明確電阻用途突破實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)

◇ 湖北 袁軍成

定值電阻在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：1)與待測元件串聯(lián)或并聯(lián)，增大電壓或電流的測量范圍；2)用于改裝電表，擴(kuò)大電表量程；3)與電源串聯(lián)，充當(dāng)電源內(nèi)阻的一部分.明確定值電阻在電路設(shè)計(jì)中的作用，是正確分析電學(xué)實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵所在.

1 定值電阻與待測元件串聯(lián)或并聯(lián)，增大待測量

當(dāng)待測電壓或電流較小，無法滿足測量要求時(shí)，可將定值電阻與待測元件串聯(lián)或并聯(lián)，以增大電壓或電流的測量范圍.

實(shí)驗(yàn)要求：①有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)；②測量時(shí)兩電表指針偏轉(zhuǎn)均能夠超過其量程的一半.

(1)把你選擇的固定電阻與其他器材一起組成測量電路，并在圖1的虛線框內(nèi)畫出測量電路的原理圖.(要求電路中各器材用題中給定的符號(hào)標(biāo)出)

圖1

(2)閉合開關(guān)S，電路接通后，把滑動(dòng)變阻器的滑片滑動(dòng)到某一位置，若此時(shí)電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I，則待測電流表的內(nèi)阻RA＝_____.

(1)待測電流表○A的滿偏電流為Ig＝10mA，內(nèi)阻RA≈10Ω，其滿偏電壓為Ug＝0.1V，若用電壓表直接測量○A 兩端的電壓，則電壓表讀數(shù)過小，故需要將定值電阻R1與電流表○A 串聯(lián)，才能保證測量時(shí)兩電表指針偏轉(zhuǎn)均能夠超過其量程的一半；同時(shí)，由于滑動(dòng)變阻器R 的最大阻值(約為200Ω)小于電流表○A 和定值電阻的電阻之和(約為310Ω)，滑動(dòng)變阻器R 應(yīng)采用分壓的接法.測量電路的原理圖如圖2所示.

圖2

2 定值電阻用于改裝電表，增大電表量程

當(dāng)提供的電表量程較小，無法滿足實(shí)驗(yàn)要求時(shí)，可通過定值電阻與電流表并聯(lián)或與電壓表串聯(lián)的方式擴(kuò)大其量程.

(1)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖3所示，請選擇合適的器材，電表1為_____，電表2為_____，定值電阻為_____；

(2)寫出測量LED 燈正常工作時(shí)的電阻的表達(dá)式為R ＝_____.(用相應(yīng)字母表示)

圖3

(1)LED 燈正常工作時(shí)的電壓為2.5 V，可知電壓表○V 的量程較大，故需將定值電阻R2與電流表○A2(因?yàn)椤餉2內(nèi)阻已知)串聯(lián)，將其改裝成量程為3V 的電壓表；LED 燈正常工作時(shí)的電流約為5mA，可知電流表○A1的量程較大，需將其接在干路上.

(2)根據(jù)歐姆定律并結(jié)合串并聯(lián)關(guān)系可得

3 定值電阻與電源串聯(lián)，增大等效電源的內(nèi)阻

在測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，若電源內(nèi)阻較小，可使定值電阻與電源串聯(lián)，充當(dāng)電源內(nèi)阻的一部分，以提高電源內(nèi)阻測量的精度.

圖4

實(shí)驗(yàn)步驟：①將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；②逐漸減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U 和相應(yīng)電流表的示數(shù)I；③以U 為縱坐標(biāo)，I 為橫坐標(biāo)，作U-I 圖象(U、I 都用國際單位)；④求出U-I 圖象斜率的絕對值k 和在橫軸上的截距a.

(1)電壓表最好選用_____，電流表最好選用_____.(均填電表符號(hào)字母)

(2)待測電源的電動(dòng)勢E ＝_____，內(nèi)阻r＝_____.(用k、a、R2表示)

(1)實(shí)際測量時(shí)電壓表的分流作用會(huì)引起系統(tǒng)誤差，故應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電壓表○V1；通過電源的最大電流約為故電流表應(yīng)選.

(2)由閉合電路歐姆定律得U＝E－I(r＋R2)，將定值電阻R2看作電源內(nèi)阻的一部分，則r＋R2＝k，故電源的內(nèi)阻r＝k－R2，電源的電動(dòng)勢E＝a.

研究近幾年的高考試題不難發(fā)現(xiàn)，高考對電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查多側(cè)重于電路的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在深刻理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，具有一定創(chuàng)新思辨能力，而明確定值電阻在實(shí)驗(yàn)中的不同用途，無疑會(huì)成為分析此類問題的突破口，這也是促進(jìn)學(xué)生思辨能力提升的關(guān)鍵.