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初中二年级物理

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    在“测量小灯泡的电阻”实验中,电源电压保持不变,小灯泡的额定电压为2.5V.
    (1)电路接通后,小明发现移动滑动变阻器的滑片使其接入电路的电阻减小时,电压表的示数也变小了,你认为电路连接中存在的错误是 _________
    (2)改正电路后,他将测得的数据及计算结果填在下面的表格中:在电压为2V时,电流表示数如图所示,则此时经过小灯泡的电流为_________A,小灯泡的电阻为_________Ω(保留一位小数,答案不用填在表格中).分析表中的电阻值大小,发现小灯泡的电阻是变化的,你认为可能的原因是 _________

    本题信息:2012年专项题物理实验题难度较难 来源:肖芳(初中物理)
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本试题 “在“测量小灯泡的电阻”实验中,电源电压保持不变,小灯泡的额定电压为2.5V.(1)电路接通后,小明发现移动滑动变阻器的滑片使其接入电路的电阻减小时,电压表...” 主要考查您对

伏安法测电阻

滑动变阻器

影响电阻大小的因素

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  • 伏安法测电阻
  • 滑动变阻器
  • 影响电阻大小的因素
实验原理:
根据欧姆定律的变形公式R=U/I,用电压表和电流表分别测出待测电阻两端的电压和通过其中的电流,就可以求出这段导体的电阻,这种方法叫做伏安法。

伏安法测导体电阻:
(1)实验器材:电源、开关、电压表、电流表、滑动变阻器、待测电阻、若干导线;

(2)实验电路图如图所示


(3)实验步骤:
①按电路图正确连接实物图;
②闭合开关,移动滑动变阻器的滑片位置,记下导体两端的电压和通过导体的电流,连续测三组对应的电压值U1、U2、U3和电流值I1、I2、I3;
③根据记录的数据正确计算导体的电阻值R1、R2、R3和平均值R
(4)滑动变阻器在本实验中的作用:
①保护电路; ②改变导体两端的电压,使其成倍数地增加;③多次测量求平均值。

伏安法测小灯泡电阻:
(1)实验电路图和记录实验数据的表格

(2)实验需要的器材:电压表、电流表、电源、开关、滑动变阻器和导线。
(3)注意事项:测小灯泡的电阻的实验是一个重要实验,本实验中涉及的内容非常丰富,既有间接测量的实验方法,又有实验基本技能,如电路的连接,电流表、电压表、滑动变阻器的使用等,还有对实验数据的分析。因此从学习物理知识和方法的角度考虑,这个实验是非常重要的。掌握好本实验,要注意以下五个方面:
①在选取器材时,电流表所选用量程的满偏值要大于电路中的最大电流;滑动变阻器的最大阻值应略大于或接近小灯泡的电阻,以使效果明显。
②连接电路时要断开开关,并按照电压表、电流表、滑动变阻器的使用规则,将它们正确地接入电路。电压表、电流表要注意量程的选择、连接和读数,使用滑动变阻器也要注意规格的选择。
③进行实验时,在闭合开关前,要把滑动变阻器的滑片调到最大阻值处,使电路中的电流最小,目的是保证电路中的灯泡、滑动变阻器、电压表、电流表等仪器的安全。
④把每次测量的结果和小灯泡的发光情况记录下来.以便最后分析、总结。
⑤分析处理数据,对于测得的各组电流和电压值,计算出相应的电阻,然后比较几次实验测得的电阻,找出其中的规律。


“伏安法”测电阻实验中常见故障的排除法:
伏安法测电阻的原理如下图所示。

故障一:闭合开关,灯泡不亮,示数是零,电压表示数很大。
分析原因:电压表直接接在了电源两极上,小灯泡开路。
排除方法:更换好的小灯泡或检查灯泡与底座是否接触良好。

故障二:闭合开关后发现小灯泡不亮,都没有示数。
分析原因:电路中除小灯泡外的某处接触不良或同时小灯泡的灯丝断了。
排除方法:将连接各个电路元件的接线处重新连接,若同时小灯泡的灯丝断了则更换好的小灯泡。

故障三:闭合开关S,发现小灯泡不亮,同时电流表和电压表有示数,但非常小。
分析原因:电流表和电压表有示数说明电路是通路,小灯泡不亮,是因为加在小灯泡两端的电压太小,导致通过小灯泡的电流太小而不亮,可能是电源电压太低或滑动变阻器接入电路中的阻值过大。
排除方法:可以适当提高电源电压或将滑动变阻器接入电路中的阻值调小。

故障四:闭合开关s后,小灯泡亮,发现电流表和电压表的指针向左偏转。
分析原因:指针向左偏转说明电流表和电压表的正负接线柱接反了。
排除方法:将电流表和电压表的正负接线柱对调即可

故障五:连接好实验电路后,闭合开关并移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡变亮,电流表示数变大时,电压表示数反而变小;小灯泡变暗,电流表示数变小时,电压表示数反而变大。
分析原因:电路是通路,但是小灯泡变亮,电流表示数变大时,电压表示数反而变小,是由于电压表并联在滑动变阻器两端。
排除方法:只要将电压表改接到小灯泡的两端即可。

故障六:将实验电路连接好后,闭合开关s,发现小灯泡特别亮,并且无论怎样移动变阻器滑片,灯泡亮度不变。
分析原因:滑动变阻器接线有误。
排除方法:将滑动变阻器一个接线柱接法纠正即可。



定义:
    滑动变阻器是电路中的一个重要元件,它可以通过移动滑片的位置来改变自身的电阻,从而起到控制电路的作用。在电路分析中,滑动变阻器既可以作为一个定值电阻,也可以作为一个变值电阻。


构造:
滑动变阻器的构成一般包括接线柱、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分。

符号:常用Rx表示,元件符号位
结构示意图:

工作原理:通过改变接入电路中电阻丝的长度,可以逐渐改变电阻。

作用:改变电流、调节电压和保护用电器。

使用方法:滑动变阻器一般串联在电路中。连接时应“一上一下”的把接线柱接人电路中。连接电路时应把滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处。

铭牌:观察滑动变阻器的铭牌,能够了解它的最大阻值和允许通过的最大电流。例如铭牌上标有 “20Ω  1.5A”的字样,说明该滑动变阻器的最大阻值是20Ω,允许通过的最大电流是1.5A。

优缺点:
优点:能连续地改变接人电路的电阻值;缺点:不能直接读出电阻值的大小。


用滑动变阻器改变电流的方法
1.根据实际需要对滑动变阻器进行选择。每个滑动变阻器都有规定的最大电阻值和允许通过的最大电流值,通过它的电流不能超过最大电流值。
例如:滑动变阻器铭牌上的“20 Ω2A”是指滑动变阻器连入电路的最大阻值为20Ω,通过滑动变阻器的电流不能超过2A。
2.滑动变阻器一般与被控制部分串联。
3.为了保护电路,在闭合开关前要使滑片处于滑动变阻器阻值最大的位置。
4.滑动变阻器在接入电路时必须采用两个接线柱 “一上一下”的连接方法。
5.要使灯泡的亮度变亮,即需要使电路中的电流变大,则应该让滑动变阻器连入电路中的阻值变小。

例:李明想用如图所示的器材,设计一个可以调节小灯泡亮度的电路。请你用笔画线代替导线,帮李明把图中的器材连接起来。要求:

(1)滑动变阻器的滑片向右滑动时,灯泡的亮度变暗;
(2)电流表测通过灯泡的电流(灯泡的电阻约为 10Ω),电压表测灯泡两端的电压。李明检查电路连接无误后,闭合开关,电流表和电压表示数如图甲、乙所示,则通过灯泡的电流是____ A,灯泡两端的电压是__V。

解析:本题考查滑动变阻器、电压表、电流表的使用。由于电源为两节干电池,所以电压表的量程选择0~3V,灯泡的电阻约为10Ω,故电流表的量程选择0~0.6A。

答案:电路图如下图0.26   2.4

判断滑动变阻器阻值变化的方法:
    判断电路中滑动变阻器的阻值变化时,一要弄清滑动变阻器的哪部分被连入电路;二是要看清滑动变阻器滑片的移动方向。

例1如图所示的是一种自动测定油箱内油面高度的装置,R是转动式变阻器,它的金属滑片P是杠杆的一端,下列说法正确的是(   )

A.油量表是由电流表改装而成的
B.R、R0在电路中是并联的
C.油位越高,流过R的电流越大
D.油位越高,R两端的电压越大

解析:观察电路可知油量表显然不能是电流表,因为电流表是不能被并联在电路中的,这个油量表应该是电压表。两个电阻是串联在电路中的,油位越高,油量表的示数应该越大,通过电路冈可以看出油量表测的电压是转动式变阻器两端的电压,因此可以判断,油位越高电压越高。

答案:D


滑动变阻器的接法:
限流式
以下情况可选用限流式接法:
①待测用电器电阻接近滑动变阻器电阻(也可选用分压式接法)。
②简化电路,节约能源。


分压式
以下情况必须使用分压式接法:①待测用电器电阻远大于或远小于滑动变阻器电阻。②实验要求待测用电器电流及其两端电压可以由0开始连续变化(例如测小灯泡的伏安特性曲线)。③实验要求待测用电器电流及其两端电压可变范围较大。④采用限流式接法时,无论如何调节变阻器,电流、电压都大于对应电表的量程。
串分压公式:U1/U2=R1/R2
并分流公式:I1/I2=R2/R1

实验室接法
连接的方法有6种,分别为AC、AD、BD、BC、CD、AB。

其中只有AC,AD,BD,BC这四种方法,也就是所谓的“一上一下”,可以改变阻值。剩下的两种不能改变阻值。
具体情况如下:
1.当导线接AD和AC时,滑片P向左移动时电阻变小,电流变大。当滑片P向右移动时,电阻变大,电流变小。
2.当导线接BC和BD时,滑片P向左移动时电阻变大,电流变小。当滑片P向右移动时,电阻变小,电流变大。
3.当划片接CD时,这时的电阻几乎为0.电流十分大。同时电阻的阻值不可以通过移动滑片P来改变,所以这时就相当于一个定值电阻。另外,如果这样直接接到电源上,就会发生短路。
4.当划片接AB时。这时的电阻是最大的,那么通过的电流也很小。同时电阻的阻值也不可以通过移动滑片P来改变,也相当于一个定值电阻。
影响电阻大小的因素:
1.电阻是导体的属性,它的大小只与材料、长度和横截面积有关;与导体两端的电压和通过导体的电流无关。在材料相同时,长度越长,横截面积越小,电阻越大。

2.导体的电阻还与温度有关。一般来说,导体的电阻随温度的升高而增大,如金属导体;也有少数导体的电阻随温度的升高而减小,如石墨类导体。


易错点:
①电阻是导体本身固有的一种属性,不同导体的导电能力是不同的。
②绝缘体之所以能起到绝缘的作用,就是由于其电阻很大的缘故。

典型例题:
例题一:有一段导体电阻为8欧姆。
(1)如果把它截去一半,则阻值为多少?
(2)如果把它对折重叠,则阻值为多少? 分析与提示:导体电阻与长度和横截面积有关。
解题过程:(1)导体长度为原来一半,所以电阻为原来一半为4欧。(2)对折重叠后,长度为原来一半,横截面积为原来的两倍,所以电阻为原来的四分之一为2欧。

易错情况分析:第(1)问一般没有问题,第二问容易错答为4欧或8欧,答4欧的原因是忘了重叠后横截面积发生的变化影响了电阻的大小,答8欧的原因是以为横截面积变大使得电阻变大,其实电阻与横截面积成的是反比,横截面积变为原来2倍使得电阻应在减小为二分之一,只有2欧。

选题角度:第一是检查学生是否知道哪些因素会影响电阻大小,第二是运用知识“导体电阻与长度成正比,与横截面积成反比”。

例题二:如图所示,开关闭合后,用酒精灯对串联在电 路中的电阻丝进行加热,这电流表的示数将____ (变大、变小、不变),小灯泡的亮度将____ (变亮、变暗、不变)。
分析与提示:导体电阻受温度的影响。

解题过程:用酒精灯对串联在电路中的电阻丝进行加热后, 电阻温度升高,电阻将变大,所以使得电路中的电流减小,所以电流表的示数将变小,小灯泡的亮度将变暗。

易错情况分析:有些学生可能会认为电阻温度升高,电阻将变小,所以答为电流表的示数将变大,小灯泡的亮度将变亮。

选题角度:温度对电阻的影响在初中的基础学习中不常提起,但在实际科技中,这一点不可忽视,所以目的在使学生记得导体电阻除了受自身因素(材料、长度、横截面积)影响之外,其实还应强调当时的温度情况。
用控制变量法研究电阻大小的影响因素:
     使用控制变量法的一般步骤是:
(1)明确研究的问题中有多少个物理量,搞清研究对象是哪个物理量。
(2)逐一研究这个物理量(研究对象)跟某一物理量的单一关系时,要使其他物理量保持不变。
(3)把这些单一关系综合起来。
例如:在“研究电阻的大小与什么因素有关”时,就用到了控制变量法。因为影响电阻大小的因素有四个,即材料、长度、横截面积和温度。如要研究材料对电阻的影响,则需控制其他三个因素不变。

例:在探究“导体的电阻跟哪些因素有关”的问题时,某老师引导学生作了如下的猜想:
猜想1:导体的电阻可能跟导体的横截面积有关;
猜想2:导体的电阻可能跟导体的长度有关;
猜想3:导体的电阻可能跟导体的材料有关。

如图所示是他们进行实验探究时所用的器材,演示板上固定了四条金属电阻丝,a、b、c的长度均是lm, d的长度是0.5m;a、b的横截面积相同,材料不同;a、c 的材料相同,但c的横截面积大于a的横截面积;a、d 的材料和横截面积都相同。
(1)在探究电阻跟横截面积的关系时,可依次把 M、N跟____的两端连接,闭合开关,记下电流表的示数。分析比较这两根金属电阻丝的电阻大小。
(2)依次把M、N跟a、d的两端连接,闭合开关,记下电流表示数,分析比较a、d两根金属电阻丝的电阻大小,可探究电阻跟____的关系,其结论是: __________.
(3)以上方法在研究物理问题时经常被用到,被称为控制变量法。试根据学过的物理知识再列出两例可用这种方法研究的问题:___、____。
(4)一般来说,所有物体都有电阻。在探究过程中,又有同学提出猜想4:电阻还可能跟温度有关。请用一个废灯泡的灯芯(如图所示)设计一个实验来研究这个问题,要求:①说出方法,②画出电路图。

解析:本实验探究过程中采用控制变量法,通过研究电阻与材料、长度、横截面积和温度的关系,得出电阻的大小与这些影响因素之间的关系。

答案:(1)a、c
(2)长度在导体材料和横截面积相同时,导体越长,电阻越大(或导体的电阻跟长度成正比等)
(3)研究电流与电压和电阻的关系研究压强与压力和受力面积的关系
(4)①方法:用导线把废灯泡灯芯和电源、开关、电流表连成如图所示的电路,再用酒精灯给灯芯加热,同时观察电流表示数的变化,并进行分析,得出结论;
②电路图:如图所示。

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