Uso de la voltamperometría y la ley de Ohm para guiar las preguntas experimentales del examen de ingreso a la universidad
(1) Dibujar el diagrama esquemático del circuito experimental. Cada elemento de la figura debe estar etiquetado con el símbolo o letra que figura en el título.
(2) En el experimento, cuando la lectura del amperímetro es I1, la lectura del voltímetro es u 1; cuando la lectura del amperímetro es I2, la lectura del voltímetro es U2. Entonces E = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _, r = _ _ _ _ _ _. (Representado por I1, I2, U1, U2 y R)
Análisis: Esta pregunta es una variante de escenario del método voltamétrico convencional para medir la fuerza electromotriz y la resistencia interna de la fuente de alimentación. La diferencia entre esta pregunta y el experimento del libro de texto es que la fuerza electromotriz de la fuente de alimentación es mayor que el rango del voltímetro ideal, pero el dispositivo proporcionado en la pregunta tiene una resistencia fija con una resistencia pequeña, lo que facilita " "Migrar" esta variante de escenario a cualquier otra situación. Experimento de aprendizaje. Conecte la resistencia fija al lado de la fuente de alimentación y compárela con la resistencia interna de la fuente de alimentación (como se muestra en la Figura 12), y conecte un voltímetro entre ellos. Obviamente, "la resistencia interna aumenta, el voltaje interno disminuye" y el voltaje externo medido por el voltímetro también disminuye en consecuencia. Mediante el cálculo cuantitativo se cumplen los requisitos de la medición experimental. De esta manera, un nuevo experimento de diseño vuelve al experimento del libro de texto.
lt1 gt; El diagrama esquemático del circuito experimental se muestra en la Figura 13;
lt2 gt Según, para una fuente de alimentación determinada B, la fuerza electromotriz E y la resistencia interna. R están seguros, I y U cambian a medida que cambia el reóstato deslizante. Siempre que se cambie el valor de la resistencia, se pueden medir dos conjuntos de datos I y U y se obtienen las ecuaciones:
El sistema de ecuaciones de (1) (2) se puede resolver.
Nota: La resistencia interna r también se puede calcular directamente a partir del cambio de la ley de Ohm.
El rango del voltímetro ideal proporcionado en este tema es menor que la fuerza electromotriz de la fuente de alimentación que se está midiendo. Se requiere que los estudiantes rompan los estereotipos de pensamiento y método de los experimentos de los libros de texto, innoven en métodos y utilicen. el equipo proporcionado para diseñar experimentos creativamente. (Examen de ingreso a la universidad de 2004) Utilice el siguiente equipo para medir la resistencia de una resistencia a medir (900-1000);
La fuente de alimentación e tiene una cierta resistencia interna y la fuerza electromotriz es de aproximadamente 9,0 V. ;
Tabla de voltaje V1, rango de medición 1,5 V, resistencia interna;
Voltímetro V2, rango de medición 5 V, resistencia interna;
Reóstato de alambre deslizante R, el la resistencia máxima es de aproximadamente 100;
Interruptor unipolar, unos pocos cables.
(1) Si la lectura del voltímetro no es menor que su rango durante la medición, intente dibujar un diagrama esquemático de circuito experimental para medir la resistencia (los componentes en el diagrama esquemático deben estar marcados con las letras inglesas correspondientes). ).
(2) Según el diagrama esquemático del circuito que dibujaste, dibuja una línea de conexión en el objeto dado. (imagen real omitida)
(3) Si la lectura del voltímetro V1 está representada por U1 y la lectura del voltímetro V2 está representada por U2, entonces la fórmula expresada por la cantidad conocida y la cantidad medida es _ _ _ _ _ _ _ _ _ _.
Análisis 1. Dibuje el diagrama esquemático del circuito experimental.
(1) Selección del método de medición. Esta pregunta proporciona dos voltímetros, que solo se pueden medir mediante el método de voltamperometría. No se necesita una caja de resistencia ni una resistencia fija. No se pueden utilizar el método de sustitución ni el método de medición equivalente.
(2) Inferir conexiones del circuito. Después de seleccionar la medición de voltios-amperios, uno de los voltímetros suministrados debe usarse como amperímetro.
Debido a que el valor de resistencia de la resistencia que se está midiendo está entre 900-1000, y el voltímetro V1, resistencia interna, el voltímetro V2, resistencia interna, el valor de resistencia de la resistencia que se está midiendo está cerca de la resistencia interna. Valor del voltímetro, no existe una relación obvia, por lo que el método de conexión interna y externa del amperímetro debería ser factible.
(3) Posicionamiento de roles.
lt1 gt; El voltímetro V2 se utiliza como amperímetro. El diagrama esquemático del circuito experimental se muestra en la Figura 14. En este caso, r1 está en serie y paralelo con la resistencia mínima. Según los requisitos de diseño, la lectura del voltímetro V1 no es inferior a su rango.
Desde el punto de vista del voltaje, la caída de voltaje en el voltímetro V1 no debe ser menor que la caída de voltaje cuando se conecta en paralelo y en serie. Según la distribución de voltaje del circuito en serie:
Si la caída de voltaje en el voltímetro V2 puede alcanzar 3.0V, puede cumplir con el requisito de que la lectura de la pregunta no sea menor que su rango. Si el valor de voltaje en el circuito es apropiado, el circuito que se muestra en la Figura 14 puede cumplir con los requisitos de la prueba con solo un divisor de voltaje. De manera similar, si el voltímetro V1 se usa como amperímetro y se conecta al circuito que se muestra en 14, no funcionará.
El voltímetro lt2 gt V1 se utiliza como amperímetro y el circuito experimental se puede conectar mediante la interconexión de amperímetro. Como se muestra en la Figura 15, el voltímetro V1 está conectado en serie con la resistencia que se está midiendo, y la resistencia en serie es. Dado que el voltímetro V2 está conectado en paralelo con el voltímetro V1 y la resistencia que se está midiendo, esta lectura hará que el puntero de. el voltímetro V1 excede el valor total.
Del análisis y cálculo anterior, las lecturas de los dos voltímetros no son inferiores a sus rangos. Para cumplir con las condiciones anteriores, también se debe conectar un divisor de voltaje al circuito. El circuito que se muestra en la Figura 15 puede cumplir con los requisitos de las preguntas del examen. Del mismo modo, si se utiliza el voltímetro V2 como amperímetro y se conecta al circuito que se muestra en 15, no funcionará.
2. Conexión física (omitido)
3. Expresión para medición de resistencia
lt1 gt; De acuerdo con la conexión que se muestra en la Figura 14, configure el voltímetro V1; Las instrucciones de y V2 son U1 y U2 respectivamente.
lt2 gtCon base en las conexiones que se muestran en la Figura 15, es válido asumir que las indicaciones de los voltímetros V1 y V2 al medir son U1 y U2 respectivamente. (Examen de ingreso a la universidad en 2000) Seleccione el equipo experimental apropiado de la siguiente tabla y diseñe un circuito para medir la resistencia interna del amperímetro A1. El método es simple, la precisión de la medición es lo más alta posible y se pueden medir múltiples conjuntos de datos.
(1) Dibujar el esquema del circuito en el cuadro de puntos e indicar el código del equipo utilizado.
Equipo (código)
Especificaciones
Amperímetro (A1)
Amperímetro (A2)
Voltímetro
Resistencia (R1)
Reóstato deslizante (R2)
Batería (e)
Llave eléctrica (k)
Varios cables
El rango de medición es de 10 mA y la resistencia interna a medir es r1 (aproximadamente 40).
Rango de medida 500, resistencia interna r2=750
El rango de medida es 10V, resistencia interna r3=10k.
El valor de resistencia es de aproximadamente 1000 y se utiliza como resistencia de protección.
La resistencia total es de aproximadamente 50
La fuerza electromotriz es de 1,5 V y la resistencia interna es muy pequeña.
(2) Si se selecciona un conjunto de datos medidos para calcular r1, la expresión utilizada es r1=_____________ y el significado de cada símbolo en la fórmula es ___________.
Análisis: (1) La corriente se puede medir leyendo el propio amperímetro. Si usa el voltímetro V para medir el voltaje, dado que el voltaje máximo en A1 es 0 y el rango del voltímetro es demasiado grande, el amperímetro A2 solo se puede usar como un voltímetro con un rango de 0. Debido a que es necesario medir varios conjuntos de datos, el circuito de suministro de energía debe utilizar un circuito divisor de voltaje. El diagrama del circuito experimental se muestra en la Figura 16.
(2) Encienda la tecla K y las lecturas de los dos medidores se registrarán como I1 e I2 respectivamente.
Lo que se utiliza aquí para medir la tensión no es un voltímetro, sino un amperímetro, que se conecta en paralelo con el amperímetro A1 bajo prueba. De hecho, se trata de comparar las corrientes de A1 y A2, y luego comparar la relación entre las resistencias internas de los dos amperímetros, es decir, realizar el experimento utilizando el método de comparación. En los últimos años, en el examen de ingreso a la universidad, las preguntas experimentales ya no se limitan a los libros de texto y algunas preguntas experimentales se han reorganizado utilizando los principios, métodos y equipos experimentales enumerados en el programa de estudios. Al mismo tiempo, se compilan algunas preguntas de prueba semiabiertas y se utilizan algunos experimentos de diseño simple para evaluar la capacidad de resolución independiente de problemas y la capacidad de transferencia de los candidatos. Por lo tanto, los candidatos deben dominar las habilidades básicas de los experimentos físicos, completar de forma independiente los experimentos enumerados en el programa del examen, ser buenos para resumir los principios físicos y los métodos experimentales aplicados en el proceso experimental y luego utilizar los principios y métodos aprendidos para diseñar experimentos de manera innovadora. y manejar preguntas relacionadas con el experimento.