中学生做实验
电阻的检测是恒流电路题中的重点,也是中学生学习中的难点。 基础差的中学生感到无法思考是常有的事。 虽然各种类型的问题保持不变。 这个“宗”就是各个穴位的基础知识和基本规律。 只有扎实的基本功,才能找出题型的优劣势,有的放矢地解决。
这就要求中学生熟练掌握恒流电路的基本知识,能够灵活运用各种内阻检测方法,从而提高中学生综合分析和解决问题的能力。
一、测量内阻的欧姆表
一、欧姆表的结构与原理
其结构如图1所示,由三部分组成:G为灵敏电压表,电阻为Rg,满偏置电压为Ig。 R为可变电阻,俗称零内阻,电池的电动势为E,电阻为r。
测量欧姆档内阻的原理是:闭路欧姆定理。
从电压的表达式可以看出,虽然通过电压表得到的电压与被测内阻不成反比,但存在一一对应关系,即可以计算出对应的内阻通过测量相应的电压。 这是欧姆表测得的内阻。 阻力的基本原理。
需要特别强调的是,表盘中间刻度值与所选档位的倍数等于档位的阻力。
两基极短路时,外接无内阻。 然后水表的指针指向表盘的最右端。
对于不同档位,将中间刻度值与所选档位的倍数相加得到的值即为该档位的阻值。
2、使用注意事项:
(1)欧姆表指针偏角越大,被测内阻越小,所以它的刻度刚好与电压表、电压表的刻度相反,即左边大,右边大右边较小; 电压表和电压表的刻度是均匀的,欧姆表的刻度是不均匀的,左密右细。 这是因为电压和内阻之间的关系既不是反比也不是正比。
(2) 万用表上的黑、红端子表示+、-极。 黑色底座接内部电池的负极,红色底座接电池正极,电压总是从红表笔流入,从黑表笔流出。
(3)检测内阻时,每换一档都要调零
(4)测试时,指针应尽量靠近满刻度的中心。 (通常在以中位数刻度为中心的 1/3 区域)。 如果发现指针偏角过大,即指针指向的位置偏左太远,说明所选档位偏大,应将档位调小一些。 如果发现指针偏角太小,即指针所指的位置偏右太远,说明所选档位太小,应将档位调大一些。
(5)测试时,被测内阻应与电源和其他设备断开。
(6)测试时,右手不能同时触及底座,因为人体是内阻。
(7)使用后,将选择开关旋离欧姆位置,通常将其旋至交流电流最高端或OFF位置。
二、伏安法测量内阻
1.原理:部分电路欧姆定理
2.控制电路的选择
有两种类型的控制电路:
限流电路(如图2所示);
分压电路。 (如图3所示)
(1)限流电路:将电源与滑动变阻器串联,通过改变滑动变阻器的阻值来改变电路中的电流。 但电压的变化是有一定范围的(不可能再现零位)。 优点是节能; 通常当两个控制电路都可用时,优先使用限流电路。
(2)分压电路:将电源和滑动变阻器的输出端串联,然后从滑动变阻器的滑动片(滑动杆的一端)和内部的一个接线端引出导线电阻丝。 如图3所示,其输出电流由p之间的内阻决定,因此其输出电流的范围可以从零变化到接近电源的电动势。 在以下三种情况下,必须使用分压电路:
①要求从零开始改变检测值或绘制伏安特性曲线。
②滑动变阻器的输出值远小于被测内阻的阻值。
③电流表和电流表的电阻值小于电路中的电流和电压。
3.检测电路
由于电压表和电流表都有内阻,所以检测电路有两种:
电压表内部连接(如图4所示)
电压表外接(如图5)
②如果不知道RV、RA和待测内阻RX,可采用试算法。 (见图 6)
当电流表的一端分别接在a点和b点时,如果电压指示的数字有明显变化,说明两种情况下电流表的读数相差不大,但在一种情况下case电压表的偏差肯定比较大,所以电阻的测量实验步骤,需要保证电压表的读数准确,所以选择内接法;
如果电流指示有明显变化,说明两种情况下电压表的读数差别不大,但有一种情况下电流表的读数肯定有比较大的偏差。 因此,为保证电流表读数准确,采用外接法。
4.伏安法测量内阻电路的改进
图7和图8所示的两个电路可以消除水表电阻引起的偏差。
三、测量内阻的桥式电路
1.原理:图9所示的电路称为桥式电路,通常
接下来,电压通过电压表。 但当满足一定条件时,电压表不能通过电压,这种状态称为“电桥平衡”。
由于R1和R3的上端由同一根导线连接,因此R1和R3的上端电位相同。 电桥平衡时,图中A、B点电位相等,R1、R3两端电流相等(置U1);
并且由于A点和B点的电位相等,所以不会有电压通过电压表。 这时,电压表的通路可以去掉(如图9-2所示)。
电路结构可视为:R1R2串联,R3R4串联,再并联; 因为两条通路的总电流相等,所以R2和R4两端的电流也相等(设为U2)。
根据串联电路的电流分配关系:
可以得到桥梁的平衡状态。
2、电桥平衡条件:R1×R4=R2×R3
三、检测方法
如图10所示,接好电路,R1、R2为定值内阻,R3为可变内阻盒(只能直接读数值),Rx为待测内阻。 调整 R3 使电压表读数为零,应用平衡条件,找到 Rx。
四。 “半偏法”测量内阻
1.用“半偏法”测量电流表的阻值
(1)检测方法:用半偏压法测量电压表的阻值(如图11所示),
R为滑动变阻器,R0为内阻盒,G为被测电压表。
实验时,先关闭S1,关闭S2,调节R使电压表指针满偏; 然后关闭S2,调整R0,使电压表的读数为满偏值的一半。 我们感觉此时内阻盒的阻值等于电压表的阻值。 (注意:实验前,变阻器的阻值要放在最大位置;调节R0时,R不动)
(2)检测原理:
S2开路时,设置电压表满偏置电压
(3)设备选择:由以上原则可知,S2通断时,近似感觉支路电流不变,条件是R>>Rg。 因此,实验设备的选择应满足:①电源的电动势尽量大(保证电压表能调到满偏),②R尽量大(保证总电压)电路中的电压几乎恒定)。
(4)偏差分析
由于R0和Rg并联,虽然满足R>>Rg,但电路总内阻仍会略有增加,导致电路实际电压略有下降。 因此,当通过电压表的电压等于全偏置电压的一半时, R0 两端的电压略高于全偏置电压的一半。 根据并联电路电压分布关系:
因此,R0略大于Rg,即电压表的电阻检测值略大于实际值。
2.用“半偏法”测量电流表的阻值
(1)检测方法:(如图12所示)
实验时,将R1的滑片P置于左侧,闭合S1、S2,调整R1,使电流表读数满; 保持R1不变,断开S2,调整R0,使电流表读数为满刻度的一半。 此时,我们觉得:RV=R0。
五、用“等效替代法”测量内阻
1、等效代入法是在检测过程中,通过被测内阻的电压(或两端电流)等于通过内阻盒的电压(或两端电流)。
如图13所示,将SPDT开关调至a,闭合S1调节R,使电流表读数为I0; 保持R不变,将单刀双掷开关拨至b,调整R0使电流表读数仍为I0,则内阻盒的阻值等于待测内阻的阻值。
如图14所示,将SPDT开关调至a,闭合S1调节R,使电流表读数为U0; 保持R不变,将SPDT开关拨到b,调整R0使电流表读数仍为U0,则内阻 盒子的阻值等于电流表的阻值。
3、注:主要部件为内电阻箱和单刀双掷开关。 分压控制电路可用在实线框内。
六、内阻测量公式估算法
公式估算法主要是分析串并联电路的特性和整个电路的知识,计算出待测内阻值。
图15是检测内阻Rx的电路,Rx为待测内阻,R为保护内阻,其阻值未知,R1为已知定值内阻电阻的测量实验步骤,电源电动势为E不详,S1、S2为单极双掷开关,A为电压表,其阻值不计。
(1)检测Rx的步骤是:S2闭合d,S1闭合a,记下电压表的读数I1,然后闭合S2到c,闭合S1到b,记下电压表的读数I2。
分析解决方案:
当S2接d,S1接a时,Rx的电流Ux=I1Rx
当S2接c,S1接b时,R1上的电流U1=I2R2
在不改变电阻R的情况下,Ux=U1