定值电阻在电学实验中的作用

王静

摘 要 在高中阶段电学实验中，无论是测小灯泡伏安特性曲线还是测金属丝的电阻率，或是测电源的电动势和内阻，基本思想都是伏安法测未知电阻。根据实验室现有的仪器在电路设计中，定值电阻起的作用和使用办法有以下三种情况：（一）在干路上串入合适的定值电阻以减小电流来保护电路。（二）电表量程过小时，利用定值电阻和电表串并联来改装电表。（三）电表量程过大时，定值电阻与待测电阻串并联起到扩大电压或电流的作用。

关键词 定值电阻的作用;保护电路;改装电表;扩大干路电流或电压

中图分类号：G632                                                      文献标识码：A                                                  文章編号：1002-7661（2018）19-0215-01

在高中阶段电学实验中，无论是测小灯泡伏安特性曲线还是测金属丝的电阻率，或是测电源的电动势和内阻，基本思想都是伏安法测未知电阻。根据实验室现有的仪器在电路设计中，往往用到了定值电阻，定值电阻起的作用和使用办法有以下三种情况：

一、保护电路

当电压表、电流表能满足同步偏转时，即使滑动变阻器所有阻值串在电路中，电流也超过了电表的量程或超过了电源允许通过的最大电流，这时就需要在干路上串入合适的定值电阻来保护电路，此时电阻不仅要起到减小电流保护电表的作用，还要保证电表指针有大角度偏转。以下面题目为例来分析：某电池电动势约为9V，内阻约为30?，该电池允许输出的最大电流为50mA，为测电池的电动势和内阻，利用下图所示电路进行实验。电流表内阻为5?，R为电阻箱，阻值范围为0～999.9?，R₀为定值电阻，该定值电阻对电路起什么作用？实验室备有定值电阻有10?、50?、150?、500?几种规格，选用哪种最好？

定值电阻在电路中起保护电路的作用，根据电池电动势和电路允许通过的最大电流得电路总电阻最小为180?，除去电源内阻和电流表内阻，定值电阻最小为145?，为了保护电路同时能得多组数据，选择150?的最好。

二、电表量程过小时，改装电表

电流表和电压表指针不满足同步偏转，比如电压表量程满足电路需求，但电流表量程过小，此时可以改装电流表。把定值电阻与电流表并联改装为新的电流表，再与待测电阻串联，定值电阻起到了分流的作用，扩大了电表的量程。同理，如果电流表合适电路，但电压表量程过小，此时可以改装电压表，把定值电阻与电压表串联，定值电阻起到了分压作用，从而扩大了电表量程。以下面题目为例来分析：某电池的电动势为11V～13V，内阻小于3?，想精确测量电池电动势，但是实验室直流电压表量程只有3V，这时就需要改装电压表至15V最为合适，即把电压表量程扩大至原来的5倍。首先可以用等效替代法测电压表内阻，再给电压表串联一个阻值为电压表内阻4倍的定值电阻，改装后的电表即可满足测电池电动势的需要。当然如果没有恰好为电压表内阻4倍的定值电阻，也可以调节电阻箱阻值为电压表内阻的4倍即可。

三、电表量程过大，需要扩大干路电流或电压

在实验中本着多得数据以减少实验误差的思想，一般要求电表偏转在一半以上为好。在电路中，即使滑动变阻器调至最小，通过待测电阻的电流达最大，仍没有使电表有大角度偏转，这属于电表量程过大情况。如果电压表偏转明显，但电流表偏转过小，则需要让定值电阻与待测电阻并联后再与电流表串联，此时定值电阻起到了扩大干路电流的作用。同样如果电压表偏转不明显，则需要让定值电阻与待测电阻串联后，再与电压表并联，此时定值电阻起到了扩大干路电压的作用。以下面题目为例分析：一个待测电阻R阻值约为30?，备有以下器材：

A.直流电源：电动势3V，内阻约为1?

B.滑动变阻器：最大阻值10?，允许通过的最大电流为2A

C.电压表：量程3V，内阻约为3K?

D.电流表：量程0.6A，内阻约为1?

E.定值电阻R₁：阻值为6?

F.定值电阻R₂：阻值为100?

G.开关若干，导线若干

为了使测量结果准确，要求测量多组数据、测量过程中电表示数在半偏以上。定值电阻应如何选择？

因为电源电动势为3V，待测电阻的阻值约为30?，电流约在0.1A以下，0.6A的电流表量程过大，应该让定值电阻与待测电阻并联，再与电流表串联，而E选项中阻值为6?，根据并联电路电压相同，电流与电阻成反比，通过定值电阻的电流为待测电阻的电流的5倍，干路电流倍扩大为原来的6倍，约在0.6A以下，满足了实验要求。电路设计如下：