一、作為電路的保護電阻
定值電阻可以作為保護電阻,串聯(lián)電阻具有分壓作用,并聯(lián)電阻具有分流作用。利用定值電阻的這種作用,可以用來(lái)保護電表待測元件、電源、滑動(dòng)變阻器等器材的使用安全,遵循的是電學(xué)實(shí)驗中的安全性原則。
①保護電表的安全
②保護電源的安全
例題:從下列器材中選出適當的實(shí)驗器材,設計一個(gè)電路來(lái)測量電流表A?的內阻r?,要求方法簡(jiǎn)捷,有盡可能高的精確度,并能測量多組數據.
電流表A?,量程10mA,內阻待測(約40Ω)
電流表A?,量程500μA,內阻r?=750Ω
電壓表V,量程10V,內阻r?=10kΩ
電阻R?,阻值約為100Ω
滑動(dòng)變阻器R?,總阻值約50Ω
電源E,電動(dòng)勢1.5V,內阻很小
開(kāi)關(guān)S,導線(xiàn)若干
(1)畫(huà)出實(shí)驗電路圖,標明所用器材的代號.
(2)若選取測量中的一組數據來(lái)計算r?,則所用的表達式r?=___,式中各符號的意義是___.
【解析】
R?起著(zhù)保護電表的作用
例題:
【解析】R?起著(zhù)保護電路和電源的作用
二、增大待測量,減小實(shí)驗誤差
擴大測量(U、I)的范圍,如測電源的電動(dòng)勢和內阻時(shí),由于電源內阻很小,可直接和電源串聯(lián)一個(gè)幾歐的電阻使電表的讀數范圍擴大,減小測量誤差,同時(shí)起到保護電源和電表的作用。
例題:為了測量一電動(dòng)勢約為2V,內阻約為0.1Ω蓄電池的電動(dòng)勢和內阻。實(shí)驗室提供了下列器材:
A.電壓表(0~15V,內阻約為30kΩ)
B.電流表A?(0~0.6A,內阻r?約為2Ω)
C.電流表A?(0~20mA,內阻r?=10Ω)
D.滑動(dòng)變阻器R?(0~10Ω,2A)
E.滑動(dòng)變阻器R?(0~100Ω,0.5A)
F.阻值為1Ω的標準定值電阻R?
G.定值電阻R=90Ω
H.開(kāi)關(guān)1只,足量導線(xiàn)
(1)為了使電動(dòng)勢和內阻的測量盡可能準確,實(shí)驗時(shí)滑動(dòng)變阻器應選___(填寫(xiě)器材的字母代號)
(2)在虛線(xiàn)框中畫(huà)出實(shí)驗原理電路圖。(在圖上標出所用器材的字母符號)
(3)根據實(shí)驗中測得數據作出的I?-I?圖象如圖所示,由此可得:電源電動(dòng)勢E=___V,電源的內阻r=___Ω.
【解析】先考慮電表改裝問(wèn)題,由于所給的電壓表的量程遠大于電源電動(dòng)勢,如果把該電表接入電路會(huì )造成很大誤差,可以把電流表A?和電阻R?串聯(lián)后得到一個(gè)電壓表,得到新電壓表的量程是2V,由于電源內阻很小,為了保護電源和測量結果準確,可以在電源上串聯(lián)一個(gè)電阻R?得到一個(gè)新電源,新電源的電動(dòng)勢不變,內電阻是電源內阻和電阻R?的串聯(lián)值。
例題:
三、用來(lái)擴大電表的量程
實(shí)驗提供的器材中某種電表量程不合適,則需要改裝電表或擴程電表,需要用到定值電阻(或電阻箱)。
例題:在測定一節干電池的電動(dòng)勢和內阻的實(shí)驗中,備有下列器材:
A.電流表G(量程3 mA,內阻Rg=10 Ω)
B.電流表A(量程0~0.6 A,內阻約為0.1 Ω)
C.電壓表V(量程0~15 V,內阻約為3 000 Ω)
D.滑動(dòng)變阻器R?(0~20 Ω,10 A)
E.滑動(dòng)變阻器R?(0~1 750 Ω,1 A)
F.定值電阻R?=990 Ω
G.被測干電池E(電動(dòng)勢約為1.5 V,內阻小于1 Ω)
H.開(kāi)關(guān)、導線(xiàn)若干
(1)請在下面方框內畫(huà)出實(shí)驗電路圖(用所給器材符號表示).
(2)將測得的數據描繪在如圖所示的坐標系中,則圖象的縱坐標表示的物理量為 ,單位為_(kāi)____;被測電池的電動(dòng)勢E=________V,內阻r=________Ω(小數點(diǎn)后保留兩位數字).
四、定值電阻作為電表
1.定值電阻當作電壓表
例題:某物理興趣小組要精確測量一只電流表G(量程為1 mA,內阻約為100 Ω)的內阻,實(shí)驗室中可供選擇的器材有:
電流表A1:量程為3 mA,內阻約為200 Ω;
電流表A2:量程為0.6 A,內阻約為0.1 Ω;
定值電阻R1:阻值為10 Ω;
定值電阻R2:阻值為60 Ω;
滑動(dòng)變阻器R3:最大電阻20 Ω,額定電流1.5 A;
直流電源:電動(dòng)勢1.5 V,內阻0.5 Ω;
開(kāi)關(guān),導線(xiàn)若干。
(1)為了精確測量電流表G的內阻,你認為該小組同學(xué)應選擇的電流表為 ,定值電阻為 。(填寫(xiě)器材的符號)
(2)畫(huà)出你設計的實(shí)驗電路圖。
(3)按照你設計的電路進(jìn)行實(shí)驗,測得電流表A的示數為I1,電流表G的示數為I2,則電流表G的內阻的表達式為r?= ___。
【解析】要測得電流表內阻,需要知道電流表兩端電壓。而儀器中并沒(méi)有現成電壓表,所提供的電流表內阻不確定,也不能充當電壓表。這種情況下,可考慮用定值電阻充當電壓表。
2.定值電阻當作電流表
實(shí)驗中需要知道電流,但實(shí)驗儀器沒(méi)有提供電流表或提供的電流表量程不合適,也無(wú)法通過(guò)電表改裝或電表擴程得到符合題意的電流表,這種情況下,可考慮用定值電阻充當電流表。
例題:用以下器材測量電壓表V1的內阻R1(量程為 1.5 V,內阻1 400~1 600 Ω):
電源E,電動(dòng)勢約為3 V,內阻可忽略;
電壓表V2,量程為3 V;
電阻R0=1 200 Ω;
滑動(dòng)變阻器R,最大阻值約為20 Ω;
單刀單擲開(kāi)關(guān)K,導線(xiàn)若干。
(1)請在方框中畫(huà)出實(shí)驗電路原理圖(圖中的元件必須要用題中相應的字母標注)
(2)請根據電路圖,連線(xiàn)實(shí)物圖。
(3)若電壓表V1的讀數用U1表示,電壓表V2的讀數用U2表示,則由已知量和測得量表示R1的表達式為R1=________。