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摘要:本文,通过“例题1”来探究在没有合适电压表的情况如何运用“定值电阻找电压”;通过“例题2”来探究在没有合适电流表的情况如何运用“定值电阻找电流”。
关键词:定值电阻;测量;电路
近年高三的各种模拟考试和高考中,物理的电学设计性实验考查的比较多。电学的设计性实验重点要考虑设计电路中的两部分,其中第一部分是控制电路的设计、第二部分是测量电路的设计。电源的选择、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法的选择(有些实验无需用到滑动变阻器的除外)等等,是设计控制电路时要主要考虑的.测量电路部分重点是围绕伏安法进行;主要考虑电压表、电流表的选择,电流表内外接法的区分等。
因此,大多数考生看到设计“测量电路”去测电阻的实验时,第一直覺考虑的就是伏安法,由于经常没有考虑到电表的量程、安全性、测量精度等,因此经常导致电路设计错误。只有少数考生能够想到“安安”法、“伏伏”法的新思路,但是有时候光有“安安”法、“伏伏”法的思路还不够,还要配上定值电阻的使用才能够设计出符合要求的电路。那么,接下来我就通过两个例题来讲讲定值电阻在电学设计实验中的两个作用:定值电阻找电压、定值电值找电流。
一、定值电阻找电压
例题1.某同学为了测量电流表A1的内阻精确值,有如下器材:
电流表A1(量程300mA,内阻约为4Ω);
电流表A2(量程600mA,内阻约为1Ω);
电压表V(量程15V,内阻约为3kΩ);
定值电阻R0(5Ω);
滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流为1A);
滑动变阻器R2(0~250Ω,额定电流为0.3A);
电源E(电动势3V,内阻较小);
开关S、导线若干。
(1)根据题中所给的器材,画出符合要求的实验电路图,并标明所用器材的代号。
(2) 若选取测量中的一组数据来计算电流表A1的内阻,则该电流表内阻表达式r1= ;r1的表达式中各符号的物理意义是 。
分析:(1)电流表A1内阻约为4Ω,故应选滑动变阻器R1;滑动变阻器R1的总阻值10Ω约为电流表A1内阻的2.5倍,因此控制电路采用限流式接法即可。在测量电路中,电压表V(量程15 V,内阻约为3 kΩ)量程过大无法使用,因此可考虑定值电阻R0找电压的思路.设计电路图如图所示:
(2)电路图中(I2-I1)R0即为电流表A1的电压,因此式中I1和I2分别表示某次测量电流表A1、A2的读数,R0为定值电阻的阻值。
二、定值电值找电流
例题2.有一电压表V1的量程为3V、内阻约为3KΩ,现要测量该电压表的内阻RV。供选择的实验器材有:
电流表A,量程0.6A,内阻约0.1Ω;
电压表V2,量程5V,内阻为5KΩ;
定值电阻R1,阻值30Ω;
定值电阻R2,阻值为2KΩ;
滑动变阻器R3,最大阻值10Ω,额定电流1A;
电源E,电动势6V,内阻约为0.5Ω;
开关S一个,导线若干。
(1)根据题中所给的器材,画出符合要求的实验电路图,并标明所用器材的代号。
(2)根据上问测量的数据,写出电压表V1内阻RV的表达式,并说明式中各测量的物理意义。
分析:电压表V1的内阻RV远大于滑动变阻器的最大电阻10Ω,若采用限流式接法,它在电路中能分担的电压太小,所以滑动变阻器要采用分压式接法。电压表V1的最大电流约为1mA,电流表A量程0.6A,量程太大,因此电流表无法使用;因此可考虑定值电阻找电流;因为V1的内阻RV内阻约3KΩ,所以选定值电阻R2更合适。
设计电路图如图所示:
图中即为电压表V1的电流,因此,式中U1和U2分别表示某次测量电压表V1、V2的读数,R2为定值电阻的阻值。
在高中物理电学实验中,电路的设计和仪器的选择涉及较多的问题。电学设计性实验是高中实验的重点、也是难点,其中定值电阻的选用就是一个值得关注和研究的问题;以上两个例题的内容是本人根据十多年的教学经验总结的定值电阻在电学实验中的应用,希望对同行们的教学能有所帮助。
福建省尤溪第一中学 福建 三明 365100
关键词:定值电阻;测量;电路
近年高三的各种模拟考试和高考中,物理的电学设计性实验考查的比较多。电学的设计性实验重点要考虑设计电路中的两部分,其中第一部分是控制电路的设计、第二部分是测量电路的设计。电源的选择、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法的选择(有些实验无需用到滑动变阻器的除外)等等,是设计控制电路时要主要考虑的.测量电路部分重点是围绕伏安法进行;主要考虑电压表、电流表的选择,电流表内外接法的区分等。
因此,大多数考生看到设计“测量电路”去测电阻的实验时,第一直覺考虑的就是伏安法,由于经常没有考虑到电表的量程、安全性、测量精度等,因此经常导致电路设计错误。只有少数考生能够想到“安安”法、“伏伏”法的新思路,但是有时候光有“安安”法、“伏伏”法的思路还不够,还要配上定值电阻的使用才能够设计出符合要求的电路。那么,接下来我就通过两个例题来讲讲定值电阻在电学设计实验中的两个作用:定值电阻找电压、定值电值找电流。
一、定值电阻找电压
例题1.某同学为了测量电流表A1的内阻精确值,有如下器材:
电流表A1(量程300mA,内阻约为4Ω);
电流表A2(量程600mA,内阻约为1Ω);
电压表V(量程15V,内阻约为3kΩ);
定值电阻R0(5Ω);
滑动变阻器R1(0~10Ω,额定电流为1A);
滑动变阻器R2(0~250Ω,额定电流为0.3A);
电源E(电动势3V,内阻较小);
开关S、导线若干。
(1)根据题中所给的器材,画出符合要求的实验电路图,并标明所用器材的代号。
(2) 若选取测量中的一组数据来计算电流表A1的内阻,则该电流表内阻表达式r1= ;r1的表达式中各符号的物理意义是 。
分析:(1)电流表A1内阻约为4Ω,故应选滑动变阻器R1;滑动变阻器R1的总阻值10Ω约为电流表A1内阻的2.5倍,因此控制电路采用限流式接法即可。在测量电路中,电压表V(量程15 V,内阻约为3 kΩ)量程过大无法使用,因此可考虑定值电阻R0找电压的思路.设计电路图如图所示:
(2)电路图中(I2-I1)R0即为电流表A1的电压,因此式中I1和I2分别表示某次测量电流表A1、A2的读数,R0为定值电阻的阻值。
二、定值电值找电流
例题2.有一电压表V1的量程为3V、内阻约为3KΩ,现要测量该电压表的内阻RV。供选择的实验器材有:
电流表A,量程0.6A,内阻约0.1Ω;
电压表V2,量程5V,内阻为5KΩ;
定值电阻R1,阻值30Ω;
定值电阻R2,阻值为2KΩ;
滑动变阻器R3,最大阻值10Ω,额定电流1A;
电源E,电动势6V,内阻约为0.5Ω;
开关S一个,导线若干。
(1)根据题中所给的器材,画出符合要求的实验电路图,并标明所用器材的代号。
(2)根据上问测量的数据,写出电压表V1内阻RV的表达式,并说明式中各测量的物理意义。
分析:电压表V1的内阻RV远大于滑动变阻器的最大电阻10Ω,若采用限流式接法,它在电路中能分担的电压太小,所以滑动变阻器要采用分压式接法。电压表V1的最大电流约为1mA,电流表A量程0.6A,量程太大,因此电流表无法使用;因此可考虑定值电阻找电流;因为V1的内阻RV内阻约3KΩ,所以选定值电阻R2更合适。
设计电路图如图所示:
图中即为电压表V1的电流,因此,式中U1和U2分别表示某次测量电压表V1、V2的读数,R2为定值电阻的阻值。
在高中物理电学实验中,电路的设计和仪器的选择涉及较多的问题。电学设计性实验是高中实验的重点、也是难点,其中定值电阻的选用就是一个值得关注和研究的问题;以上两个例题的内容是本人根据十多年的教学经验总结的定值电阻在电学实验中的应用,希望对同行们的教学能有所帮助。
福建省尤溪第一中学 福建 三明 365100