定值电阻在电学实验中作用拾遗

定值电阻在电学实验中作用拾遗 在高考中,电学实验考查的非常灵活,特别是将定值电阻载入考中,,W生感觉更是难上加难.为此将定值电阻在电学实验中的作用进行归纳,希望对大家有所帮助. 一、限流保护电路作用 例1从所给器材中选出适当的实验器材,一电路来测量电流表A1的内阻r1.要求简捷,有尽可能高的测量精度,并能得到多组数据. 电流表A1,量程10 mA,内阻r1待测约40 Ω,,电流表A2,量程500μA,内阻r2=750 Ω,,电压表V,量程10V,内阻10kΩ,,电阻R1,阻值约为100Ω,,滑动变阻器R2,总阻值约50Ω,,电池E,电动势1.5V,内阻很小,,开关S及导线若干. ,1,画出电路图,并标明所用器材的代号. ,2,若选测量数据中的一组数据计算电阻r1,则所用的表达式r1=,式中各符号的意义是. 解析,1,电流表A1既是待测电阻,也是待测仪表,能显示出通过自身的电流大小,故只需测出其两端的电压.当A1满偏时,两端的电压约为Igr1=0.4 V.所以用电压表V直 1 接测量,电压表指针的偏转不到量程的二十分之一,测量误差太大,不符合“尽可能高的测量精度”的要求.电流表A2的内阻是准确已知的,满偏时其两端电压为0.375V,与电流表A1的满偏电压差不多,所以可以将电流表A2与电流表A1并联,根据A2的读数I2求出A1两端的电压I2r2.估算A1、A2近满偏时回路的电阻应为EIA1=150 Ω.所以要使电路工 作安全正常,应将电阻R1与A1、A2串联起来,从而限制图1通过A1、A2的电流,使其不超过量程,电阻R1起到限流保护电路的作用.滑动变阻器若可采用限流式接法,对电流的调节范围约为最大值的三分之一,比分压式接法的调节范围小.故电路的设计为图1所示. ,2,计算r1的表达式r1=I2r2I1.式中I2通过电流表A2的电流,r2为电流表A2的内阻,I1为通过电流表A1的电流. 点评定值电阻在此题中起到了限流保护电路的作用. 二、充当电流表的作用 例2图2为测量电压表V内阻r的电路原理图.图中两个固定电阻R1、R2的阻值均为R,S1、S2是开关,E是电源,内阻可忽略,. ,1,按电路原理图将图3中的实物图连线, ,2,开关S1保持断开,合上开关S2,此时电压表的读数为U1,再合上开关S1,电压表的读数变为U2,电压表 2 内阻r=,用U1、U2和R表示,. 解析,1,实物图连线如图4所示. ,2,开关S1保持断开时,E-U1R=U1RrR+r,合上开关S1,则E=U2,解得r=U1RU2-2U1. 点评电路中的R1充当电流表的作用. 三、充当电压表的作用 例3某学习小组为了测量一电阻Rx,约为300Ω,,现有下列器材.电流表 A1,0,5 mA的理想电表,,电源E,干电池,1.5V,,电压表V,量程为10V,内阻约为3kΩ,,电流表A2,0,10mA,内阻约100Ω,,定值电阻R1,阻值为300 Ω,定值电阻R2,阻值为10 Ω,滑动变阻器R3,最大阻值为1000 Ω,滑动变阻器R4,最大阻值为20 Ω,开关S、导线若干. ,1,定值电阻应选,滑动变阻器应选.,填写器材字母符号, ,2,画出设计的实验电路图. ,3,用已知的量和实验中测得的量表示待测电阻Rx=. 解析,1,量程为10 V的电压表量程太大,不能用,分析可知Rx需与A1串联,串联后与定值电阻并联,用A2测并联后的总电流,待测电阻Rx两端的最大电压约为U=5×10-3×300 V=1.5 V,若两电流表均满偏,则通过定值电阻的电流为5 mA,所以定值电阻的阻值约为300Ω,定值 3 电阻选R1,滑动变阻器R3最大阻值太大,不便于操作,因此应选用R4,采用分压式接法接入电路. ,2,实验电路如图5所示. ,3,若某次测量中电流表A1的示数为I1,电流表A2的示数为I2,由部分电路欧姆定律可知Rx=I2-I1I1R1 点评此题中的定值电阻R1起到了测电压的作用. 四、分压限流作用 例4某学习小组为测量一铜芯电线的电阻率,他们截取了一段电线,用米尺测出其长度为L,用螺旋测微器测得其直径为D,用多用电表测得其电阻值约为2 Ω,为提高测量的精度,该小组的人员从下列器材中挑选了一些元件,设计了一个电路,重新测量这段导线,用Rx表示,的电阻. A.电源E,电动势为3.0 V,内阻不计,, B.电压表V1,量程为0,3.0 V,内阻约为 2 kΩ,, C.电压表V2,量程为0,15.0 V,内阻约为6 kΩ,, D.电流表A1,量程为0,0.6 A,内阻约为1 Ω,,E.电流表A2,量程为0,3.0 A,内阻约为0.1 Ω,, F.滑动变阻器R1,最大阻值10 Ω,额定电流2.0 A,, G.滑动变阻器R2,最大阻值1 kΩ,额定电流1.0 A,, H.定值电阻R0,阻值为3Ω,, I.开关S一个,导线若干 4 ,1,实验时电压表选,电流表选,滑动变阻器选.,只填代号, ,2,为提高实验的精确度,请你为该实验小组设计电路图,并画在方框中. 解析由题意可知,电源电动势为3.0 V,故电压表应选V1,量程为0,3.0 V,内阻约为2 kΩ,即可,通过电线的最大电流约为I=1.5 A,故电流表A2 ,量程为0,3.0 A,内阻约为0.1 Ω,不合适.现在只能暂时选择电流表A1 ,量程为0,0.6 A,内阻约为1 Ω,,但其量程又偏小故不能直接使用.待测电线电阻较小,故电流表应采用外接法,为保证电路及电流表A1的安全,待测电阻Rx应串联一个保护电阻R0,电路设计图如图6示,此时定值电阻R0对于待测电阻Rx而言,起到限流分压的作用,同时起到保护电路的作用,只有这样才能让电流表A1正常工作,所以电压表应选B,电流表应选D,滑动变阻器应选F. 点评此题中的定值电阻起到了分压限流的作用. 五、,U充量程的作用 例5现要测量一个未知电阻Rx的阻值,除Rx外可用的器材有, 多用电表,仅可使用欧姆挡,,一个电池组E ,电动势6 V,,一个滑动变阻器R,0,20 Ω,额定电流1 A,,两个相同的电流表G,内阻Rg=1000Ω,满偏电流 5 Ig=100μA,,两个标准电阻,R1=29000Ω,R2=0.1Ω,,一 个电键S、导线若干. ?为了设计电路,先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻,采用“×10”挡,调零后测量该电阻,发现指针偏转非常大,最后几乎紧挨满偏刻度停下来,下列判断和做法正确的是,填字母代号,. A.这个电阻阻值很小,估计只有几欧姆 B.这个电阻阻值很大,估计有几千欧姆 C.如需进一步测量可换“×1”挡,调零后测量 D.如需进一步测量可换“×1k”挡,调零后测量 ?根据粗测的判断,设计一个测量电路,要求测量尽量准确并使电路能耗较小,画出实验电路图,并将各元件字母代码标在元件的符号旁. 解析?因为电表指针几乎满偏,故可知所测电阻很小,只有几欧姆,所以选项A正确、B错误,根据欧姆表的特点,若要进一步精确测量,应换用小倍率,并进行欧姆调零,所以选项C正确 、D错误,故选AC. ?根据伏安法测电阻原理和串、并联电路规律,可将一个电流表串联电阻R1后测量电压,另一个电流表并联R2后测量电流,题目要求能耗较小,故变阻器采用限流式,所以电路设计如图7所示, 点评R1、R2在此题中分别起到了扩大电压表、电流表 6 量程的作用. 六、增大电源内阻方便处理数据的作用 例6某研究性学习小组欲测定一块电池的电动势E和内电阻r. ,1,先直接用多用表测定该电池电动势,在操作无误的情况下,多用表表盘示数如图8所示,其示数为V. ,2,然后,用电压表V、电阻箱R、定值电阻R0、开关S、若干导线和该电池组成电路,测定该电池电动势. ?.在图10中,根据电路图9,用笔画线代替导线,将 实物图连接成完整电路. ?.闭合开关S,调整电阻箱阻值R,读出电压表V相应示数U.该学习小组测出大量数据,分析筛选出下表所示的R、U数据,并计算出相应的1/R与1/U的值.请用表中数据在图11坐标纸上描点,并作出1/U-1/R图线. R,Ω,166.771.450.033.325.020.0 U,V,8.35.94.84.23.22.9 1/R,×10-2Ω-1,0.601.402.003.004.005.00 1/U,V-1,0.120.170.210.240.310.35 ?.从图线中可求得待测电池电动势E=V,r=Ω. 解析,1,由图可知,其示数为9.40 V ,2,?根据电路图,连接电路图如图12所示,电压表测电阻箱的电压,电池组电动 7 势约为9.40 V,故电压表选择15 V的量程.?根据上表所示实验数据,在坐标系中描出对应的点,然后根据坐标系中的点做直线,做出1/U-1/R图线,如图13所示. ?.由闭合电路欧姆定律可得,E=U+UR,R0+r,,化简得1U=R0+rE?1R+1E,则图象的斜率为R0+rE,图象与纵轴的截距为1E,由图象可得R0+rE=48Ω,1E=0.10 V-1,解得E=10.5 V,r=48-40=8Ω. 点评本题中的定值电阻相当于增加了电源的内阻,使得做1/U-1/R图线的斜率增大,方便作图,方便读数. ,收稿日期,2016-09-16, 8