第十章 微点突破4 定值电阻在电学实验中的应用（课件PPT）-【步步高】2025年高考物理大一轮复习讲义（人教版 浙江专用）

第十章 电路及其应用 微点突破4 定值电阻在电学实验中的应用 目标 要求 1.理解定值电阻在电学实验电路中有可以作为保护电阻、可以结合电流电压表作为测量电阻、可以扩大电流电压表量程等作用。2.会利用定值电阻按照实验要求设计实验电路。 (1)保护作用：保护电表，保护电源。 (2)测量作用：已知电压的定值电阻相当于电流表，已知电流的定值电阻相当于电压表，主要有如图所示两种情况： 图乙中电流表A2两端的电压U2＝(I1－I2)R； (3)扩大作用：测量电路中用来扩大电表量程；当待测电阻过小时，可串联定值电阻用来扩大待测量。 例1　某课题研究小组准备测量一个锂电池的电动势和内阻，实验室提供的器材有： A.待测锂电池(电动势E约为3.9 V，内阻r约为2 Ω，最大电流Im＝0.6 A)； B.电压表V(量程0～3 V，内阻约为几千欧)； C.电阻箱R1(0～99.9 Ω)； D.定值电阻R2＝4.5 Ω； E.定值电阻R3＝45 Ω； F.开关S一个，导线若干。 (1)该小组成员设计了如图甲所示电路。为了防止调节电阻箱过程中电池烧坏且方便测量，定值电阻R0应选取_____(选填“R2”或“R3”)。 R2 即为了防止调节电阻箱过程中电池烧坏且方便测量，定值电阻R0应选取R2。 4.0 1.9 多次改变电阻箱的阻值R1，读出电压U， 解得E＝4.0 V，r＝1.9 Ω。 例2　要精确测量电流表A1的内阻r1，实验室提供的器材有： 电流表A1(量程为150 mA，内阻约为10 Ω) 电流表A2(量程为300 mA，内阻约为5 Ω) 电压表V(量程为15 V，内阻约为3 kΩ) 定值电阻R0(阻值为10 Ω) 滑动变阻器R1(0～10 Ω，额定电流为2 A) 滑动变阻器R2(0～250 Ω，额定电流为0.3 A) 电源E(电动势为3 V，内阻较小) 开关，导线若干 (1)有人拟将电压表V和待测电流表A1并联接入电压合适的测量电路中，测出A1的电压和电流，再计算出r1。该方案实际上不可行，其最主要的原因是_______________________________________________。 电压表V量程过大，不能准确测出电流表A1两端电压 (2)若实验时要求电流表A1的示数从零开始变化，且能测出多组数据，尽可能准确地测量出电流表A1的内阻r1。请在虚线方框中画出实验电路图，并在图中标出所用器材的代号。   答案　见解析图 要求电流表A1的示数从零开始变化，且能测出多组数据，滑动变阻器用分压接法，电压表不能用，要再用一个电流表测电流，由U＝IR求得电压，代替电压表的作用，电路如图： (3)若选取测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1，则r1＝__________，式中各符号的意义是__________________________________________。 I1、I2分别表示电流表A1、A2的读数，R0为10 Ω 例3　(2020·山东卷·14)实验方案对实验测量的精度有直接的影响，某学习小组对“测量电源的电动势和内阻”的实验方案进行了探究。实验室提供的器材有： 干电池一节(电动势约1.5 V，内阻小于1 Ω)； 电压表V(量程3 V，内阻约3 kΩ)； 电流表A(量程0.6 A，内阻约1 Ω)； 滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)； 定值电阻R1(阻值2 Ω)； 定值电阻R2(阻值5 Ω)； 开关一个，导线若干。 (1)该小组按照图甲所示的电路进行实验，通过调节滑动变阻器阻值使电流表示数逐渐接近满偏，记录此过程中电压表和电流表的示数，利用实验数据在U－I坐标纸上描点，如图乙所示，结果发现电压表示数的变化范围比较小，出现该现象的主要原因是_____。(单选，填正确答案标号) A.电压表分流 B.干电池内阻较小 C.滑动变阻器最大阻值较小 D.电流表内阻较小 B 电压表示数的变化范围小，原因是外电阻的阻值远大于电源内阻，选项B正确。 (2)针对电压表示数的变化范围比较小的问题，该小组利用实验室提供的器材改进了实验方案，重新测量得到的数据如下表所示。 序号 1 2 3 4 5 6 7 I/A 0.08 0.14 0.20 0.26 0.32 0.36 0.40 U/V 1.35 1.20 1.05 0.88 0.73 0.71 0.52 请根据实验数据，回答以下问题： ①图丙中已标出后3组数据对应的坐标点，请标出前4组数据对应的坐标点并画出U－I图像。 答案　见解析图(a) 根据数据描点并连成一条直线，如图(a)所示。 ②根据实验数据可知，所选的定值电阻为______(填“R1”或“R2”)。 R1 由图像可知E＝1.55 V，U＝0时I＝0.59 A， 由于2 Ω<r′<5 Ω， 又r′＝r＋R(r为电源内阻，R为定值电阻)， 故定值电阻只能是R1。 ③用笔画线代替导线，请按照改进后的方案，将图丁所示实物图连接成完整电路。 答案　见解析图(c) 先画出原理图，如图(b)，然后依据原理图将各仪器依次连接起来，如图(c)。 跟踪训练 1.(2024·浙江金华市第一中学模拟)某实验小组设计了如图甲所示的电路，用于测量一金属丝的电阻率。其中用到了电流表A1(量程0～100 mA，内阻r1＝4 Ω)、电流表A2(量程0～0.6 A，内阻r2＝1.3 Ω)、电阻箱R(阻值范围0～99.9 Ω)、定值电阻R0。 1 2 3 (1)图甲虚线框中可视为一个量程为0～3 V的电压表，则定值电阻R0＝______ Ω(结果保留2位有效数字)。 26 27 (2)实验操作步骤如下： a.如图乙所示，用螺旋测微器测量金属丝直 径d＝______ mm b.将该金属丝正确接入图甲电路，测得接入 电路的金属丝长度L＝68.00 cm c.合上开关，调节电阻箱，记录下电阻箱的阻值R和对应的电流表A1的示数I1、电流表A2的示数I2，并根据多组测量数据，作出如图丙所示的I1－I2图像。 1 2 3 0.680 28 根据螺旋测微器的读数规律，直径 d＝0.5 mm＋0.01×18.0 mm＝0.680 mm 1 2 3 (3)根据图丙图像，该金属丝的电阻为____ Ω，电阻率为_____________ Ω·m (结果均保留2位有效数字)。 1 2 3 2.0 1.1×10－6 30 解得Rx≈2.0 Ω 1 2 3 代入数据，解得ρ≈1.1×10－6 Ω·m (4)根据实验记录的电阻箱阻值R和对应的电流表A1、A2的示数，能否得到电源电动势和内阻的数值？______(选填“能”或“不能”)。 1 2 3 能 根据闭合电路欧姆定律有 I1(r1＋R0)＝E－(I1＋I2)(r＋R) 可知分别取两组电阻箱阻值R和对应的电流表A1、A2的示数，通过解二元一次方程组，能够得到电源电动势E和内阻r的数值。 32 2.要测量电压表V1的内阻RV1，已知其最大量程为3 V，内阻约3 kΩ。实验室提供的器材有： 电流表A(量程0～0.6 A，内阻约为0.1 Ω) 电压表V2(量程0～5 V，内阻约为5 kΩ) 定值电阻R1(阻值为20 Ω) 定值电阻R2(阻值为2 kΩ) 滑动变阻器R3(最大阻值100 Ω，额定电流1.5 A) 电源E(电动势6 V，内阻约为0.5 Ω) 开关S一个，导线若干。 1 2 3 (1)某同学设想按图甲所示电路进行测量，读出电压表V1和电流表A的示数后，用欧姆定律计算出RV1。该方案实际上_________(填“可行”或“不可行”)，最主要的原因是_______________。 1 2 3 不可行 电流表量程太大 该方案不可行，因为电流表量程太大，结合电路图与电源电动势及电压表内阻可知流经电流表的电流值太小，从而导致误差太大； (2)另一同学按如图乙所示的实物电路来测量电压表V1的内阻RV1。 ①图中R0应选_______。(填“R1”或“R2”) 1 2 3 R2 因V2的最大量程为5 V，V1的最大量程为3 V，则定值电阻的阻值应与V1的内阻相当，故选R2； ②在虚线方框内画出该实验电路图。 1 2 3   答案　见解析图　 1 2 3 结合实物图，画出电路图如图所示； ③接通电路后，调整滑动变阻器的滑动触头在适当的位置，此时电压表V1的读数为U1，电压表V2的读数为U2，定值电阻的阻值为R0，则电压表V1的内阻RV1的表 达式为RV1＝___________。 1 2 3 3.某同学为测量某电瓶车上蓄电池的电动势和内电阻，并探究电源的输出功率P与外电路的电阻R之间的关系，他设计了如图甲所示的实验电路。实验中以蓄电池作为电源，为了便于进行实验和保护蓄电池，该同学给蓄电池串联了一个定值电阻R0，把它们一起看作一个新电源(图中虚线框内部分)。实验中，多次调节外电阻R，读出相应的电压表和电流表示数U和I，由测得的数据描绘出如图乙所示的U－I图像。 1 2 3 (1)根据以上信息可以得到，新电源输出功率的最大值为_______ W，对应的外电阻R的阻值为____ Ω； 1 2 3 1.125 8 当外电阻等于内阻时，输出功率最大，对应的外电阻的阻值R＝8 Ω， 1 2 3 (2)若与蓄电池串联的定值电阻的阻值R0＝7 Ω，则可以求得蓄电池的电动势E0＝_____ V，内电阻r0＝_____ Ω； 1 2 3 6 1 蓄电池的电动势E0＝E＝6 V，蓄电池的内阻r0＝r－R0＝1 Ω。 (3)该同学分析了实验中由电表内电阻引起的实验误差。在图中，实线是根据本实验的数据描点作图得到的U－I图像，虚线是新电源在没有电表内电阻影响的理想情况下所对应的U－I图像，则可能正确的是_____。 1 2 3 C 由题图甲所示电路图可知，由于电压表分流作用，电流的测量值小于真实值，因此虚线在实线的上方，当电压表示数为零时，电路中的电流为短路电流，因此虚线与实线在I轴相交，故C正确，A、B、D错误。 1 2 3 图甲中流过电压表V2的电流I2＝； 为了确保电源安全，电路总电阻的最小值约为Rmin＝＝ Ω＝6.5 Ω，由于锂电池内阻r约为2 Ω，则接入的定值电阻值约为6.5 Ω－2 Ω＝4.5 Ω， (2)多次改变电阻箱的阻值R1，读出电压U，根据测得的数据作出－图像，如图乙所示，则电源电动势E＝______ V，r＝______ Ω(结果均保留2位有效数字)。 根据U＝E－I(r＋R2)＝E－(r＋R2)， 变形有＝＋·， 结合题图乙有＝0.25 V－1， ＝ Ω·V－1 电压表的满偏电压为15 V，根据电表的读数应超过满偏刻度的，读数最准确，但此电路中电源电压为3 V，小于电压表的读数要求，即两者并联时，电压表的读数过小，无法准确测出电流表A两端电压，所以该方案不行。 根据电路图，由串并联电路特点及欧姆定律，设通过电流表A1、A2的电流分别为I1、I2，R0为定值电阻，电阻R0两端的电压与电流表A1的电压相等，即UA1＝UR0＝(I2－I1)R0，通过电流表A1的电流由表盘读出，大小为I1，根据R＝，代入解得r1＝。 故r′＝≈2.63 Ω， R0＝－r1＝ Ω－4 Ω＝26 Ω 根据Rx＝ρ，S＝π2 联立有ρ＝ 根据欧姆定律有Rx＝－r2 则有I1＝I2 根据题图丙可知＝ R0 由欧姆定律可知RV1＝＝R0。 由题图乙，新电源的电动势E＝6 V，新电源的内阻r＝＝ Ω＝8 Ω， 新电源的最大输出功率P＝I2R＝()2R＝()2×8 W＝1.125 W。 $