1、恒定電壓內阻檢測方式歸納內阻檢測仍然是小學數學熱學實驗中的重頭戲,初中數學教材中編排的熱學實驗對阻值的檢測僅僅給出了一個大約的框架,實際上內阻的檢測方式好多,了解并把握內阻的檢測方式可以使中學生對熱學知識的理解愈發深刻和透徹。一、基本技巧-伏安法(V-A法)圖1伏安法檢測內阻主要涉及檢測電路的選擇,控制電路的選擇和實驗器材的選擇。1、原理:按照部份電路歐姆定理。2、控制電路的選擇控制電路有兩種:一種是限流電路(如圖1);另一種是分壓電路。(如圖2)圖2(1)限流電路是將電源和可變內阻串聯,通過改變阻值的電阻,以達到改變電路的電壓,但電壓的改變是有一定范圍的。其優點是節約能量;通常在兩種控制
2、電路都可以選擇的時侯,優先考慮限流電路。(2)分壓電路是將電源和可變內阻的產值串聯上去,再從可變內阻的兩個接線柱引出導線。如圖2,其輸出電流由ap之間的內阻決定,這樣其輸出電流的范圍可以從零開始變化到接近于電源的電動勢。在下述三種情況下,一定要使用分壓電路:要求檢測數值從零開始變化或在座標圖中畫出圖線。圖4滑動變阻器的產值比待測內阻的電阻小得多。電壓表和電流表的阻值比電路中的電流和電壓小。圖33、測量電路因為伏特表、安培表存在內阻,所以檢測電路有兩種:即電壓表內接和電壓表外接。(1)電壓表內接和電壓表外接的電路圖分別見圖3、圖4(2)電壓表內、外接法的選擇,圖4、已知RV、RA及
3、待測內阻RX的大致電阻時可以借助相對偏差判定若,選用內接法,選用外接法不知RV、RA及待測內阻RX,采用嘗試法,見圖5,當電流表的一端分別接在a、b兩點時,如電壓表示數有顯著變化,用內接法;電流表示數有顯著變化,用外接法。圖5(3)偏差剖析:圖70內接時偏差是因為電壓表分壓造成的,其檢測值偏大,即R測R真(R測=RA+RX);外接時偏差是因為電流表分流造成的,其檢測值偏小,即R測R真()4、伏安法測阻值的電路的改進圖60圖70如圖6、圖7的兩個測內阻的電路才能去除水表的電阻帶來的偏差,為何?如何檢測?二、由伏安法演化而至的其他檢測定值內阻的方式歸納(一)電流表和定值內阻取代法(V-R
4、法)【例1】有一個電阻已看不清楚的內阻器R,我們要測出它的電阻,但手邊只有一個電板組,一個電流表,一個已知電阻的阻值器R0和幾根導線,你有辦法測出R的電阻嗎?說出你的辦法和理由。(二)電流表和滑動變阻器取代法(V-RP法)【例2】給你以下器材:一個電源(其電流未知),一個標有“20電阻的測量方法步驟高中,1A”的滑動變阻器,導線若干,一個開關,一只電流表,一個待測內阻Rx。請你設計一個能測出Rx內阻值的電路。要求:1、畫出你所設計的電路圖(電流表連入電路后位置不可變動)。2、簡要寫出實驗操作步驟。3、根據你所測出的化學量寫出表達式Rx_。(三)電流表和開關代替法(V-K法)【例3】給你一個電板組、一個電流表、一個已
5、知電阻的定值內阻R0、兩個開關及幾根導線,請你設法只聯接一次電路能夠測出未知內阻的電阻,畫出電路圖,寫出實驗步驟及未知內阻的表達式。(四)電壓表和定值內阻取代法(A-R法)【例4】現有電瓶組、電流表、開關、導線和一個已知電阻的定值內阻R0,沒有電流表,你怎么測出被測內阻的電阻?(五)電壓表和滑動變阻器取代法(A-RP法)【例5】現有電瓶組、電流表、已知最大電阻的滑動變阻器、導線及開關,你怎么測出被測內阻的電阻?(六)電壓表和開關代替法(A-K法)【例6】有一個電阻看不清的內阻,我們要測它的電阻,但手邊只有一只電壓表,一個已知電阻的定值內阻,二個開關和幾根導線:1、畫出實驗電路圖。2、寫出實驗
6、步驟。圖13、用測出量和已知量寫出未知內阻的表達式。三、其他檢測內阻的方式歸納(一)歐姆表測內阻1、歐姆表的結構、原理它的結構如圖1,由三個部件組成:G是電阻為Rg、滿偏電壓為Ig的電壓計。R是可變內阻,俗稱調零內阻,電瓶的電動勢為E,電阻為r。歐姆檔測內阻的原理是按照閉合電路歐姆定理制成的。當紅、黑基極接上待測內阻Rx時,由閉合電路歐姆定理可知:I=E/(R+Rg+Rx+r)=E/(R內+RX)由電壓的表達式可知:通過電壓計的電壓其實不與待測內阻成反比,但存在一一對應的關系,即測出相應的電壓,就可算出相應的內阻,這就是歐姆表測內阻的基本原理。2、使用注意事項:(1)歐姆表的表針偏轉
7、角度越大,待測內阻電阻越小,所以它的刻度與電壓表、電壓表刻度剛好相反,即左大右小;電壓表、電壓表刻度是均勻的,而歐姆表的刻度是不均勻的,左密右稀,這是由于電壓和內阻之間并不是反比也不是正比的關系。(2)多用表上的黑紅接線柱,表示、兩極。黑基極接電瓶的正極,紅基極接電瓶的正極,電壓總是從紅筆流入,黑筆流出。(3)檢測內阻時,每一次換檔都應當進行調零(4)檢測時,應使表針盡可能在滿刻度的中央附近。(通常在中值刻度的1/3區域)(5)檢測時電阻的測量方法步驟高中,被測內阻應和電源、其它的器件斷掉。(6)檢測時,不能用右手同時接觸基極,由于人體是一個內阻,使用完畢,將選擇開關撥離歐姆檔,通常旋至交流電流的最高端或OFF檔。
8、(二)用惠斯通電橋檢測內阻1、原理:惠斯通電橋的原理如圖所示。內阻R1、R2、R和待測內阻RX連成四邊形,每一條邊稱為電橋的一個臂。在對角A和C之間接電源E,在對角B和D之間接檢流計G。因而電橋由4個臂、電源和檢流計三部份組成。當開關接通后,各條大道中均有電壓通過,檢流計大道起了溝通ABC和ADC兩條大道的作用,好像一座“橋”一樣,故稱為“電橋”。適當調節R、R1和R2的大小,可以使橋上沒有電壓通過,即通過檢流計的電壓IG=0,這時,B、D兩點的電勢相等。電橋的這些狀態稱為平衡狀態。這時A、B之間的電勢差等于A、D之間的電勢差,B、C之間的電勢差等于D、C之間的電勢差。設ABC大道和A
9、DC大道中的電壓分別為I1和I2,由歐姆定理得I1RX=I2RI1R1=I2R2兩式相除得:上式稱為電橋的平衡條件。所以一般將R/R2稱為百分比臂,將R1稱為比較臂。2、測量方式如圖,聯接電路,取R1、R2為定值內阻,R3為可變內阻箱(才能直接讀出數值),Rx為待測內阻。調節R3,使電壓計中的讀數為零,應用平衡條件,求出Rx。(三)等效取代法測內阻1、等效取代法就是在檢測的過程中,讓通過待測內阻的電壓(或電流)和通過內阻箱的電壓(或電流)相等。電路如圖13,將單刀雙擲開關調到a,閉合S1調節R,使安培表讀數為I0,保持R不動,將單刀雙擲開關打到b,調節R0使安培表讀數
10、仍為I0,則內阻箱的讀數就是待測內阻的數值。2、測量原理:圖14是用伏特表完成的實驗,朋友們自己剖析檢測原理。3、注意:主要器件為內阻箱和單刀雙擲開關。實線框內可用分壓控制電路。圖13圖14圖(四)公式估算法測內阻公式估算法主要是應用串并聯電路的特性和全電路的知識進行剖析,并求出待測內阻的數值。圖15是檢測內阻Rx的電路,Rx為待測內阻,R為保護內阻,其電阻未知,R1為已知的定值內阻,電源電動勢為E未知,S1、S2均為單刀雙擲開關,A為電壓表,其電阻不計。(1)檢測Rx的步驟為:S2向d閉合,S1向閉合,記下電壓表的讀數I1,再將S2向c閉合,S1向閉合,記下電壓表讀數I2。
11、(2)估算Rx的公式為Rx=(五)補償法測內阻1、基本原理:在一定濕度下,直流電通過待測內阻時,用電流表測出兩端的電流U,用電壓表測出通過的電壓I,則內阻值可表示為:=U/I2、試驗方式:聯接如下電路圖,調節使檢流計G無電壓通過(表針指零),這時電流表指示的電流值等于兩端的電流,即b,d之間的電流補償了兩端的電流。清不僅電流電阻對電路的影響。補償法測內阻的優點補償法測內阻比伏安法測內阻形成的偏差要小,這主要是由于補償法測內阻時沒有引入檢測儀表自身的內阻,因而增加了系統偏差,增強了檢測正確度。電路簡單,實用性強。電路中的器件和儀表都是常用元件,但是個滑動變阻器和內阻箱的電阻是否確切均不會影響被測內阻的檢測值,因而對內阻元件的選擇減少了要求。調節便捷,電路通過粗調和細調的設計,既可以提升檢測的速率,又可以保護檢流計,這是電橋發檢測內阻時很難做到的。修正系統偏差。電路中檢測儀表自身的內阻與檢測結果無關,因而減少了檢測方式引入的偏差,這是單純埋首法檢測內阻時難以做到的。以上內阻檢測的五種方式,朋友們在平常解題時可視具體情況靈活選用。