定值電阻在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的作用

王靜

摘 要 在高中階段電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論是測(cè)小燈泡伏安特性曲線還是測(cè)金屬絲的電阻率，或是測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，基本思想都是伏安法測(cè)未知電阻。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器在電路設(shè)計(jì)中，定值電阻起的作用和使用辦法有以下三種情況：（一）在干路上串入合適的定值電阻以減小電流來(lái)保護(hù)電路。（二）電表量程過(guò)小時(shí)，利用定值電阻和電表串并聯(lián)來(lái)改裝電表。（三）電表量程過(guò)大時(shí)，定值電阻與待測(cè)電阻串并聯(lián)起到擴(kuò)大電壓或電流的作用。

關(guān)鍵詞 定值電阻的作用;保護(hù)電路;改裝電表;擴(kuò)大干路電流或電壓

中圖分類號(hào)：G632????????????????????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1002-7661（2018）19-0215-01

在高中階段電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論是測(cè)小燈泡伏安特性曲線還是測(cè)金屬絲的電阻率，或是測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，基本思想都是伏安法測(cè)未知電阻。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器在電路設(shè)計(jì)中，往往用到了定值電阻，定值電阻起的作用和使用辦法有以下三種情況：

一、保護(hù)電路

當(dāng)電壓表、電流表能滿足同步偏轉(zhuǎn)時(shí)，即使滑動(dòng)變阻器所有阻值串在電路中，電流也超過(guò)了電表的量程或超過(guò)了電源允許通過(guò)的最大電流，這時(shí)就需要在干路上串入合適的定值電阻來(lái)保護(hù)電路，此時(shí)電阻不僅要起到減小電流保護(hù)電表的作用，還要保證電表指針有大角度偏轉(zhuǎn)。以下面題目為例來(lái)分析：某電池電動(dòng)勢(shì)約為9V，內(nèi)阻約為30?，該電池允許輸出的最大電流為50mA，為測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，利用下圖所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。電流表內(nèi)阻為5?，R為電阻箱，阻值范圍為0～999.9?，R₀為定值電阻，該定值電阻對(duì)電路起什么作用？實(shí)驗(yàn)室備有定值電阻有10?、50?、150?、500?幾種規(guī)格，選用哪種最好？

定值電阻在電路中起保護(hù)電路的作用，根據(jù)電池電動(dòng)勢(shì)和電路允許通過(guò)的最大電流得電路總電阻最小為180?，除去電源內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻，定值電阻最小為145?，為了保護(hù)電路同時(shí)能得多組數(shù)據(jù)，選擇150?的最好。

二、電表量程過(guò)小時(shí)，改裝電表

電流表和電壓表指針不滿足同步偏轉(zhuǎn)，比如電壓表量程滿足電路需求，但電流表量程過(guò)小，此時(shí)可以改裝電流表。把定值電阻與電流表并聯(lián)改裝為新的電流表，再與待測(cè)電阻串聯(lián)，定值電阻起到了分流的作用，擴(kuò)大了電表的量程。同理，如果電流表合適電路，但電壓表量程過(guò)小，此時(shí)可以改裝電壓表，把定值電阻與電壓表串聯(lián)，定值電阻起到了分壓作用，從而擴(kuò)大了電表量程。以下面題目為例來(lái)分析：某電池的電動(dòng)勢(shì)為11V～13V，內(nèi)阻小于3?，想精確測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)，但是實(shí)驗(yàn)室直流電壓表量程只有3V，這時(shí)就需要改裝電壓表至15V最為合適，即把電壓表量程擴(kuò)大至原來(lái)的5倍。首先可以用等效替代法測(cè)電壓表內(nèi)阻，再給電壓表串聯(lián)一個(gè)阻值為電壓表內(nèi)阻4倍的定值電阻，改裝后的電表即可滿足測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)的需要。當(dāng)然如果沒有恰好為電壓表內(nèi)阻4倍的定值電阻，也可以調(diào)節(jié)電阻箱阻值為電壓表內(nèi)阻的4倍即可。

三、電表量程過(guò)大，需要擴(kuò)大干路電流或電壓

在實(shí)驗(yàn)中本著多得數(shù)據(jù)以減少實(shí)驗(yàn)誤差的思想，一般要求電表偏轉(zhuǎn)在一半以上為好。在電路中，即使滑動(dòng)變阻器調(diào)至最小，通過(guò)待測(cè)電阻的電流達(dá)最大，仍沒有使電表有大角度偏轉(zhuǎn)，這屬于電表量程過(guò)大情況。如果電壓表偏轉(zhuǎn)明顯，但電流表偏轉(zhuǎn)過(guò)小，則需要讓定值電阻與待測(cè)電阻并聯(lián)后再與電流表串聯(lián)，此時(shí)定值電阻起到了擴(kuò)大干路電流的作用。同樣如果電壓表偏轉(zhuǎn)不明顯，則需要讓定值電阻與待測(cè)電阻串聯(lián)后，再與電壓表并聯(lián)，此時(shí)定值電阻起到了擴(kuò)大干路電壓的作用。以下面題目為例分析：一個(gè)待測(cè)電阻R阻值約為30?，備有以下器材：

A.直流電源：電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻約為1?

B.滑動(dòng)變阻器：最大阻值10?，允許通過(guò)的最大電流為2A

C.電壓表：量程3V，內(nèi)阻約為3K?

D.電流表：量程0.6A，內(nèi)阻約為1?

E.定值電阻R₁：阻值為6?

F.定值電阻R₂：阻值為100?

G.開關(guān)若干，導(dǎo)線若干

為了使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，要求測(cè)量多組數(shù)據(jù)、測(cè)量過(guò)程中電表示數(shù)在半偏以上。定值電阻應(yīng)如何選擇？

因?yàn)殡娫措妱?dòng)勢(shì)為3V，待測(cè)電阻的阻值約為30?，電流約在0.1A以下，0.6A的電流表量程過(guò)大，應(yīng)該讓定值電阻與待測(cè)電阻并聯(lián)，再與電流表串聯(lián)，而E選項(xiàng)中阻值為6?，根據(jù)并聯(lián)電路電壓相同，電流與電阻成反比，通過(guò)定值電阻的電流為待測(cè)電阻的電流的5倍，干路電流倍擴(kuò)大為原來(lái)的6倍，約在0.6A以下，滿足了實(shí)驗(yàn)要求。電路設(shè)計(jì)如下：