定值电阻在电学设计性实验中的巧用

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1、定值电阻在电学设计性实验中的巧用设计性物理实验是近几年高考试题中的一个新亮点，也是高三复习教学的重点之一;它要求学生对课本实验原理、方法有较为透彻的理解，能正确使用实验中用过的仪器，并能正确运用在这些实验中学过的方法综合分析解决新的实验问题。设计性实验主要以电路设计为主.电路设计经常要用到定值电阻，定值电阻如何使用往往是学生最感困惑的地方，也是教学的薄弱环节.鉴于此，本专题将对电学实验设计的基本原则和基本思想特别是定值电阻在其中的巧用进行系统的介绍，并对相应问题归类分析。一.基本原则1.安全性：保证不损坏实验器材。2.精确性：电表指针偏转要明显，尽可能减小实验误差，并测

2、得多组数据。3.方便性：在保证实验正常进行的前提下，选用的电路和器材应便于操作，所得的实验数据便于处理。（又称“可操作性”）以上原则是必须遵循的原则。另外有一个附加要求，即在同时满足以上原则的基础上，尽可能地节省器材，节约能源。（在平时练习中，若题目无特别说明，一般不予以考虑。）二.基本思想1.分压、限流电路的选择根据分压、限流电路的特点和制约电路的几种因素，有以下选择：（1）若负载电阻的阻值远大于滑动变阻器的总电阻，因滑动变阻器限流作用弱，如果采用限流电路，电表指针在滑动变阻器阻值改变后偏转不明显，无法测得多组数据，故应采用分压电路.（2）如果负载电阻的阻值与滑动变阻

3、器的总电阻相差不大，分压、限流电路都可.（3）若要求负载上电压或电流从零开始连续变化，须用分压电路。（4）两种电路均可的情况下，若要求电源消耗功率小，须用限流电路.（证明从略）2.其它设计思想（5）若知道电压表的量程和阻值，则电压表兼有电流表的功能.（6）若知道电流表的量程和阻值，则电流表兼有电压表的功能.（7）根据电压表的构造可知，可以用电流表和电阻串联作电压表使用.涉及知识：1.伏安法测电阻2.电流表电阻的测量3.电压表电阻的测量4.伏安法测电源的电动势和内电阻5.电表的改装本专题主讲：一、定值电阻可以作为保护电阻二、定值电阻可以用来完善实验条件三、定值电阻用于改装

4、电表，扩大电表量程四、定值电阻可以当电压表使用五、定值电阻可以当电流表使用一、定值电阻可以作为保护电阻定值电阻作为保护电阻，是定值电阻最常见的应用,这类问题的关键是弄清题目的设计原理，根据提供的数据进行必要的估算，确定好保护电阻在电路中的位置.串联电阻具有分压作用，并联电阻具有分流作用，利用定值电阻的这种作用，可以用定值电阻来保护电表、待测元件、电源、滑动变阻器等器材的使用安全，这种做法遵循的是电学实验中的“安全性原则”．【例1】测量电源的电动势及内阻(约为，约为)．实验器材：量程的理想电压表；量程的电流表(具有一定内阻)；定值电阻；滑动变阻器；电键;导线若干．(1)画

5、出实验电路原理图，图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出．(2)实验中，当电流表读数为时，电压表读数为；当电流表读数为时，电压表读数为,则可以求出=，=．(用、、、及表示)【解析】(1)测量电源电动势和内阻的实验原理是闭合电路欧姆定律．电压表用来测路端电压，电流表用来测干路中的总电流．当电路中电流达到最大值(电流表的量程0.5A)时，路端电压最小值为，大于电压表量程，故电压表不能直接用于测量路端电压．若将题中的定值电阻与电源串联，便组成一个等效电源．等效电源的内阻为:小于电压表量程，故可以保证测量的安全．在电路中需要串联一个电阻起保护作用，实验电路原理图如图1所示.最

6、小路端电压为:(2)由闭合电路欧姆定律可得:两式联立解得：图1【例2】利用下面适当的实验器材，设计一电路来测量电流表的内阻，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测出多组数据.A.电流表（）量程0～、内阻待测(约);B.电流表（）量程0～、内阻;C.电压表（）量程0～、内阻;D.定值电阻（）阻值约、做保护电阻用;E.滑动变阻器（）总阻值约为;F.电源（）电动势、内阻很小;G.开关（）、导线若干.(1)画出电路图，标明所用器材的代号.(2)若选测量数据中的一组来计算，则所用的表达式为=，说明式中各符号的意义.说明：该电路仅需保护支路，保护电阻的位置有如图2，3所示两个方

7、案，通过估算可知保护电阻在干路的保护能力比在支路的保护能力略强，但相差极小,故这两种方案均可.【解析】由的量程和内阻值可知，其两端的最大电压大约为:滑动变阻器应采用分压接法表达式：分别是电流表其中的读数，电流表的内阻.如果滑动变阻器作限流使用，电路中电流的最小值约为:为便于测量的精确度尽可能高，的电压表不能选用，要测量的内阻值，由伏安法测电阻原理必须知道它两端的电压和其中的电流，而电流可由其自身读数读出，把电流表和电流表并联起来，电流表的读数为，则即为电流表两端的电压，在这里电流表当作电压表使用.图2图3【例3】有一电压表,其量程为，内阻