例析定值電阻在電學(xué)設(shè)計性實驗中的應(yīng)用

蘇德喬

摘要：本文，通過“例題1”來探究在沒有合適電壓表的情況如何運用“定值電阻找電壓”;通過“例題2”來探究在沒有合適電流表的情況如何運用“定值電阻找電流”。

關(guān)鍵詞：定值電阻;測量;電路

近年高三的各種模擬考試和高考中，物理的電學(xué)設(shè)計性實驗考查的比較多。電學(xué)的設(shè)計性實驗重點要考慮設(shè)計電路中的兩部分，其中第一部分是控制電路的設(shè)計、第二部分是測量電路的設(shè)計。電源的選擇、滑動變阻器的限流式接法和分壓式接法的選擇（有些實驗無需用到滑動變阻器的除外）等等，是設(shè)計控制電路時要主要考慮的.測量電路部分重點是圍繞伏安法進(jìn)行;主要考慮電壓表、電流表的選擇，電流表內(nèi)外接法的區(qū)分等。

因此，大多數(shù)考生看到設(shè)計“測量電路”去測電阻的實驗時，第一直覺考慮的就是伏安法，由于經(jīng)常沒有考慮到電表的量程、安全性、測量精度等，因此經(jīng)常導(dǎo)致電路設(shè)計錯誤。只有少數(shù)考生能夠想到“安安”法、“伏伏”法的新思路，但是有時候光有“安安”法、“伏伏”法的思路還不夠，還要配上定值電阻的使用才能夠設(shè)計出符合要求的電路。那么，接下來我就通過兩個例題來講講定值電阻在電學(xué)設(shè)計實驗中的兩個作用：定值電阻找電壓、定值電值找電流。

一、定值電阻找電壓

例題1.某同學(xué)為了測量電流表A1的內(nèi)阻精確值，有如下器材：

電流表A1（量程300mA，內(nèi)阻約為4Ω）;

電流表A2（量程600mA，內(nèi)阻約為1Ω）;

電壓表V（量程15V，內(nèi)阻約為3kΩ）;

定值電阻R0（5Ω）;

滑動變阻器R1（0～10Ω，額定電流為1A）;

滑動變阻器R2（0～250Ω，額定電流為0.3A）;

電源E（電動勢3V，內(nèi)阻較?。?

開關(guān)S、導(dǎo)線若干。

（1）根據(jù)題中所給的器材，畫出符合要求的實驗電路圖，并標(biāo)明所用器材的代號。

（2） 若選取測量中的一組數(shù)據(jù)來計算電流表A1的內(nèi)阻，則該電流表內(nèi)阻表達(dá)式r1=?? ?;r1的表達(dá)式中各符號的物理意義是 。

分析：（1）電流表A1內(nèi)阻約為4Ω，故應(yīng)選滑動變阻器R1;滑動變阻器R1的總阻值10Ω約為電流表A1內(nèi)阻的2.5倍，因此控制電路采用限流式接法即可。在測量電路中，電壓表V（量程15 V，內(nèi)阻約為3 kΩ）量程過大無法使用，因此可考慮定值電阻R0找電壓的思路.設(shè)計電路圖如圖所示：

（2）電路圖中（I2-I1）R0即為電流表A1的電壓，因此式中I1和I2分別表示某次測量電流表A1、A2的讀數(shù)，R0為定值電阻的阻值。

二、定值電值找電流

例題2.有一電壓表V1的量程為3V、內(nèi)阻約為3KΩ，現(xiàn)要測量該電壓表的內(nèi)阻RV。供選擇的實驗器材有：

電流表A，量程0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω;

電壓表V2，量程5V，內(nèi)阻為5KΩ;

定值電阻R1，阻值30Ω;

定值電阻R2，阻值為2KΩ;

滑動變阻器R3，最大阻值10Ω，額定電流1A;

電源E，電動勢6V，內(nèi)阻約為0.5Ω;

開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干。

（1）根據(jù)題中所給的器材，畫出符合要求的實驗電路圖，并標(biāo)明所用器材的代號。

（2）根據(jù)上問測量的數(shù)據(jù)，寫出電壓表V1內(nèi)阻RV的表達(dá)式，并說明式中各測量的物理意義。

分析：電壓表V1的內(nèi)阻RV遠(yuǎn)大于滑動變阻器的最大電阻10Ω，若采用限流式接法，它在電路中能分擔(dān)的電壓太小，所以滑動變阻器要采用分壓式接法。電壓表V1的最大電流約為1mA，電流表A量程0.6A，量程太大，因此電流表無法使用;因此可考慮定值電阻找電流;因為V1的內(nèi)阻RV內(nèi)阻約3KΩ，所以選定值電阻R2更合適。

設(shè)計電路圖如圖所示：

圖中即為電壓表V1的電流，因此，式中U1和U2分別表示某次測量電壓表V1、V2的讀數(shù)，R2為定值電阻的阻值。

在高中物理電學(xué)實驗中，電路的設(shè)計和儀器的選擇涉及較多的問題。電學(xué)設(shè)計性實驗是高中實驗的重點、也是難點，其中定值電阻的選用就是一個值得關(guān)注和研究的問題;以上兩個例題的內(nèi)容是本人根據(jù)十多年的教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)的定值電阻在電學(xué)實驗中的應(yīng)用，希望對同行們的教學(xué)能有所幫助。

福建省尤溪第一中學(xué) 福建 三明 365100