例談定值電阻在電路中的用法

2018-11-01 10:55:10

物理之友 2018年10期

(廣東省肇慶中學，廣東肇慶 526060)

定值電阻是電學實驗中不可或缺的一個元件，該元件的使用也是高考考查的重點，近幾年各地高考電學實驗都有涉及。關于實驗的設計和操作，都必須以“安全、精確、方便”為順序來進行。在實驗儀器有限制的情況下，有時候必須在電路中加上合適的定值電阻，才能完成實驗。本文通過實例，歸納總結定值電阻在電路中的常見用法及作用，以期能對電學實驗教學和復習有所幫助。

1 配合電表使用，用于間接測量電學量

圖1

例1(2011年上海)：實際電流表有內阻，可等效為理想電流表與電阻的串聯。測量實際電流表G1內阻r1的電路如圖1所示。供選擇的儀器如下：

① 待測電流表G1(0～5mA，內阻約300Ω)；

② 電流表G2(0～10mA，內阻約100Ω)；

③ 定值電阻R1(300Ω)；

④ 定值電阻R2(10Ω)；

⑤ 滑動變阻器R3(0～1000Ω)；

⑥ 滑動變阻器R4(0～20Ω);

⑦ 干電池(1.5V)；

⑧ 電鍵S及導線若干。

請選擇合適的器材設計實驗電路，畫出電路圖，圖中表明所選器材。

分析：要測量電流表G1內阻，就得想辦法測量出其兩端的電壓，而題目所給儀器中沒有電壓表，且所給電流表也沒明確給出內阻值，即不能當電壓表用。通過比較兩電流表量程，我們就能很容易知道定值電阻所充當的角色就是電壓表，對應的電壓值應為R1(I2-I1)。若所選定值電阻為R2，當G2表滿偏時G1指針幾乎不動，所以不符合要求，我們要求所有電表同時有較大角度的偏轉。

圖2

若給的是兩塊量程一大一小的電壓表(2010年天津卷)，則定值電阻部分電路的設計如圖2。

2 電表量程擴大

例2(2012年四川)：某興趣小組的同學探究小燈泡L的伏安特性曲線，可供選擇的器材如下：

小燈泡L，規格“4.0V，0.7A”；

電流表A1，量程3A，內阻約為0.1Ω；

電流表A2，量程0.6A，內阻r2=0.2Ω；

電壓表V，量程3V，內阻rV=9kΩ；

標準電阻R1，阻值1Ω；標準電阻R2，阻值3kΩ；

滑動變阻器R，阻值范圍0～10Ω；

學生電源E，電動勢6V，內阻不計；

開關S及導線若干。

① 甲同學設計了如圖3所示的電路來進行測量。

圖3

圖4

當通過L的電流為0.46A時，電壓表的示數如圖4所示，此時L的電阻為 Ω。

② 乙同學又設計了如圖5所示的電路來進行測量。電壓表指針指在最大刻度時，加在L上的電壓值是 V。

圖5

圖6

③ 學習小組認為要想更準確地描繪出L完整的伏安特性曲線，需要重新設計電路。請你在乙同學的基礎上利用所供器材，在圖6所示的虛線框內補畫出實驗電路圖，并在圖上標明所選器材代號。

分析：① 由圖4得電壓表示數為2.30V,根據歐姆定律可得RL=5Ω。

圖7

圖8

3 保護電路

若需要選擇一個定值電阻作為電路的保護電阻，對于阻值的要求是在確保電路安全的前提下，能達到實驗要求，完成測量。

例3(2015年新課標全國卷Ⅰ)：圖9為某同學改裝和校準毫安表的電路圖，其中虛線框內是毫安表的改裝電路。

圖9

(1) 已知毫安表表頭的內阻為100Ω，滿偏電流為1mA；R1和R2為阻值固定的電阻。若使用a和b兩個接線柱，電表量程為3mA；若使用a和c兩個接線柱，電表量程為10mA。由題給條件和數據，可以求出R1= 15 Ω，R2= 35 Ω。

(2) 現用一量程為3mA、內阻為150Ω的標準電流表A對改裝電表的3mA檔進行校準，校準時需選取的刻度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA。電池的電動勢為1.5V，內阻忽略不計；定值電阻R0有兩種規格，阻值分別為300Ω和1000Ω；滑動變阻器R有兩種規格，最大阻值分別為750Ω和3000Ω。則R0應選用阻值為 300 Ω的電阻，R應選用最大阻值為 3000 Ω的滑動變阻器。

(3) 若電阻R1和R2中有一個因損壞而阻值變為無窮大，利用圖10的電路可以判斷出損壞的電阻。圖10中的R′為保護電阻，虛線框內未畫出的電路即為圖9虛線框的電路。則圖中的d點應和接線柱c(填“b”或“c”)相連。判斷依據是：閉合開關時，若電表指針偏轉，則損壞的電阻是R1，若電表指針不動，則損壞的電阻是R2。