巧用定值电阻解决实验问题

【摘 要】定值电阻是物理电学部分的常见元件，在实验中有着广泛的应用。教学中为使学生充分认识定值电阻的重要作用，提高其分析物理实验的能力，可结合学生所学积极创设相关的实验问题情境，为学生展示定值电阻在实验中的巧用，有助于其以后相关的物理实验操作。

【关键词】定值电阻;物理教学;实验方法

从整体上来看，定值电阻在物理实验中的应用主要体现在以下方面：其一，保护电路，避免实验中烧坏电路以及电学元件;其二，改装电表，更好地满足电表测量要求;其三，充当电表，通过欧姆定律更好地求解某一电学参数;其四，优化电路，进一步提高实验测量结果精度。授课中为使学生亲身体会定值电阻在实验中的巧用，应围绕定值电阻的不同作用，设计相关的实验问题，要求学生思考解答。

1   巧用定值电阻，发挥保护作用

运用如圖1所示的电路测定一节干电池的电动势和内阻，电池的内阻较小，为防止在调节滑动变阻器时造成短路，需要使用定值电阻进行保护[1]。除电池、开关和导线外还可提供如下实验器材：①电流表（量程为0.6A）;②电压表（量程为3V）;③定值电阻（阻值为1Ω，额定功率为5W）;④定值电阻（阻值为10Ω，额定功率为10W）;⑤滑动变阻器（阻值范围为0～10Ω，额定电流为2A）;⑥滑动变阻器（阻值范围为0～100Ω，额定电流为1A）。

（1）要想完成实验，定值电阻 R0 应选择_____，滑动变阻器 R 应选择_____。

（2）若绘制的 U-I 图像和 I 轴交于0.8，和 U 轴交于1.5，则干电池的电动势 E =____，内阻 r =____。

分析：一节干电池的电动势在1.5V左右，而且内阻较小，因此为保护电路而选择的定值电阻 R0 的阻值应和电源内阻 r 接近，即定值电阻选择③，滑动变阻器选择⑤。U-I 图像和 U 轴的交点数值代表干电池的电动势，即 E =1.5V，而其斜率为 R0+r 的和，这样容易得到R0+r=1.5V/0.8A=1.875Ω，则 r =0.875Ω[2]。

2   巧用定值电阻，改装相关电表

测量某电源的电动势和内阻，现提供如下器材：

①待测电源（电动势约1.5V，内阻约2Ω）;②灵敏电流计（量程为200μA，内阻为99Ω）;③电阻箱（阻值范围为0～999.9Ω）;④定值电阻 R1=1Ω ;⑤定值电阻 R2=10Ω ;⑥定值电阻 R3=100Ω;⑦开关、导线若干。要求测量的数据尽可能准确，电阻箱的阻值变化范围在100～900Ω ，误差尽量小[3]。

（1）根据提供的器材画出电路设计图，连接好电路后，改变电阻箱的阻值，记录多组电流计的读数I（以A为单位）和电阻箱的阻值。

（2）针对多组 I、R 值，若使用直线处理数据，用表示纵坐标，则横坐标应为____;若图线的斜率为 k ，纵轴截距为 a ，则该电源的电动势 E =___， r =_____。（用 k、a 及已知量表示）分析：电源的电动势约为1.5V，若要求电阻箱的最小阻值为100Ω，则电路中的最大电流 I==15mA，该值大于灵敏电流表的量程，因此，需要运用定值电阻，对电流计进行改装。为满足实验要求可将电流计的量程扩大100倍，刚好达到20mA。根据电表的改装原理可知需要并联的定值电阻R===1Ω，因此可选择定值电阻R1改装电流计[4]。对应的电路图如图2所示。

图2改装后的电路电阻 R改=0.99Ω ，由闭合电路欧姆定律可知 100I（R+r+0.99）=E ，整理得到=+，因此横坐标为 R ，进而容易得出 E=，r=（-0.99）。

3   巧用定值电阻，充当相关电表

给出这些实验器材：①待测电压表 V（量程为0～2V，内阻约为4kΩ）;②电流表 A（量程为0～1.2mA，内阻约500Ω）;③定值电阻 R1、R2、R3 ，阻值分别为 4000Ω 、10kΩ、15kΩ;④电源 E （电动势约2.4V，不计内阻）;⑤导线以及开关若干。要求测量电压表 V 的内阻大小，且要求电表示数超过其量程的一半。

（1）画出实验电路图。

（2）若电压、电流表读数分别为 U、I ，则电压表电阻 RV =___。

分析：测量电压表内阻，为防止电压表内阻超过最大量程且能测量经过电压表的电流，可使用定值电阻。经检验 R1 的阻值满足电表示数超过量程一般的要求[5]。设计的电路图如图3所示。则由欧姆定律可知 RV =。

4   巧用定值电阻，提高实验精度

为测量一电阻约200Ω定值电阻 Rx 的精确值，提供如下实验器材：①电压表 V（量程为0～5V，内阻约3kΩ）;②电流表 A（量程为0～300mA，内阻 RA=10Ω）;③定值电阻 R1（阻值为20Ω）;④定值电阻 R2（阻值为400Ω）;⑤滑动变阻器 R3（阻值范围为0～5Ω，额定电流为2A）;⑥滑动变阻器 R4（阻值范围为0～1000Ω，额定电流为1A）;⑦电源 E（E=6V，内阻不计）。

（1）若绘制的电路图如图4所示，则定值电阻 R 应选择____，滑动变阻器应选择_____。若某次测量电压表的读数为 U ，电流表的读数为 I ，则 Rx=____ 。

分析：为提高测量精度，电流表读数应达到量程的一半以上，则 Rx 和 R 并联的电阻的阻值应小于=33.3Ω。根据电路并联知识进行计算后可知使用定值电阻 R1 比较合适，为方便调节滑动变阻器的阻值应选择R3。待测电阻两端的电压为URx=U-IRA，电流为 IRx=I-，两式联立得到 Rx=[6]。

物理实验教学中，为深化学生对定值电阻的认识，提高其运用定值电阻解决实验问题的灵活性，教师既要为学生展示定值电阻在不同实验情境中的具体应用，使学生更好地理解相关实验原理，又要组织学生开展相关的实验操作，使学生能学以致用，并在应用的过程中不断发现与弥补不足，夯实学生的基础知识，促进学生提升物理实验能力[7]。

【参考文献】

[1]徐雪芬.构建物理模型，提高思维能力——以“多种方法测量定值电阻”一课为例[J].文理导航（中旬），2020（9）.

[2]王汉雄.定值电阻在电学实验中的用途[J].试题与研究，2019（24）.

[3]张守峰.发现电学定值 巧解串联电路题[J].数理化解题研究，2019（8）.

[4]季培富，孟亚男.定值电阻在电学实验中的使用[J].山西教育（教学），2019（3）.

[5]李生金.巧妙借助定值电阻解决电学实验问题[J].教学考试，2019（4）.

[6]卜琴，张正太.关于“欧姆定律建构、定值电阻测量”的实验设计[J].中学物理，2018（18）.

[7]吴士康.浅谈“一定电压下，电流与电阻的关系”实验中的难点突破技巧[J].中学物理，2016（4）.

【作者简介】

冯松燕（1985～），女，满族，内蒙古锡林郭勒盟人，本科，讲师。研究方向：中职电子电工方向和高中物理方向。