例析定值電阻在電學設計性實驗中的應用

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，物理的電學設計性實驗考查的比較多。電學的設計性實驗重點要考慮設計電路中的兩部分，其中第一部分是控制電路的設計、第二部分是測量電路的設計。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行;主要考慮電壓表、電流表的選擇，電流表內外接法的區分等。

因此，大多數考生看到設計“測量電路”去測電阻的實驗時，第一直覺考慮的就是伏安法，由于經常沒有考慮到電表的量程、安全性、測量精度等，因此經常導致電路設計錯誤。只有少數考生能夠想到“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設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.某同學為了測量電流表A1的內阻精確值，有如下器材：

電流表A1（量程300mA，內阻約為4Ω）;

電流表A2（量程600mA，內阻約為1Ω）;

電壓表V（量程15V，內阻約為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，內阻較小）;

開關S、導線若干。

（1）根據題中所給的器材，畫出符合要求的實驗電路圖，并標明所用器材的代號。

（2） 若選取測量中的一組數據來計算電流表A1的內阻，則該電流表內阻表達式r1=?? ?;r1的表達式中各符號的物理意義是 。

分析：（1）電流表A1內阻約為4Ω，故應選滑動變阻器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，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、內阻約為3KΩ，現要測量該電壓表的內阻RV。供選擇的實驗器材有：

電流表A，量程0.6A，內阻約0.1Ω;

電壓表V2，量程5V，內阻為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，內阻約為0.5Ω;

開關S一個，導線若干。

（1）根據題中所給的器材，畫出符合要求的實驗電路圖，并標明所用器材的代號。

（2）根據上問測量的數據，寫出電壓表V1內阻RV的表達式，并說明式中各測量的物理意義。

分析：電壓表V1的內阻RV遠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的內阻RV內阻約3KΩ，所以選定值電阻R2更合適。

設計電路圖如圖所示：

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，R2為定值電阻的阻值。

在高中物理電學實驗中，電路的設計和儀器的選擇涉及較多的問題。電學設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注和研究的問題;以上兩個例題的內容是本人根據十多年的教學經驗總結的定值電阻在電學實驗中的應用，希望對同行們的教學能有所幫助。

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