屆高中物理新教材同步必修第三冊(cè)第11章4　第2課時(shí)　滑動(dòng)變阻器的兩種接法　伏安法測(cè)電阻的兩種接法

第2課時(shí)滑動(dòng)變阻器的兩種接法伏安法測(cè)電阻的兩種接法[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.理解滑動(dòng)變阻器的限流式和分壓式接法，并能正確選擇和應(yīng)用.2.認(rèn)識(shí)伏安法測(cè)電阻的兩種電路并能正確選擇和應(yīng)用．一、滑動(dòng)變阻器的限流式和分壓式接法限流式分壓式電路組成滑動(dòng)變阻器接入電路的特點(diǎn)采用“一上一下”的接法采用“一上兩下”的接法調(diào)壓范圍eq\f(RxE,R＋Rx)～E0～E適用情況負(fù)載電阻的阻值Rx與滑動(dòng)變阻器的總電阻R相差不多，或R稍大，且電壓、電流變化不要求從零調(diào)起(1)要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)(2)負(fù)載電阻的阻值Rx遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總電阻R如圖1所示，滑動(dòng)變阻器R1的最大阻值是200Ω，R2＝300Ω，A、B兩端電壓UAB＝8V.圖1(1)當(dāng)S斷開時(shí)，移動(dòng)滑片P，R2兩端可獲得的電壓變化范圍是多少？(2)當(dāng)S閉合時(shí)，移動(dòng)滑片P，R2兩端可獲得的電壓變化范圍是多少？答案(1)～8V(2)0～8V解析(1)S斷開時(shí)，滑動(dòng)變阻器R1為限流式接法，R1的下部不接入電路中，當(dāng)滑片P在最上端時(shí)，R1接入電路的電阻為零，因此R2獲得的最大電壓等于8V，當(dāng)滑片P在最下端時(shí)，R1與R2串聯(lián)，此時(shí)R2兩端的電壓最小，UR2＝eq\f(R2,R1＋R2)UAB＝V，所以R2兩端可獲得的電壓變化范圍為～8V.(2)當(dāng)S閉合時(shí)，滑動(dòng)變阻器R1為分壓式接法，當(dāng)滑片P在最下端時(shí)，R2兩端電壓為0，當(dāng)滑片P在最上端時(shí)，R2兩端的電壓最大，為8V，所以R2兩端可獲得的電壓變化范圍為0～8V.1．滑動(dòng)變阻器接入電路時(shí)，金屬桿的兩個(gè)端點(diǎn)不能同時(shí)接入電路，否則電流將從金屬桿流過(guò)而將滑動(dòng)變阻器短路．2．限流式接法電壓調(diào)節(jié)范圍較小，而分壓式接法電壓調(diào)節(jié)范圍較大(電壓最小值從0開始)，在具體應(yīng)用中要根據(jù)題目要求合理選擇．針對(duì)訓(xùn)練1(多選)滑動(dòng)變阻器的原理如圖2所示，則下列說(shuō)法中正確的是()圖2A．若將a、c兩端連在電路中，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路中的阻值增大B．若將a、d兩端連在電路中，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路中的阻值減小C．將滑動(dòng)變阻器以限流式接法接入電路時(shí)，必須連入三個(gè)接線柱D．將滑動(dòng)變阻器以分壓式接法接入電路時(shí)，必須連入三個(gè)接線柱答案AD解析若將a、c兩端連在電路中，aP部分將連入電路，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，aP部分變長(zhǎng)，變阻器接入電路中的阻值將增大，A正確；若將a、d兩端連在電路中，也是aP部分連入電路，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，aP部分變長(zhǎng)，變阻器接入電路中的阻值將增大，B錯(cuò)誤；A、B兩個(gè)選項(xiàng)中均為限流式接法，可見在限流式接法中，a、b兩個(gè)接線柱中任意選一個(gè)，c、d兩個(gè)接線柱中任意選一個(gè)，接入電路即可，C錯(cuò)誤；在滑動(dòng)變阻器的分壓式接法中，a、b兩個(gè)接線柱必須接入電路，c、d兩個(gè)接線柱中任意選一個(gè)，接入電路即可，D正確．二、伏安法測(cè)電阻的兩種接法1．兩種接法的比較內(nèi)接法外接法電路誤差分析電壓表示數(shù)：UV＝UR＋UA＞UR電流表示數(shù)：IA＝IRR測(cè)＝eq\f(UV,IA)＞eq\f(UR,IR)＝R真電壓表示數(shù)：UV＝UR電流表示數(shù)：IA＝IR＋I(xiàn)V＞IRR測(cè)＝eq\f(UV,IA)＜eq\f(UR,IR)＝R真誤差來(lái)源電流表的分壓作用電壓表的分流作用適用情況測(cè)大電阻測(cè)小電阻2.電流表內(nèi)、外接的選擇方法(1)直接比較法：當(dāng)Rx?RA時(shí)，采用內(nèi)接法，當(dāng)Rx?RV時(shí)，采用外接法，可記憶為“大內(nèi)小外”．(2)公式計(jì)算法當(dāng)eq\f(RV,Rx)<eq\f(Rx,RA)即Rx＞eq\r(RARV)時(shí)，用電流表內(nèi)接法，當(dāng)eq\f(RV,Rx)>eq\f(Rx,RA)即Rx＜eq\r(RARV)時(shí)，用電流表外接法，當(dāng)Rx＝eq\r(RARV)時(shí)，兩種接法效果相同．(3)試觸法：如圖3，把電壓表的可動(dòng)接線端分別試接b、c兩點(diǎn)，觀察兩電表的示數(shù)變化，若電流表的示數(shù)變化明顯，說(shuō)明電壓表的分流作用對(duì)電路影響大，應(yīng)選用內(nèi)接法，若電壓表的示數(shù)有明顯變化，說(shuō)明電流表的分壓作用對(duì)電路影響大，所以應(yīng)選外接法．圖3在伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，待測(cè)電阻Rx的阻值約為200Ω，電壓表V的內(nèi)阻約為2kΩ，電流表A的內(nèi)阻約為10Ω，測(cè)量電路中電流表的連接方式如圖4甲或乙所示，結(jié)果由公式Rx＝eq\f(U,I)計(jì)算得出，式中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)．若將圖甲和圖乙中電路測(cè)得的電阻值分別記為Rx1和Rx2，則________(選填“Rx1”或“Rx2”)更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值，且測(cè)量值Rx1________(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值，測(cè)量值Rx2________(選填“大于”“等于”或“小于”)真實(shí)值．圖4答案Rx1大于小于解析由題意知eq\f(RV,Rx)＝eq\f(2000Ω,200Ω)＝10，eq\f(Rx,RA)＝eq\f(200Ω,10Ω)＝20，eq\f(RV,Rx)<eq\f(Rx,RA)，電壓表的分流作用較顯著，故應(yīng)該采用電流表內(nèi)接法，即題圖甲所示接法，Rx1更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值，題圖甲中待測(cè)電阻的測(cè)量值是Rx與RA串聯(lián)后的電阻值，故Rx真<Rx1，題圖乙中待測(cè)電阻的測(cè)量值是Rx與RV并聯(lián)后的電阻值，故Rx2<Rx真．針對(duì)訓(xùn)練2(多選)如圖5所示，用伏安法測(cè)電阻時(shí)()圖5A．采用圖甲所示測(cè)量電路，誤差來(lái)源于電壓表分流，使電阻測(cè)量值小于真實(shí)值B．采用圖甲所示測(cè)量電路，誤差來(lái)源于電流表分壓，使電阻測(cè)量值大于真實(shí)值C．采用圖乙所示測(cè)量電路，誤差來(lái)源于電壓表分流，使電阻測(cè)量值小于真實(shí)值D．采用圖乙所示測(cè)量電路，誤差來(lái)源于電流表分壓，使電阻測(cè)量值大于真實(shí)值答案AD解析題圖甲所示測(cè)量電路因電壓表分流，使電阻測(cè)量值小于真實(shí)值，題圖乙所示測(cè)量電路因電流表分壓，使電阻測(cè)量值大于真實(shí)值，選項(xiàng)A、D正確．針對(duì)訓(xùn)練3(2020·宿州市高二期末)用電流表(內(nèi)阻約4Ω)和電壓表(內(nèi)阻約3kΩ)測(cè)量電阻R的阻值．V．下列說(shuō)法正確的是()圖6A．電阻R的值為500ΩB．電阻R的值略大于500ΩC．電阻R的值略小于500ΩD．如果采用電流表外接法測(cè)量，結(jié)果更加精確答案C解析根據(jù)歐姆定律可得：R＝eq\f(U,I)－RA＝eq\f(,5×10－3)Ω－RA＝500Ω－RA，即電阻R的值略小于500Ω；由R?RA可知采用電流表內(nèi)接的方法測(cè)量，結(jié)果更加精確，故C正確．考點(diǎn)一滑動(dòng)變阻器的限流式接法與分壓式接法1．a(chǎn)、b兩點(diǎn)與一個(gè)穩(wěn)壓直流電源相連，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從中點(diǎn)O向d端移動(dòng)一段距離時(shí)，圖中的電流表讀數(shù)會(huì)變小的是()答案B解析選項(xiàng)A、C、D中，滑動(dòng)變阻器接入電路中的有效部分為Od段的電阻絲，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從O向d端移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值減小，由歐姆定律I＝eq\f(U,R)可知，電路中的電流將會(huì)增大，電流表的讀數(shù)會(huì)變大；選項(xiàng)B中，滑動(dòng)變阻器接入電路中的有效部分為cO段的電阻絲，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片從O向d端移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值增大，電路中的電流會(huì)減小，電流表的讀數(shù)會(huì)變小，選項(xiàng)B正確．2.(多選)一同學(xué)將滑動(dòng)變阻器與一個(gè)6V、6～8W的小燈泡L及開關(guān)S串聯(lián)后接在6V的電源E上，當(dāng)S閉合時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光．按如圖1所示的接法，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，燈泡將()圖1A．變暗B．變亮C．亮度不變D．不可能被燒壞答案BD解析由題圖可知，滑動(dòng)變阻器接入電路的有效部分是PB段的電阻絲，當(dāng)滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，接入電路中的電阻減小，燈泡變亮，選項(xiàng)B正確，A、C錯(cuò)誤；由于燈泡的額定電壓等于電源電壓，所以燈泡不可能被燒壞，選項(xiàng)D正確．3．(2020·全國(guó)高二課時(shí)練習(xí))如圖2，AB間的電壓為30V，改變滑動(dòng)變阻器觸頭的位置，可以改變CD間的電壓，則UCD的變化范圍是()圖2A．0～10V B．0～20VC．10～20V D．20～30V答案C解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸頭置于變阻器的最上端時(shí)，UCD最大，最大值為：Umax＝eq\f(2R,3R)U＝eq\f(2,3)×30V＝20V；當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸頭置于變阻器的最下端時(shí)，UCD最小，最小值為：Umin＝eq\f(R,3R)U＝eq\f(1,3)×30V＝10V，所以UCD的變化范圍是10～20V．故選C.4.如圖3所示的電路中，U＝24V，滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為100Ω，R1＝50Ω.當(dāng)滑片P滑至R2的中點(diǎn)時(shí)，a、b兩端的電壓為()圖3A．8VB．12VC．16VD．4V答案A解析由題圖可知，滑片P滑至R2的中點(diǎn)時(shí)，滑動(dòng)變阻器下半部分電阻為R下＝50Ω，下半部分電阻與R1并聯(lián)后的阻值為R并＝eq\f(R1R下,R1＋R下)＝25Ω，則a、b兩端的電壓為Uab＝eq\f(R并,R并＋R上)U＝eq\f(25,25＋50)×24V＝8V，故A正確．考點(diǎn)二伏安法測(cè)電阻的兩種接法5．(多選)在圖4中，甲、乙兩圖分別為測(cè)燈泡電阻R的電路圖，下列說(shuō)法正確的是()圖4A．甲圖的接法叫作電流表外接法，乙圖的接法叫作電流表內(nèi)接法B．甲中R測(cè)>R真，乙中R測(cè)<R真C．甲中誤差由電壓表分流引起，為了減小誤差，應(yīng)使R?RV，故此法測(cè)較小電阻好D．乙中誤差由電流表分壓引起，為了減小誤差，應(yīng)使R?RA，故此法測(cè)較大電阻好答案ACD解析題圖甲的接法叫作電流表外接法，題圖乙的接法叫作電流表內(nèi)接法，A正確；題圖甲由于電壓表的分流導(dǎo)致電流的測(cè)量值偏大，由R＝eq\f(U,I)可知，R測(cè)＜R真，R越小，電壓表分流越小，誤差越小，因此這種接法適合測(cè)小電阻；題圖乙由于電流表的分壓導(dǎo)致電壓的測(cè)量值偏大，由R＝eq\f(U,I)得R測(cè)＞R真，R越大，電流表的分壓越小，誤差越小，因此這種接法適用于測(cè)大電阻，B錯(cuò)誤，C、D正確．6．(多選)(2020·長(zhǎng)沙一中期中)用伏安法測(cè)電阻，當(dāng)對(duì)被測(cè)電阻的阻值一無(wú)所知而無(wú)法選擇用何種接法時(shí)，可采用試觸的方法．如圖5所示，某同學(xué)測(cè)量未知電阻R時(shí)，讓電壓表的一端接在A點(diǎn)，另一端先后接到B點(diǎn)和C點(diǎn)；他發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)有明顯變化，而電壓表示數(shù)無(wú)明顯變化，則下列說(shuō)法中正確的是()圖5A．R與電壓表阻值接近，應(yīng)選擇電流表內(nèi)接電路B．如果選擇電流表內(nèi)接電路，測(cè)量值大于真實(shí)值C．R與電流表阻值接近，應(yīng)選擇電流表外接電路D．如果選擇電流表外接電路，測(cè)量值大于真實(shí)值答案AB解析由題圖電路圖可知，電壓表的一端接A點(diǎn)，另一端接到B點(diǎn)時(shí)，電壓表與電阻并聯(lián)，電流表測(cè)電阻與電壓表電流之和，另一端接到C點(diǎn)時(shí)，電流表測(cè)通過(guò)電阻的電流；若電流表示數(shù)有明顯變化，而電壓表示數(shù)無(wú)明顯變化，說(shuō)明電壓表分流較大，而電流表分壓較小，故R阻值較大，與電壓表阻值接近，故應(yīng)選擇電流表內(nèi)接電路；如果選擇電流表內(nèi)接電路，測(cè)量值是待測(cè)電阻和電流表電阻的串聯(lián)總電阻，測(cè)量值大于真實(shí)值，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤．7.兩個(gè)定值電阻R1、R2串聯(lián)后接在輸出電壓U＝12V的直流電源上，且電源電壓保持不變．把一個(gè)內(nèi)阻不是遠(yuǎn)大于R1、R2的電壓表接在R1兩端(如圖6所示)，電壓表的示數(shù)為8V，如果把此表改接在R2兩端，則電壓表的示數(shù)()圖6A．小于4V B．等于4VC．大于或等于8V D．大于4V，小于8V答案A解析電壓表接在R1兩端時(shí)，其示數(shù)為8V，則此時(shí)電阻R2兩端的電壓為4V，將R1與RV并聯(lián)后的電阻用R1V表示，則eq\f(R1V,R2)＝2，即R1V＝2R2，由于R1>R1V，則R1>2R2.當(dāng)電壓表改接在R2兩端時(shí)，將R2與RV并聯(lián)后的電阻用R2V表示，則R2>R2V.此時(shí)電阻R1兩端的電壓U1與電壓表示數(shù)U2V之比為eq\f(U1,U2V)＝eq\f(R1,R2V)>eq\f(2R2,R2V)>eq\f(2R2,R2)，即eq\f(U1,U2V)>2，故電壓表的示數(shù)將小于4V，選項(xiàng)A正確．8．(2021·江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)高三一模)太陽(yáng)能電池是一種利用太陽(yáng)光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片，在有光照射時(shí)，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，在沒有光照射且未儲(chǔ)存電能時(shí)可視為一個(gè)電阻．該同學(xué)先將某太陽(yáng)能電池用不透光的黑色器件盒封好(電阻約為1kΩ)，利用電源電壓為3V的電源、量程為3V的電壓表(內(nèi)阻約為3kΩ)、量程為6mA的電流表(內(nèi)阻約為5Ω)、滑動(dòng)變阻器R以及開關(guān)、導(dǎo)線等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)此太陽(yáng)能電池的電阻，則本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該采用的實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)圖為()答案C解析因eq\f(Rx,RA)＝eq\f(1000,5)>eq\f(RV,Rx)＝eq\f(3000,1000)，則應(yīng)該采用電流表內(nèi)接電路；滑動(dòng)變阻器接成分壓電路，則電路圖選擇C.9．(2021·江蘇省阜寧中學(xué)高二期末)如圖7電路是將滑動(dòng)變阻器作分壓器用的電路，C、D為分壓器的輸入端，A、B為分壓器的輸出端，把變阻器的滑片P放在變阻器正中間，下列判斷中正確的是()圖7A．空載時(shí)輸出電壓為UAB＝UCDB．當(dāng)接上負(fù)載R時(shí)，輸出電壓為UAB<eq\f(UCD,2)C．負(fù)載電阻R的阻值越小，UAB越接近eq\f(UCD,2)D．滑片P向下滑動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)UAB＝eq\f(UCD,2)答案B解析空載時(shí)，設(shè)變阻器下部分電阻為R′，輸出電壓為UAB＝eq\f(R′,R0)UCD，滑片P從正中間向下滑動(dòng)，則輸出電壓從eq\f(UCD,2)逐漸減小，A、D錯(cuò)誤；當(dāng)接上負(fù)載R時(shí)，負(fù)載與變阻器下部分電阻并聯(lián)，有R并＝eq\f(RR′,R＋R′)<R′，輸出電壓為UAB＝eq\f(R并,R0－R′＋R并)UCD＝eq\f(1,\f(R0－R′,R并)＋1)UCD<eq\f(1,\f(R0－R′,R′)＋1)UCD＝eq\f(1,2)UCD，負(fù)載電阻R的阻值越小，并聯(lián)電阻越小，輸出電壓也越小，UAB越遠(yuǎn)離eq\f(UCD,2)，B正確，C錯(cuò)誤．10.如圖8所示，用電壓表和電流表測(cè)電阻，Rx為待測(cè)電阻，如果電壓表的讀數(shù)是V，電流表的讀數(shù)是mA，電壓表的內(nèi)阻是kΩ，電流表的內(nèi)阻是10Ω，那么Rx的精確值為()圖8A．457Ω B．350ΩC．360Ω D．1200Ω答案A解析通過(guò)電壓表的電流IV＝eq\f(U,RV)＝eq\f(,×103)A＝eq\f(7,3)×10－3A，則Rx＝eq\f(U,IRx)＝eq\f(,－\f(7,3)×10－3)Ω≈457Ω，故選A.11．電位器是變阻器的一種．如圖9所示，如果把電位器與燈泡串聯(lián)起來(lái)，利用它改變燈泡的亮度，則下列說(shuō)法正確的是()圖9A．連接A、B，使滑動(dòng)觸頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，燈泡變暗B．連接A、C，使滑動(dòng)觸頭逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，燈泡變亮C．連接A、C，使滑動(dòng)觸頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，燈泡變暗D．連接B、C，使滑動(dòng)觸頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，燈泡變暗答案A解析連接A、B，使滑動(dòng)觸頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)電阻定律，電位器接入電路的電阻增大，電流減小，燈泡變暗，故A正確；連接A、C，電位器接入電路的電阻不變，電流不變，燈泡亮度不變，故B、C錯(cuò)誤；連接B、C，使滑動(dòng)觸頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)電阻定律，電位器接入電路的電阻減小，電流增大，燈泡變亮，故D錯(cuò)誤．12．(多選)(2021·騰沖縣第八中學(xué)高二期末)如圖10所示，M、N間電壓恒定，當(dāng)開關(guān)S接通a點(diǎn)時(shí)，電壓表示數(shù)為10V，電流表示數(shù)為A；當(dāng)開關(guān)S接通b點(diǎn)時(shí)，電壓表示數(shù)為12V，電流表示數(shù)為A