置電壓為Ig。 R為可變電阻,俗稱零內阻,電池的電動勢為E,電阻為r。
測量歐姆檔內阻的原理是:閉路歐姆定理。
從電壓的表達式可以看出,雖然通過電壓表得到的電壓與被測內阻不成反比,但存在一一對應關系,即可以計算出對應的內阻通過測量相應的電壓。 這是歐姆表測得的內阻。 阻力的基本原理。
需要特別強調的是,表盤中間刻度值與所選檔位的倍數等于檔位的阻力。
兩基極短路時,外接無內阻。 然后水表的指針指向表盤的最右端。
對于不同檔位,將中間刻度值與所選檔位的倍數相加得到的值即為該檔位的阻值。
2、使用注意事項:
(1)歐姆表指針偏角越大,被測內阻越小,所以它的刻度剛好與電壓表、電壓表的刻度相反,即左邊大,右邊大右邊較小; 電壓表和電壓表的刻度是均勻的,歐姆表的刻度是不均勻的,左密右細。 這是因為電壓和內阻之間的關系既不是反比也不是正比。
(2) 萬用表上的黑、紅端子表示+、-極。 黑色底座接內部電池的負極,紅色底座接電池正極,電壓總是從紅表筆流入,從黑表筆流出。
(3)檢測內阻時,每換一檔都要調零
(4)測試時,指針應盡量靠近滿刻度的中心。 (通常在以中位數刻度為中心的 1/3 區域)。 如果發現指針偏角過大,即指針指向的位置偏左太遠,說明所選檔位偏大,應將檔位調小一些。 如果發現指針偏角太小,即指針所指的位置偏右太遠,說明所選檔位太小,應將檔位調大一些。
(5)測試時,被測內阻應與電源和其他設備斷開。
(6)測試時,右手不能同時觸及底座,因為人體是內阻。
(7)使用后,將選擇開關旋離歐姆位置,通常將其旋至交流電流最高端或OFF位置。
二、伏安法測量內阻
1.原理:部分電路歐姆定理
2.控制電路的選擇
有兩種類型的控制電路:
限流電路(如圖2所示);
分壓電路。 (如圖3所示)
(1)限流電路:將電源與滑動變阻器串聯,通過改變滑動變阻器的阻值來改變電路中的電流。 但電壓的變化是有一定范圍的(不可能再現零位)。 優點是節能; 通常當兩個控制電路都可用時,優先使用限流電路。
(2)分壓電路:將電源和滑動變阻器的輸出端串聯,然后從滑動變阻器的滑動片(滑動桿的一端)和內部的一個接線端引出導線電阻絲。 如圖3所示,其輸出電流由p之間的內阻決定,因此其輸出電流的范圍可以從零變化到接近電源的電動勢。 在以下三種情況下,必須使用分壓電路:
①要求從零開始改變檢測值或繪制伏安特性曲線。
②滑動變阻器的輸出值遠小于被測內阻的阻值。
③電流表和電流表的電阻值小于電路中的電流和電壓。
3.檢測電路
由于電壓表和電流表都有內阻,所以檢測電路有兩種:
電壓表內部連接(如圖4所示)
電壓表外接(如圖5)
②如果不知道RV、RA和待測內阻RX,可采用試算法。 (見圖 6)
當電流表的一端分別接在a點和b點時,如果電壓指示的數字有明顯變化,說明兩種情況下電流表的讀數相差不大,但在一種情況下case電壓表的偏差肯定比較大,所以電阻的測量實驗步驟,需要保證電壓表的讀數準確,所以選擇內接法;
如果電流指示有明顯變化,說明兩種情況下電壓表的讀數差別不大,但有一種情況下電流表的讀數肯定有比較大的偏差。 因此,為保證電流表讀數準確,采用外接法。
4.伏安法測量內阻電路的改進
圖7和圖8所示的兩個電路可以消除水表電阻引起的偏差。
三、測量內阻的橋式電路
1.原理:圖9所示的電路稱為橋式電路,通常
接下來,電壓通過電壓表。 但當滿足一定條件時,電壓表不能通過電壓,這種狀態稱為“電橋平衡”。
由于R1和R3的上端由同一根導線連接,因此R1和R3的上端電位相同。 電橋平衡時,圖中A、B點電位相等,R1、R3兩端電流相等(置U1);
并且由于A點和B點的電位相等,所以不會有電壓通過電壓表。 這時,電壓表的通路可以去掉(如圖9-2所示)。
電路結構可視為:R1R2串聯,R3R4串聯,再并聯; 因為兩條通路的總電流相等,所以R2和R4兩端的電流也相等(設為U2)。
根據串聯電路的電流分配關系:
可以得到橋梁的平衡狀態。
2、電橋平衡條件:R1×R4=R2×R3
三、檢測方法
如圖10所示,接好電路,R1、R2為定值內阻,R3為可變內阻盒(只能直接讀數值),Rx為待測內阻。 調整 R3 使電壓表讀數為零,應用平衡條件,找到 Rx。
四。 “半偏法”測量內阻
1.用“半偏法”測量電流表的阻值
(1)檢測方法:用半偏壓法測量電壓表的阻值(如圖11所示),
R為滑動變阻器,R0為內阻盒,G為被測電壓表。
實驗時,先關閉S1,關閉S2,調節R使電壓表指針滿偏; 然后關閉S2,調整R0,使電壓表的讀數為滿偏值的一半。 我們感覺此時內阻盒的阻值等于電壓表的阻值。 (注意:實驗前,變阻器的阻值要放在最大位置;調節R0時,R不動)
(2)檢測原理:
S2開路時,設置電壓表滿偏置電壓
(3)設備選擇:由以上原則可知,S2通斷時,近似感覺支路電流不變,條件是R>>Rg。 因此,實驗設備的選擇應滿足:①電源的電動勢盡量大(保證電壓表能調到滿偏),②R盡量大(保證總電壓)電路中的電壓幾乎恒定)。
(4)偏差分析
由于R0和Rg并聯,雖然滿足R>>Rg,但電路總內阻仍會略有增加,導致電路實際電壓略有下降。 因此,當通過電壓表的電壓等于全偏置電壓的一半時, R0 兩端的電壓略高于全偏置電壓的一半。 根據并聯電路電壓分布關系:
因此,R0略大于Rg,即電壓表的電阻檢測值略大于實際值。
2.用“半偏法”測量電流表的阻值
(1)檢測方法:(如圖12所示)
實驗時,將R1的滑片P置于左側,閉合S1、S2,調整R1,使電流表讀數滿; 保持R1不變,斷開S2,調整R0,使電流表讀數為滿刻度的一半。 此時,我們覺得:RV=R0。
五、用“等效替代法”測量內阻
1、等效代入法是在檢測過程中,通過被測內阻的電壓(或兩端電流)等于通過內阻盒的電壓(或兩端電流)。
如圖13所示,將SPDT開關調至a,閉合S1調節R,使電流表讀數為I0; 保持R不變,將單刀雙擲開關撥至b,調整R0使電流表讀數仍為I0,則內阻盒的阻值等于待測內阻的阻值。
如圖14所示,將SPDT開關調至a,閉合S1調節R,使電流表讀數為U0; 保持R不變,將SPDT開關撥到b,調整R0使電流表讀數仍為U0,則內阻 盒子的阻值等于電流表的阻值。
3、注:主要部件為內電阻箱和單刀雙擲開關。 分壓控制電路可用在實線框內。
六、內阻測量公式估算法
公式估算法主要是分析串并聯電路的特性和整個電路的知識,計算出待測內阻值。
圖15是檢測內阻Rx的電路,Rx為待測內阻,R為保護內阻,其阻值未知,R1為已知定值內阻電阻的測量實驗步驟,電源電動勢為E不詳,S1、S2為單極雙擲開關,A為電壓表,其阻值不計。
(1)檢測Rx的步驟是:S2閉合d,S1閉合a,記下電壓表的讀數I1,然后閉合S2到c,閉合S1到b,記下電壓表的讀數I2。
分析解決方案:
當S2接d,S1接a時,Rx的電流Ux=I1Rx
當S2接c,S1接b時,R1上的電流U1=I2R2
在不改變電阻R的情況下,Ux=U1