专题：滑动变阻器的限流式和分压式接法..pdf

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1、砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 1 页1 滑动变阻器的限流式和分压式接法 （一）滑动变阻器在电路中的两种接法： 1通过改变变阻器电阻来改变电路中的电流，以控制电路中的电流限流式； 如图 1 所示，当滑动头P 从右端向左移动过程，滑动变阻器电阻逐渐减小，电路中的 电流逐渐增大，变阻器起控制电路电流作用。 注意：实验开始时应使滑动变阻器连入电路的电阻最大。 2通过变阻器改变电阻来改变用电器两端的电压，起调压器的作用分压式。 如图 2 所示， 电阻 R 与变阻器左边电阻并联,用电器与左边电阻的电压相等，改变 P 的 位置改变用电器R 两端电压，实现调制电压作用。 （二）两种电路选取： 1两种

2、电路的比较： 分压电路的电流和电压调节范围都大于限流电路的调节范围。 在电源滑动变阻器和用电器一定的条件下，限流电路消耗的电能小于分压电路消 耗的电能。 2选择原则： 由于限流式电路能节约能源，一般情况下优先选择限流式接法（以提高电路效率）。 例：在如图所示电路，已知U=5V，通过变阻器AB 连成分压式电路 向小灯泡L 供电，电灯L 上标有 “2.5V 、25” 字样。求： 为使小灯泡正常发光且上述电路的效率达到40%， 应如何选择变阻器的额定电流和电阻值。 限流式接法分压式接法 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 2 页2 变阻器如何连接才能使电路的效率达到最大？最大效率为多少？ 但在下

3、列几种情况下，必须选择分压式连接方式： 当滑动变阻器全电阻远小于被测电阻时，且实验要求电压（电流）的变化范围较大； 明确要求某部分电路的电压从零开始变化； 例：测定小灯泡的伏安特性曲线。 若采用限流接法，电路中的最小电流仍超过用电器的额定电流。 例：用伏安法测金属电阻Rx（约为 5）的值，已知电流表内阻为1，量程为 0.6A，电压 表内阻为几k，量程为 3V，电源电动势为9V，滑动变阻器的阻值为0 6，额定电流为 5A，试画出测量Rx 的原理图。 3几点说明： 对实验器材和装置的选择，应遵循的几条主要原则：安全性原则准确性原则 方便性原则经济性原则 分压电路中，在通过变阻器实际电流小于变阻器额

4、定电流（或电压）的条件下，尽量选 用变阻器总阻值小的变阻器做分压电路使用。 例：在采用分压电路做实验，提供滑动变阻器有：滑动变阻器A，阻值范围 020，额定 电流 2.0A ；滑动变阻器B，阻值范围0200 ,额定电流1.0A ，根据其它实验仪器的规格 和实验需要， 若两个变阻器都满足电流要求，则以选滑动变阻器阻值较小的A 为好。 （因为 调节方便） 描绘小灯泡的伏安特性曲线 （一）目的： 1. 描绘小灯泡的伏安特性曲线； 2. 学习如何设计实验电路以及如何确定实验器材的规格。 （二）原理： 金属导体的电阻率随温度的升高而增大，从而使金属导体的电阻随温度的升高而增大， 砺儒中学高二物理专题训练

5、12 共页 第 3 页3 因此，对一只灯泡来说，未正常发光和正常发光时灯丝的电阻可相差几倍甚至几十倍，它的 伏安特性曲线应该是一条曲线。根据部分电路欧姆定律 R U I可得： RU I1 ，即在 IU 坐 标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。 （三）器材： 小灯泡、 电压表、 电流表、 滑动变阻器、 学生电源、 开关、 导线若干。 （四）实验步骤 1、确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，按原理 图所示的电路图连接好实验电路。 2、把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最小的位置，电路经检查无误后，闭合 开关 S。 3、改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I

6、 和 U，记入表格 内，断开开关S。 4、在坐标系上建立一个直角坐标系，纵坐标表示电流，横坐标表示电压，用平滑曲线将各数 据点连接起来，得到伏安特性曲线。 （五）注意事项： 1因本实验要作出IU图线，要求测出一组包括零在内的电压、电流值，因此滑动变 阻器要采用分压接法。 2电键闭合前滑动变阻器的滑片要移动到图中的A 点。 3电键闭合后，调节变阻器滑片的位置，使灯泡的电压逐渐增大，可在电压表读数每增 加一个定值（如0.5V）时，读取一次电流值；调节滑片时应注意使电压表的示数不要超过小 灯泡的额定电压。 4加在灯泡两端的电压不能过高，以免烧毁灯泡。实验时，应使灯泡两端电压由低向高 逐渐增大，不要一

7、开始就使小灯泡在高于额定电压下工作。因为灯丝电阻随温度的升高而加 大，如果灯丝由低温状态，直接超过额定电压使用，会由于灯丝瞬间电流过大而烧坏灯泡。 练习： 1、 （2004 年上海）小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而变大。某同学为研究这一现象，用实 验得到如下数据（I 和 U 分别表示小灯泡上的电流和电压）： I ( A ) 0.12 0.21 0.29 0.34 0.38 0.42 0.45 0.47 0.49 0.50 U (V ) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 在左下框中画出实验电路图，可用的器材有：电压表、电流表、滑动

8、变阻器（变化范 围 010 ） 、电源、小灯泡、电键、导线若干。 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 4 页4 在右图中画出小灯泡的U I 曲线。 2、 用图实 11-7 甲所示的实验器材测定小灯泡的伏安特性曲线， 要求加在小灯泡上的电压从零开始逐渐增大到额定电压。 (1)在方框中画出实验所用的电路图，并按电路图用导线把 实物图连接起来。 (2)某同学根据所测几组数据画出图实11-7 乙所示的图 线， 图线是一条曲线而不是直线，原因是 _， 小灯泡的工作电压为2.0V 时的功率约是 _W 。 3(2010 莱芜模拟 )在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，除有一标有“ 6 V，1.5 W

9、” U(V) 1.6 1.2 0.8 0.4 I(A) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 图实 11-7甲 图实 11-7 乙 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 5 页5 的小灯泡、导线和开关外，还有： A直流电源6 V(内阻不计 ) B直流电流表0 3 A(内阻 0.1 以下 ) C直流电流表0 300 mA( 内阻约为5 ) D直流电压表010 V(内阻约为15 k ) E滑动变阻器10 ，2 A F滑动变阻器1 k ，0.5 A 实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能进行多次测量 (1)实验中电流表应选用_，滑动变阻器应选用_(均用序号表示) (2)在方框内画出实验电路

10、图 (3)试将图实 614 所示器材连成实验电路 测量金属电阻的电阻率 螺旋测微器 一.特色：适用于测量硬度较高或不易产生形变的物体。 二.结构 螺旋测微器也称千分尺，它主要由主尺和螺旋尺组成，其各部分名称及主要用途是： 主尺：用于读取固定刻度所显示的最大毫米刻度数( 包括 0.5 毫米 ); 螺旋尺 : 用于读取主尺 上固定刻度的水平线对应的螺旋尺上可动刻度的刻度( 包括估读 ); 旋钮：用于紧固被测物； 微调旋钮：用于可动尺的微调；测微螺杆; 小砧 . 如图所示 . 图实 614 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 6 页6 三.用法：使用螺旋测微器时，为使每次测量均在被测物上施以相同

11、的压力，以减少形变误 差；也为了避免损坏精确的螺旋刻度起见，当顶针已将被测物轻轻夹住时，勿再旋转圆 柱套筒，此时应旋转位于套筒后的微调钮，直到听到三响“滴答”声为止，读取数值即 可。 四.原理： 1.螺旋测微器的精度：螺旋测微器是利用将直线距离转化为角位移的原理制成的. 主 尺上的固定刻度的最小分度值为0.5 mm，螺旋尺即可动刻度共有50个分度，当可动 刻度尺旋转一周时，它在主尺上前进或后退一个刻度0.5mm ，则可动刻度每转过一个 分格时，可动小砧前进或后退0.01 mm，所以它测量的长度可达到精度为0.01 mm. 2.使用及读数方法：将待测物放在两小砧之间，然后用旋钮将被测物紧固，再用

12、微旋 钮调整，直至发出“嗒嗒”声后读数. 先读固定尺读数，要读出整毫米刻度，要注 意有无半毫米刻度出现，再读出固定刻度上的水平线对应的可动刻度尺上的读数( 要 有估读数据 ) ，将此数乘以 0.01 后与固定刻度上的读数相加即得到最后读数. 3.读值计算练习： （圆柱上加上套筒上的读数） 圆柱上的读数（21 + Dx ）mm 套筒上的读数 Dx = 0.495 mm 读值：（ 21 + 0.495）= 21.495 mm. 4.螺旋测微器读出数据的位数：由于螺旋测微器也精确到0.01 mm ，且可估读，所以如 果以毫米为单位，最后读数中小数点后面一定有三位数，不够三位的， 要用零补齐 . 游标

13、卡尺 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 7 页7 游标卡尺的读数部分由主尺（最小分度为1 mm）和游标尺两部分组成.按照游标的精度 不同可分为三种： （1）10 分游标，其精度为0.1 mm； （2）20 分游标，其精度为0.05 mm； （3） 50 分游标，精度为0.02 mm.它们的共同特点（也是它们的测量原理）是：游标上的全 部刻度之长比主尺上相应的刻度之长短1 mm.以 20 分游标为例，游标上20 个分度全部之长 为 19 mm ，比主尺上20 个分度短1 mm，所以游标上每个分度比主尺短0.02 mm，当在两测 脚间放一厚0.04 mm 的物体时，则游标的第2 条刻线将与主

14、尺的刻线对齐，其余的刻线与主 尺上的刻线都不对齐. 游标卡尺的读数方法是：以游标0 刻度线为准在主尺上读出整毫米数，再看游标尺上哪 一条刻度线与主尺上某刻度线（不用管是哪一条线）对齐，由游标上读出毫米以下的小数， 则总的读数为：主尺上的整毫米数L1+游标上的毫米以下的小数 L2. 下表所示即为上述三种游标尺的设计原理和读数方法 游标尺（ mm） 精度（ mm） 测量结果（游标尺上第n 个 格与主尺上的刻度线对正 时） (mm) 刻度格数刻度总长度每小格与1 毫米差 10 20 50 9 19 49 0.1 0.05 0.02 0.1 0.05 0.02 主尺上读的毫米数+0.1n 主尺上读的毫

15、米数+0.05n 主尺上读的毫米数+0.02n 由于游标卡尺在读数时要分辨游标上的哪一条刻线与主尺上的刻线对的最齐，这里已包 含了估读的因素，所以游标卡尺一般不再往下估读.不过用10 分游标尺读数时，可在毫米的 百分位上加一个 “ 0” ，表示该读数在毫米的10 分位上是准确的，以区别于毫米刻度尺的读数. 例有一游标卡尺，主尺的最小分度是1 mm，游标上有20 个小的等分刻度.用它测量 一工件的长度，如图5-1-4 所示 .图示的读数是 _mm. 练习 1.下图是用螺旋测微器测量三根金属棒直径的示意图，从左到右三根金属棒的直径依次为： mm、mm、mm。 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第

16、 8 页8 2.下图所示，甲、乙游标卡尺的示数分别为甲图mm，乙图mm。 3. （1）已知不同的工具测量某物体的长度时，有下列不同的结果： A 2.4cm B 2.37cm C 2.372cm D 2.3721cm 其中， 用最小分度值为厘米的刻度尺测量的结果是_；用游标尺上有10 个等分刻度 的游标卡尺测量的结果是_。 （2）一同学用一游标尺上标有20 等分刻度的游 标卡尺测一物体的长度测得的结果如图所示，则 该物体的长度L=_ m。 4读出下图中游标卡尺和螺旋测微器的读数游标卡尺的读 数为 _mm.；螺旋测微器的读数为_mm. 5、下图中50 分度游标卡尺和螺旋测微器的读数分别为_mm 和

17、_mm。 电源电动势和内阻的测定 【知识整合】 1实验目的：测电源的电动势和内阻。 0123456 01234567890 cm 0 5 10 25 30 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 9 页9 2实验原理： （1）用电压表、电流表、可变电阻（如滑动变阻器）测量。 如图 1 所示： 测出两组 _值，就能算出电动势和内阻。 原理公式： _ （2）用电流表、电阻箱测量。如图2 所示： 测出两组 _值，就能算出电动势和内阻。 原理公式： _ （3）用电压表、电阻箱测量。如图3 所示： 测出两组 _值，就能算出电动势和内阻。 原理公式： _ 这几种方法均可测量，下面我们以图1 所示的方法介绍

18、实验 步骤和实验数据的处理方法。 3实验器材： 电池（待测电源） 、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，坐标纸。 4实验步骤： （1）确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。 （2）把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。 （3）闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数， 用同样方法测量并记录几组I、U 值。 （4）断开电键，整理好器材。 （5）数据处理：在坐标纸上作UI 图，求出E、r 5注意事项： （1）实验电路图：安培表和滑动变阻器串联后与伏特表并联。 （2）测量误差： E、r 测量值均小于真实值。 （3）安培表一般选00.6A 档，伏特表一般

19、选03V 档。 （4）电流不能过大，一般小于0.5A。 【重难点阐释】 实验数据的处理是本实验中的一个难点。原则上，利用两组数据便可得到结果，但这样 做误差会比较大，为此，我们可以多测几组求平均，也可以将数据描在图上，利用图线解决 问题。 利用图线处理数据时，要明确： 图 1 图 2 图 3 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 10 页10 （1）图线的纵坐标是路端电压，它反映的是：当电流强度I 增大时，路端电压U 将随之 减小， U 与 I 成线性关系，U=E-Ir 。也就是说它所反映的是电源的性质，所以也叫电源的外 特性曲线。 （2）电阻的伏安特性曲线中，U 与 I 成正比，前 提是

20、R 保持一定，而这里的U-I 图线中， E、r 不变， 外电阻 R 改变，正是R 的变化，才有I 和 U 的变化。 实验中至少得到5 组以上实验数据，画在图上拟 合出一条直线。要求：使多数点落在直线上，并且分 布在直线两侧的数据点的个数要大致相等，这样，可 使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度。 将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况， 它的数值就是电源电动势E。横轴截距点（路端电压U=0）意味着短路情况，它的数值就是 短路电流 r E 。 说明：两个截距点均是无法用实验实际测到的，是利用得到的图线向两侧合理外推得 到的。 由于r 一般很小，得到的图线斜率的绝对值就较小。为了使测量结果准确

21、，可以将纵 轴的坐标不从零开始，计算r 时选取直线上相距较远的两点求得。 【典型例题】 例 1：在测一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为2）的电动势和内阻的实验中，变阻器 和电压表各有两个供选：A 电压表量程为15V， B 电压表量程为3V ， A 变阻器为（20， 3A ） ， B 变阻器为（ 500，0.2A ） 。 电压表应该选（填 A 或 B） ，这是因为_ 。 变阻器应该选（填 A 或 B） ，这是因为_ 。 例 2：如图图中R 为已知电阻， Rx为待测电阻， K1为单刀 单掷开关， K2为单刀双掷开关，V 为电压表（内阻极大） ， E 为电源（内阻不可忽略）。现用图中电路测量电

22、源电动 势 E 及电阻 Rx。 （1）写出操作步骤：_ _ _ （ 2） 由R 及 测 得 的 量， 可 得E= ， 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 11 页11 Rx= 。 例 3：测量电源B 的电动势E 及内阻 r（E 约为 4.5V ，r 约为 1.5） 。 器材：量程3V 的理想电压表V，量程 0.5A 的电流表A（具有一定内阻） ，固定电阻 R=4，滑线变阻器R /，电键 K，导线若干。 画出试验电路原理图。图中的元件需要用题目中给出的符号或字母标出。 实验中，当电流表读数I1时，电压表读数为U1；当电流表读数I2时，电压表读数为U2。 则可以求出E= _ ，r= _ （用

23、I1、I2、U1、U2及 R 表示） 练习 (2008 年高考广东理科基础)1、在“测定电源电动势和内阻” 的实验中，某同学根据实验数据，作出了正确的UI 图象，如 图所示，其中图线斜率绝对值的物理含义是( ） A短路电流B电源内阻 C电源电动势D全电路电阻 2、某同学采用如图甲所示的电路测定电源电动势和内电阻。已知干电池的电动势约为1.5 V， 内阻约为1；电压表 (0 一 3V ，3k) 、电流表 (00.6A， 1.0 )、滑动变阻器有R1(10 ， 2A)和 R2(100 ，0.1 A)各一只 （1)实验中滑动变阻器应选用(填“ R1” 或“ R2”) 。 (2)在图乙中用笔画线代替导

24、线连接实验电路。 (3)在实验中测得多组电压和电流值，得到如图丙所示的UI 图线，由图可较准确地求出 该电源电动势EV；内阻， r。 0.2 0.0 0.4 0.6 1 2 3 U/V I/A 甲 A V 乙 砺儒中学高二物理专题训练12 共页 第 12 页12 2在测量一节干电池电动势和内阻的实验中，某学生采用了如图实715 所示实验器材 连接，请指出该学生在接线中错误和不规范的做法 图实 715 (1)_ ； (2)_ ； (3)_ ； (4)_ 在测定电源电动势和内阻的实验中某同学所用电路图如图（1）和测得的数据如下： 1 2 3 4 5 6 U/V 1.42 1.36 1.08 1.21 1.14 1.07 I/A 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 实验误差分系统误差和偶然 误差两种。该实验的系统误差主要 是由 _引 起的。用画U-I 图线求电动势和内 阻的优点在于可以尽量减小实验的 _误差。 在图（ 2）给出的UI 坐标 系中用给出的数据画出UI 图线 （横、纵坐标的起点已经规定好），从图象中可以发现该同学记录的第_组数据有误。 求得电动势E=_V ，内阻 r=_ （均保留2 位有效数字） 。 图（ 1） 0.20 0 1.00 U/V I/A 1.50 图（ 2）