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特殊方法测电阻-电桥法

一、实验题
1.某学习小组利用图甲所示的电路测量电源的电动势及内阻。

(1)按照原理图甲将图乙中的实物连线补充完整________。

(2)正确连接电路后,进行如下实验。

①闭合开关S,通过反复调节滑动变阻器R1、R2,使电流表A3的示数为0,此时电流表A1、A2的示数分别为100.0 mA和80.0 mA,电压表V1、V2的示数分别为1.60 V和1.00 V。

②再次反复调节R1、R2,使电流表A3的示数再次为0,此时电流表A1、A2的示数分别为180.0 mA和40.0 mA,电压表V1、V2的示数分别为0.78 V和1.76 V。

i.实验中调节滑动变阻器R1、R2,当电流表A3示数为0时,电路中B点与C点的电势______。

(选填“相等”或“不相等”)
ii.为了提高测量的精确度,电流表A3的量程应选择________
A.0~0.6 A B.0~100 mA C.0~500 μA
ⅲ.测得电源的电动势E =_______V,内阻r=_______Ω。

(结果保留3位有效数字)2.惠斯通电桥是电学实验中测电阻的一个常用方法.是在1833年由Samuel Hunter Christie发明,1843年由查理斯·惠斯登改进及推广的一种测量工具。

它用来精确测量未知电阻器的电阻值,惠斯登桥可以获取颇精确的测量。

如图1就是一个惠斯通电桥电路图。

(1)在图1中,在a、b之间搭一座“电桥”,调节四个变阻箱R1、R2、R3、R4的阻值,当G表为零时(此时也称为“电桥平衡”),4个电阻之间的关系是:______
(2)我们现在想要测量某个未知电阻Rx,实验室有如下器材:
A.一个电阻箱R
B.一个滑动变阻器R0
C.一个灵敏电流计G
D.一个不计内阻的恒定电源E
E.开关、导线若干
根据惠斯通电桥测量电阻的原理设计了如图2所示电路进行实验,有以下实验操作:A、按图2接好电路,调节_____,P为滑动变阻器的滑头,当G表示数为零时,读出此时变阻箱阻值R1 =200;
B、将R x与变阻箱R互换位置,并且控制____不动,再次调节_____,直至电桥再次平衡时,读出此时变阻箱阻值R2=800;
C、由以上数据即可得R x的阻值,其大小为R x=_________.
3.李明同学想要测量某个未知电阻R1,他的手边共有仪器如下:一个电阻箱R、一个滑动变阻器R0、一个灵敏电流计G、一个不计内阻的恒定电源E、开关、导线若干。

他首先想到用伏安法或者电表改装知识来设计电路,但发现由于仪器缺乏无法实现。

苦恼之余去寻求物理老师的帮助。

老师首先给了他一道习题要求他思考:
(1)如图甲,在a、b之间搭一座“电桥”,调节四个变阻箱R1、R2、R3、R4的阻值,当G表为零时(此时也称为“电桥平衡”),4个电阻之间的关系是_____。

(2)聪明的李明马上想到了改进自己的实验,他按照以下步骤很快就测出了R x
①按图乙接好电路,调节_____,P为滑动变阻器的滑片,当G表示数为零时,读出此时变阻箱阻值R1;
②将R x与变阻箱R互换位置,并且控制______不动,再次调节____,直至电桥再次平衡时,读出此时变阻箱阻值R2;
③由以上数据即可得R x的阻值,其大小为R x=__。

4.某实验小组为了较准确测量阻值约为20Ω的电阻R x,实验室提供的器材有:
A.待测定值电阻R x:阻值约20Ω
B.定值电阻R1:阻值30Ω
C.定值电阻R2:阻值20Ω
D电流表G:量程3mA,0刻度在表盘中央,内阻约50Ω
E. 电阻箱R3:最大阻值999.99Ω
F.直流电源E,电动势1,5V,内阻很小
G滑动变阻器R2(20 Ω,0. 2 A)
H.单刀单掷开关S,导线等
该小组设计的实验电路图如图,连接好电路,并进行下列操作。

(1)闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表示数适当。

(2)若灵敏电流计G中的电流由C流向D再调节电阻箱R3,使电阻箱R3的阻值________(选填“增大”或“减小”),直到G中的电流为________(填“满偏”、“半偏”或“0”)。

(3)读出电阻箱连入电路的电阻R3,计算出R x。

用R1、R2、R3表示R x的表达式为R x=_______
5.某实验小组用如图所示的电路图来测量电流表(量程2mA,内阻约为200Ω)的内阻,除待测电流表、1.5V的电源、开关和导线外,还有下列可供选择的实验器材:
A.定值电阻R1
B.定值电阻R2
C.滑动变阻器R3(最大阻值为20Ω)
D.滑动变阻器R4 (最大阻值为1000Ω)
E.电阻箱R x (最大阻值为999.9Ω)
F.灵敏电流计G(内阻很小可忽略)
(1)为确保安全,精准实验。

滑动变阻器应选用___________(填写器材前对应的字母)。

(2)用笔画线代替导线,将实物连接成实验电路图_______。

(3)在闭合开关前滑片应掷________(填“a”或“b”)端,然后移动滑动变阻器的滑片使待测表的示数适当后再不移动滑片,只调节R x,发现当R x=400Ω时灵敏电流计的示数正好为零;将电阻箱和待测电流表位置互换,其他不动,再次调节R x=100Ω时灵敏电流计的示数又正好为零,由此可知待测电流表的内阻为_____Ω。

参考答案
1. (1)如图所示;
i .相等 ii .C ⅲ.2.87 1.50
【解析】(1)根据原理图连接实物图如图所示;
(2)i 、实验中,调节滑动变阻器12R R 、,当电流表示数为0时,说明电流表两端电势差为零,故电路中B 点与C 点的电势相等;
ii 、为了使实验结果更精确,必须严格控制B 、C 两点电流为零,如果电流表A 3的量程相比与电路中的电流太大,会造成BC 中有电流,但是读不出来,显示为零,所以应选择量程非常小的,故选C ;
iii 、根据电路规律可知,第一次实验中,路端电压为 1.60 1.00 2.60V U =+=,干路电流为10080180mA 0.18A I =+==;第二次实验中有'0.78 1.76 2.54V U =+=,干路电流为’180.040.0220.0mA 0.22A I =+==;由闭合电路欧姆定律可知''E U Ir E U I r =+=+,,联立解得 2.87 1.50E V r ==Ω,.
【点睛】该实验的关键是明确实验原理,即利用等势法求解,要求BC 两点的电势相等,即无电流通过BC ,所以在选择A 3时一定要选择量程非常小的电流表,然后利用电路结构,结合闭合回路欧姆定律,求解电源电动势和内阻.
2. R 1R 4=R 2R 3 R P R 400Ω
【解析】(1)由图可知,要使G 中电流为零,其两端的电势差为零;则由串并联电路的规律可知,上下两电路中电阻的比值相等;即一定有
,解得 ;
(2)由题意可知采用电桥平衡法进行实验;故应调节R ,使G 表中电流为零,此时读出变阻箱的阻值 ,则 与 的比值等于滑动变阻器左右两边电阻的比值;应控制P
不动,使两边电阻的比值不变;互换 与变阻箱R ;再次调节R ,使电流计读数为零,读出变阻箱的阻值 ,则也有比值等于左右两边电阻的比值;根据题意有 ,解得 .
【点睛】根据电桥的平衡,分析出电阻关系,是惠斯通电桥测电阻的原理。

根据此原理就可以设计测电阻的步骤,并完成实验。

本题跳出常规,着眼素质,恰到好处的“变”,但只要认真分析题意就可以找出实验的具体方法和依据;这也是近几年实验考查一个新的走向,考生需要多关注此类试题
3.1423R R R R =; R ; P ; R ;
【解析】
【详解】
(1) 由图可知,要使G 中电流为零,其两端的电势差为零;则由串并联电路的规律可知,上下两电路中电阻的比值相等;即一定有:3124
R R R R =,解得:1423R R R R =; (2)①由题意可知,李明采用电桥平衡法进行实验;故应调节R ,使G 表中电流为零,此时读出R 1,则R 1与Rx 的比值等于滑动变阻器左右两边电阻的比值;
②应控制P 不动,使两边电阻的比值不变;互换R x 与变阻箱R ;再次调节R ,使电流计读数为零;则也有比值等于左右两边电阻的比值;
③根据题意有:12
x x R R R R =
,解得:x R = 4.增大 0 R x =
231R R R 【解析】
【详解】
(2)本实验采取电桥法测电阻,所以当电流由C 流向D ,说明C 点电势高,所以应该增大电阻箱R 3的阻值使回路电阻增大,电流减小,C 点电势降低,直到C 、D 两点电势相同,电流计中电流为零。

(3)根据C 、D 两点电势相同,可得:3x 'IR I R =,12'IR I R =,联立解得R x =231R R R 。

5. C b200
【解析】(1)由于电源电动势较小,而两个滑动变阻器都没有额定电流时认为两个都是安全的,此时为便于调节滑动变阻器宜小不宜大,选C即可。

(2)实物图如图所示。

(3)为确保电路安全,闭合开关前滑片应掷b端,让分压电路的电压最小。

当R x=400Ω时电流计的示数正好为零,表明;将电阻箱和待测电流表位置互换,电流计的示数又正好为零时有,于是有,代入数据得。

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