一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)題的答案探究

[關(guān)鍵詞]物理教學(xué) 電學(xué)實(shí)驗(yàn)題 答案探究

在初中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有一類實(shí)驗(yàn)題涉及到電表量程的選擇，而且電路中往往接有滑動(dòng)變阻器。這類實(shí)驗(yàn)題由于電表量程的限制，要求滑動(dòng)變阻器接入電路中的實(shí)際阻值必須控制在一定的范圍內(nèi)，初中學(xué)生在解答這類實(shí)驗(yàn)題的過程中，由于不會(huì)分析題意，致使答案出現(xiàn)錯(cuò)解或感到無從下手。為了幫助學(xué)生提高解答這方面習(xí)題的能力，現(xiàn)舉例分析如下。

例題 實(shí)驗(yàn)室有下列實(shí)驗(yàn)儀器:電流表（0~0.6A；0~3A）一只，電壓表（0~3V；0~15V）一只，滑動(dòng)變阻器(0~10Ω)一只，電源(6V)一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。請(qǐng)用上述規(guī)格的器材來測(cè)量阻值約為8Ω的電阻。要求實(shí)驗(yàn)時(shí)電表不超過量程，且表的指針都能偏過刻度盤的中線(或靠近中線)。

（1）畫出實(shí)驗(yàn)電路圖;

（2）電流表應(yīng)選用擋，電壓表應(yīng)選擋;

（3）實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的阻值應(yīng)不小于Ω。

1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路如圖所示：

2.實(shí)驗(yàn)中，電流表、電壓表量程如何選擇？

參照量：實(shí)驗(yàn)中無論電表選什么量程，都要求指針偏過中線或靠近中線位置，所以我們選指針在中線位置時(shí)的示數(shù)為參照量，來討論電表量程的選擇問題.

（1）如果我們選電流表0~3A擋時(shí)，電表在電路中指針指在中線位置的示數(shù)應(yīng)是I_x=1.5A，則此時(shí)電壓表指針示數(shù)應(yīng)為;

U_x=I_xR_x=1.5A×8Ω=12V

但兩端總電壓: U總=6V 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足U_x=12V.

故選電流表的0~3A檔時(shí)，不符合題意。

2）如果選電流表0~0.6A擋，接入電路中后指針指在中線位置時(shí)示數(shù)應(yīng)為:

I_x=0.3AU_x=I_xR_x=0.3A×8Ω=2.4V.

按照題意，電壓表只能選0~3V擋，當(dāng)指針如指在中線位置時(shí)示數(shù)應(yīng)為1.5V，而U_x=2.4V，指針正好偏過中線位置，故電壓表應(yīng)選在0~3V擋，才符合題意。

3.當(dāng)電流表選 0~0.6A擋，如指針指在表盤中線位置，電流

I_x=0.3A，是電路中所允許的電流嗎？

我們可以先計(jì)算一下，當(dāng)I_x=0.3A時(shí)，電路中總電阻R總的大小為：R總=U總/I_x=6V/0.3A=20Ω

這就是說，電路中電流要達(dá)到0.3A，串聯(lián)電路中的總電阻應(yīng)達(dá)到20Ω。但在整個(gè)電路中，既就是把滑動(dòng)變阻器的整個(gè)電阻全部接入電路中，電路總電阻阻值最大只能達(dá)到R總=R_x+R_AB=8Ω+10Ω=18Ω。所以，電路中電流要小于或等于0.3A是不可能的。

4.當(dāng)電流表選 0~0.6A時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片P移動(dòng)有無限制？

（1）當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P移動(dòng)到B端時(shí)，則電路中

總電阻R總=R_x+R_AB=10Ω+8Ω=18Ω。因?yàn)殡娐分锌傠娮铻樽畲髸r(shí)，電路中電壓不變，電流必為最小值：I_x=U總/R總=6V/18Ω=0.33A。

這就是說，電流表選用0~0.6A時(shí)，表針的示數(shù)為0.33A，沒有超過量程，且偏過中線位置，符合題意。

（2）當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P移到A端時(shí)，則電路中總電阻：

R總=R_X=8Ω。

此時(shí)電路中電阻最小而電流最大。

I_x=U_x/R_x=6V/8Ω=0.75A。

顯然此值超過了電流表0~0.6A量程，故滑動(dòng)變阻器滑片P不能移到A端。

5.滑動(dòng)變阻器滑片P移動(dòng)時(shí)，R_AB上接入電路中的阻值應(yīng)有何限制？

當(dāng)電流表選取用0~0.6A擋時(shí)，如使電路中電流最大，即，

I_x=0.6A，則可計(jì)算出此時(shí)電路中最小的電阻總值：

R總=U總/I_x=6V/0.6A=10Ω。

這就是說，串聯(lián)接入電路中的R_x與R_AB上實(shí)際接入電路阻值之和為10Ω，即，R總=R_x+R_PA=10Ω

因?yàn)镽_x=8Ω，所以滑動(dòng)變阻器上實(shí)際接入電路中的阻值：

R_PA=R總-R_x=10Ω-8Ω=2Ω。

可見，滑動(dòng)變阻器上實(shí)際接入電路中的阻值應(yīng)為不小于2Ω，如果小于2Ω時(shí)，電路中電流則會(huì)大于0.6A，超過了是電流表的量程。

綜上分析可知，電流表應(yīng)選0~0.6A擋，電壓表應(yīng)選0~6V擋；實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的阻值應(yīng)不小于2Ω。

（作者單位：河北衡水市第三中學(xué)）