曹沖古稱象,今來(lái)測(cè)電阻.doc

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1、“曹沖”古稱象,今來(lái)測(cè)電阻熊德永1馬慧2(1.貴州師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院,貴州貴陽(yáng)5500182.貴陽(yáng)醫(yī)學(xué)院物理教研室,貴州貴陽(yáng)550002)電話:13984881100郵箱:xiongdeyong88@yahoo.com.cn“曹沖稱象”的故事流傳至今,最為人稱道的是曹沖采用的方法,他把船上的大象換成成石頭,而其他條件保持不變,使兩次的效果(船體浸入水中的深度)相同,于是得出大象的重就等于石頭的重。人們把這種方法叫“等效替代法”。等效替代法是為保證某種效果,特性和物理關(guān)系,在相同的前提下,將一種事物轉(zhuǎn)化為另一種事物,把原來(lái)陌生的、復(fù)雜的事物轉(zhuǎn)

2、化為熟悉的,簡(jiǎn)單的事物,通過(guò)對(duì)研究對(duì)象的等效替代來(lái)認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的一種方法。等效替代法的特點(diǎn)是把非典型的事物轉(zhuǎn)化為典型的事物,把實(shí)際的、復(fù)雜的物理模型轉(zhuǎn)化為與之等效的另一種理想的、簡(jiǎn)單的模型。在物理實(shí)驗(yàn)中,“等效替代法”應(yīng)用非常廣泛,如“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”中,用水平位移代替速度;“用描跡法畫出電場(chǎng)中平面上的等勢(shì)線”中用電流場(chǎng)代替靜電場(chǎng)等。1題目:用“等效替代法”粗略測(cè)量待測(cè)電阻的值儀器及用具:待測(cè)電阻1只,標(biāo)準(zhǔn)的電阻箱一個(gè)(其阻值為可調(diào),元件符號(hào)),單刀單擲開(kāi)關(guān)2只,干電池一對(duì),導(dǎo)線若干和一只刻度不準(zhǔn)確但靈敏度良好的電流表(電流表量程足夠大,內(nèi)阻忽略

3、不計(jì))。內(nèi)容及要求:(1)畫出設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖;(2)寫出實(shí)驗(yàn)步驟;(3)寫出的表達(dá)式。2解析這是一道典型的電路設(shè)計(jì)問(wèn)題。審題時(shí)主要掌握2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):①一只刻度不準(zhǔn)確但靈敏度良好的電流表,由于利用“等效替代法”設(shè)計(jì)電路時(shí),電流表的示數(shù)不參與運(yùn)算,不管刻度是否準(zhǔn)確,電流表的刻度盤始終是均勻的,只要靈敏度良好電流表的指針隨著電路參數(shù)的改變,有相應(yīng)的讀數(shù)即可,也與讀數(shù)時(shí)電流表指針是否超過(guò)刻度盤的2/3無(wú)關(guān),此時(shí)的電流表僅起指示作用這是設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵;②電流表量程足夠大,表示不管電路的參數(shù)怎樣改變都不會(huì)超過(guò)電流表的量程,不至于燒壞電流表。3設(shè)計(jì)3.1方案一

4、:如圖1所示,按圖1連接電路,測(cè)量步驟如下:①閉合開(kāi)關(guān),使電流表指針指到一個(gè)適當(dāng)位置,記下此時(shí)電流表的示數(shù)為;②斷開(kāi)開(kāi)關(guān),用電阻箱代替待測(cè)電阻接入原來(lái)的電路,電路其他部分保持不變,閉合開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)電阻箱接入電路的阻值大小,使電流表示數(shù)與替換前示數(shù)相同,讀出此時(shí)電阻箱的阻值讀數(shù);③。即為待測(cè)電阻值。3.2方案二:如圖2所示,按圖2連接電路,測(cè)量步驟如下:①閉合,斷開(kāi),使電流表指針指到一個(gè)適當(dāng)位置,記下此時(shí)電流表的示數(shù)為;②閉合,斷開(kāi),調(diào)節(jié)電阻箱接入電路的阻值大小,使電流表示數(shù)也為,讀出電阻箱連入電路的電阻為。③。3.3方案三:如圖2所示,按圖2連接電路

5、,測(cè)量步驟如下:①閉合,斷開(kāi),使電流表指針指到一個(gè)適當(dāng)位置,記下此時(shí)電流表的示數(shù)為;②同時(shí)閉合、,調(diào)節(jié)電阻箱接入電路的阻值大小,使電流表示數(shù)為,讀出電阻箱連入電路的電阻為。③。3.4方案四:如圖3所示,按圖3連接電路,測(cè)量步驟如下:①閉合,斷開(kāi),使電流表指針指到一個(gè)適當(dāng)位置,記下此時(shí)電流表的示數(shù)為;②閉合,斷開(kāi),調(diào)節(jié)電阻箱接入電路的阻值大小,使電流表示數(shù)也為,讀出電阻箱連入電路的電阻為。③。EA圖3K2K1K1K2EA圖2圖1K1EA?  3.5方案五:如圖4所示,按圖4連接電路,測(cè)量步驟如下:①閉合、,使電流表指針指到一個(gè)適當(dāng)位置,記下此時(shí)電流表

6、的示數(shù)為;②閉合,斷開(kāi),調(diào)節(jié)電阻箱阻值至電流表的示數(shù)為時(shí),讀出電阻箱連入電路的電阻為。③。4拓展遷移上面設(shè)計(jì)的5種用“等效替代法”粗略測(cè)量待測(cè)電阻的不同方案,在“等效替代法”基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展遷移可設(shè)計(jì)出以下兩種方案。4.1方案六:如圖5所示,按圖5連接電路,測(cè)量步驟如下:①將電阻箱調(diào)到任一阻值,閉合,使電流表指針指到一個(gè)適當(dāng)位置,記下此時(shí)電流表的示數(shù)為;②同時(shí)閉合、,調(diào)節(jié)電阻箱阻值至電流表的示數(shù)也為時(shí),讀出此時(shí)電阻箱連入電路的電阻為。③。4.2方案七:如圖6所示,按圖6連接電路,測(cè)量步驟如下:①將電阻箱調(diào)到任一阻值,并把電流表串聯(lián)在待測(cè)電阻支路中,閉

7、合,使電流表指針指到一個(gè)適當(dāng)位置,記下此時(shí)電流表的示數(shù)為;②電阻箱阻值不變,把電流表串聯(lián)在電阻箱支路中,閉合,讀出此時(shí)電流表的示數(shù)為;③。圖5EAK1K2KEA1A2圖6圖4EAK2K15結(jié)束語(yǔ)測(cè)量電阻的方法很多,常見(jiàn)的有歐姆表直接測(cè)量法、伏安法、串聯(lián)分壓法、并聯(lián)分流法、短接法、半偏法、電橋法、交換法、補(bǔ)償法。本文提供了五種用“等效替代法”測(cè)未知電阻的阻值以及利用兩次電阻箱阻值相減或兩次電流表讀數(shù)的比值與的乘積求出未知電阻。和之間或串聯(lián)或并聯(lián),利用兩個(gè)單刀單擲開(kāi)關(guān)不同的通斷組合使和之間具有不同的連接方式,從而根據(jù)歐姆定律和串并聯(lián)電路特點(diǎn)列出相對(duì)應(yīng)的

8、方程,然后根據(jù)所列方程聯(lián)立求解,求出未知電阻的表達(dá)式。用等效替代法測(cè)未知電阻,測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值都非常接近,測(cè)量準(zhǔn)確度高,原因

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