例谈定值电阻在电路中的用法

2018-11-01 10:55

物理之友 2018年10期

(广东省肇庆中学，广东肇庆 526060)

定值电阻是电学实验中不可或缺的一个元件，该元件的使用也是高考考查的重点，近几年各地高考电学实验都有涉及。关于实验的设计和操作，都必须以“安全、精确、方便”为顺序来进行。在实验仪器有限制的情况下，有时候必须在电路中加上合适的定值电阻，才能完成实验。本文通过实例，归纳总结定值电阻在电路中的常见用法及作用，以期能对电学实验教学和复习有所帮助。

1 配合电表使用，用于间接测量电学量

图1

例1(2011年上海)：实际电流表有内阻，可等效为理想电流表与电阻的串联。测量实际电流表G1内阻r1的电路如图1所示。供选择的仪器如下：

① 待测电流表G1(0～5mA，内阻约300Ω)；

② 电流表G2(0～10mA，内阻约100Ω)；

③ 定值电阻R1(300Ω)；

④ 定值电阻R2(10Ω)；

⑤ 滑动变阻器R3(0～1000Ω)；

⑥ 滑动变阻器R4(0～20Ω);

⑦ 干电池(1.5V)；

⑧ 电键S及导线若干。

请选择合适的器材设计实验电路，画出电路图，图中表明所选器材。

分析：要测量电流表G1内阻，就得想办法测量出其两端的电压，而题目所给仪器中没有电压表，且所给电流表也没明确给出内阻值，即不能当电压表用。通过比较两电流表量程，我们就能很容易知道定值电阻所充当的角色就是电压表，对应的电压值应为R1(I2-I1)。若所选定值电阻为R2，当G2表满偏时G1指针几乎不动，所以不符合要求，我们要求所有电表同时有较大角度的偏转。

图2

若给的是两块量程一大一小的电压表(2010年天津卷)，则定值电阻部分电路的设计如图2。

2 电表量程扩大

例2(2012年四川)：某兴趣小组的同学探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选择的器材如下：

小灯泡L，规格“4.0V，0.7A”；

电流表A1，量程3A，内阻约为0.1Ω；

电流表A2，量程0.6A，内阻r2=0.2Ω；

电压表V，量程3V，内阻rV=9kΩ；

标准电阻R1，阻值1Ω；标准电阻R2，阻值3kΩ；

滑动变阻器R，阻值范围0～10Ω；

学生电源E，电动势6V，内阻不计；

开关S及导线若干。

① 甲同学设计了如图3所示的电路来进行测量。

图3

图4

当通过L的电流为0.46A时，电压表的示数如图4所示，此时L的电阻为 Ω。

② 乙同学又设计了如图5所示的电路来进行测量。电压表指针指在最大刻度时，加在L上的电压值是 V。

图5

图6

③ 学习小组认为要想更准确地描绘出L完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路。请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图6所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号。

分析：① 由图4得电压表示数为2.30V,根据欧姆定律可得RL=5Ω。

图7

图8

3 保护电路

若需要选择一个定值电阻作为电路的保护电阻，对于阻值的要求是在确保电路安全的前提下，能达到实验要求，完成测量。

例3(2015年新课标全国卷Ⅰ)：图9为某同学改装和校准毫安表的电路图，其中虚线框内是毫安表的改装电路。

图9

(1) 已知毫安表表头的内阻为100Ω，满偏电流为1mA；R1和R2为阻值固定的电阻。若使用a和b两个接线柱，电表量程为3mA；若使用a和c两个接线柱，电表量程为10mA。由题给条件和数据，可以求出R1= 15 Ω，R2= 35 Ω。

(2) 现用一量程为3mA、内阻为150Ω的标准电流表A对改装电表的3mA档进行校准，校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mA。电池的电动势为1.5V，内阻忽略不计；定值电阻R0有两种规格，阻值分别为300Ω和1000Ω；滑动变阻器R有两种规格，最大阻值分别为750Ω和3000Ω。则R0应选用阻值为 300 Ω的电阻，R应选用最大阻值为 3000 Ω的滑动变阻器。

(3) 若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大，利用图10的电路可以判断出损坏的电阻。图10中的R′为保护电阻，虚线框内未画出的电路即为图9虚线框的电路。则图中的d点应和接线柱c(填“b”或“c”)相连。判断依据是：闭合开关时，若电表指针偏转，则损坏的电阻是R1，若电表指针不动，则损坏的电阻是R2。