明確電阻用途突破實驗難點

◇ 湖北 袁軍成

定值電阻在電學實驗中的應用主要體現在三個方面：1)與待測元件串聯或并聯，增大電壓或電流的測量范圍；2)用于改裝電表，擴大電表量程；3)與電源串聯，充當電源內阻的一部分.明確定值電阻在電路設計中的作用，是正確分析電學實驗問題的關鍵所在.

1 定值電阻與待測元件串聯或并聯，增大待測量

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

實驗要求：①有盡可能高的測量精度，并能測得多組數據；②測量時兩電表指針偏轉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標出)

圖1

(2)閉合開關S，電路接通后，把滑動變阻器的滑片滑動到某一位置，若此時電壓表讀數為U，電流表讀數為I，則待測電流表的內阻RA＝_____.

(1)待測電流表○A的滿偏電流為Ig＝10mA，內阻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，則電壓表讀數過小，故需要將定值電阻R1與電流表○A 串聯，才能保證測量時兩電表指針偏轉均能夠超過其量程的一半；同時，由于滑動變阻器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)，滑動變阻器R 應采用分壓的接法.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

當提供的電表量程較小，無法滿足實驗要求時，可通過定值電阻與電流表并聯或與電壓表串聯的方式擴大其量程.

(1)實驗電路圖如圖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 燈正常工作時的電阻的表達式為R ＝_____.(用相應字母表示)

圖3

(1)LED 燈正常工作時的電壓為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(因為○A2內阻已知)串聯，將其改裝成量程為3V 的電壓表；LED 燈正常工作時的電流約為5mA，可知電流表○A1的量程較大，需將其接在干路上.

(2)根據歐姆定律并結合串并聯關系可得

3 定值電阻與電源串聯，增大等效電源的內阻

在測量電源電動勢和內阻的實驗中，若電源內阻較小，可使定值電阻與電源串聯，充當電源內阻的一部分，以提高電源內阻測量的精度.

圖4

實驗步驟：①將滑動變阻器接入電路的阻值調到最大，閉合開關；②逐漸減小滑動變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數U 和相應電流表的示數I；③以U 為縱坐標，I 為橫坐標，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_____.(均填電表符號字母)

(2)待測電源的電動勢E ＝_____，內阻r＝_____.(用k、a、R2表示)

(1)實際測量時電壓表的分流作用會引起系統誤差，故應選用內阻較大的電壓表○V1；通過電源的最大電流約為故電流表應選.

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

研究近幾年的高考試題不難發現，高考對電學實驗的考查多側重于電路的設計，要求學生在深刻理解實驗原理的基礎上，具有一定創新思辨能力，而明確定值電阻在實驗中的不同用途，無疑會成為分析此類問題的突破口，這也是促進學生思辨能力提升的關鍵.