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我们学习过利用电压表和电流表测电阻的“伏安法测电阻”,其实,若只给出电流表或电压表,同样也能测出电阻。这需要同学们灵活运用所学知识,利用串、并联电路中电流、电压的特点设计电路,从而达到测量电阻的目的。
一、只有电压表
如图1所示,用电压表、已知电阻R0、电源、开关、导线若干测电阻。
方法:利用串联电路中电流处处相等,用已知电阻和它两端的电压求电流,然后用已求得的电流和测得的待测电阻两端的电压求待测电阻。
例1(2019·广西·玉林)如图2所示,图甲是“伏安法测电阻”的实验电路图。
(1)请你根据图甲的电路图,用笔画线代替导线,将图乙中的实物图连接完整。(要求滑动变阻器滑片P向右移动时阻值变大)
(2)在连接电路时,开关必须 。
(3)闭合开关S后,发现电流表无示数,电压表有示数,则出现的故障可能是 。
(4)若实验中电流表不慎损坏,现给你一个已知阻值为R0的电阻、一个单刀双掷开关和导线若干,请你用上述器材和原有器材完成图丙的电路图,要求能测量Rx的阻值。
解析:(1)如图2乙所示。
(2)为了保护电路,在连接电路时开关必须断开。
(3)若电流表示数为0,说明电路可能断路;电压表有示数,说明电压表与电源连通,则与电压表并联的支路以外的电路是完好的,与电压表并联的电阻断路了。
(4)只有电压表时,要想测量出电阻,需要用电压表和定值电阻来代替电流表,实验中通过单刀双掷开关使电压表的测量对象不同,如图3所示:闭合开关S,将S1拨到触点2,移动滑片,读出电压表的示数U1,再将开关S1拨到触点1,保持滑片的位置不动,读出电压表的示数U,则定值电阻Rx两端的电压为U - U1,根据串联电路的电流处处相等列等式,再表示出Rx。
答案:(1)如图3 (2)断开 (3)Rx断路 (4)如图3
二、只有电流表
如图4所示,用电流表、已知电阻R0、电源、开关、导线若干测电阻。
方法:利用并联电路各支路两端的电压相等,用已知电阻和通过它的电流求出待测电阻两端的电压,然后用已求得的电压和测得的通过待测电阻的电流,求待测电阻。
例2(2019·四川·泸州)程新同学设计了如图5甲所示的电路来测量电源电压U和未知电阻Rx的阻值。已知定值电阻的阻值为R0,电源两端电压保持不变。请完成下列问题:
(1)根据甲中电路图,用黑色签字笔画线代替导线,将乙中的实物图补充完整。
(2)电路正确连接后,当开关S、S1闭合,S2断开时,电流表示数为I1,则电源的电压U= 。
(3)当开关S、S2闭合,S1断开时,电流表示数为I2,则待测电阻Rx= 。
(4)不改变图中所示的电路,若开关S1始终处于断开状态,仅对开关S、S2进行操作 (选填“仍能”或“不能”)测量电源电压和未知电阻Rx的阻值。
解析:(1)如图5乙。
(2)电路正确连接后,当开关S、S1闭合,S2断开时,两电阻并联,电流表测定值电阻R0的电流,电流表示数为I1,则电源的电压U=I1R0。
(3)当开关S、S2闭合,S1断开时,两电阻并联,电流表测干路电流,由并联电路各支路互不影响,通过待测电阻Rx的电流为:Ix=I2 - I1,由歐姆定律,得待测电阻Rx=[UIx]=[I1R0I2-I1]。
(4)不改变图中所示的电路,若开关S1始终处于断开状态,只闭合S,电流表测通过定值电阻R0的电流,由欧姆定律可得出电源电压;开关S、S2均闭合后,电流表测干路电流,根据并联电路各支路互不影响,由并联电路电流的规律,可求出通过待测电阻的电流,由欧姆定律可求出未知电阻Rx的阻值。
答案:(1)如图5乙 (2)I1R0 (3)[I1R0I2-I1] (4)仍能
一、只有电压表
如图1所示,用电压表、已知电阻R0、电源、开关、导线若干测电阻。
方法:利用串联电路中电流处处相等,用已知电阻和它两端的电压求电流,然后用已求得的电流和测得的待测电阻两端的电压求待测电阻。
例1(2019·广西·玉林)如图2所示,图甲是“伏安法测电阻”的实验电路图。
(1)请你根据图甲的电路图,用笔画线代替导线,将图乙中的实物图连接完整。(要求滑动变阻器滑片P向右移动时阻值变大)
(2)在连接电路时,开关必须 。
(3)闭合开关S后,发现电流表无示数,电压表有示数,则出现的故障可能是 。
(4)若实验中电流表不慎损坏,现给你一个已知阻值为R0的电阻、一个单刀双掷开关和导线若干,请你用上述器材和原有器材完成图丙的电路图,要求能测量Rx的阻值。
解析:(1)如图2乙所示。
(2)为了保护电路,在连接电路时开关必须断开。
(3)若电流表示数为0,说明电路可能断路;电压表有示数,说明电压表与电源连通,则与电压表并联的支路以外的电路是完好的,与电压表并联的电阻断路了。
(4)只有电压表时,要想测量出电阻,需要用电压表和定值电阻来代替电流表,实验中通过单刀双掷开关使电压表的测量对象不同,如图3所示:闭合开关S,将S1拨到触点2,移动滑片,读出电压表的示数U1,再将开关S1拨到触点1,保持滑片的位置不动,读出电压表的示数U,则定值电阻Rx两端的电压为U - U1,根据串联电路的电流处处相等列等式,再表示出Rx。
答案:(1)如图3 (2)断开 (3)Rx断路 (4)如图3
二、只有电流表
如图4所示,用电流表、已知电阻R0、电源、开关、导线若干测电阻。
方法:利用并联电路各支路两端的电压相等,用已知电阻和通过它的电流求出待测电阻两端的电压,然后用已求得的电压和测得的通过待测电阻的电流,求待测电阻。
例2(2019·四川·泸州)程新同学设计了如图5甲所示的电路来测量电源电压U和未知电阻Rx的阻值。已知定值电阻的阻值为R0,电源两端电压保持不变。请完成下列问题:
(1)根据甲中电路图,用黑色签字笔画线代替导线,将乙中的实物图补充完整。
(2)电路正确连接后,当开关S、S1闭合,S2断开时,电流表示数为I1,则电源的电压U= 。
(3)当开关S、S2闭合,S1断开时,电流表示数为I2,则待测电阻Rx= 。
(4)不改变图中所示的电路,若开关S1始终处于断开状态,仅对开关S、S2进行操作 (选填“仍能”或“不能”)测量电源电压和未知电阻Rx的阻值。
解析:(1)如图5乙。
(2)电路正确连接后,当开关S、S1闭合,S2断开时,两电阻并联,电流表测定值电阻R0的电流,电流表示数为I1,则电源的电压U=I1R0。
(3)当开关S、S2闭合,S1断开时,两电阻并联,电流表测干路电流,由并联电路各支路互不影响,通过待测电阻Rx的电流为:Ix=I2 - I1,由歐姆定律,得待测电阻Rx=[UIx]=[I1R0I2-I1]。
(4)不改变图中所示的电路,若开关S1始终处于断开状态,只闭合S,电流表测通过定值电阻R0的电流,由欧姆定律可得出电源电压;开关S、S2均闭合后,电流表测干路电流,根据并联电路各支路互不影响,由并联电路电流的规律,可求出通过待测电阻的电流,由欧姆定律可求出未知电阻Rx的阻值。
答案:(1)如图5乙 (2)I1R0 (3)[I1R0I2-I1] (4)仍能