伏安法測電阻創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的歸類剖析

趙生武

(甘肅省永登縣第一中學(xué) 730300)

由歐姆定律可知，當(dāng)用電壓表測待測電阻兩端的電壓，用電流表測通過待測電阻中的電流時(shí)，就能測出待測電阻的阻值，這種方法叫做伏安法.然而，在實(shí)際情景下，可能由于缺少電壓表(或電流表)，也可能由于電壓表(或電流表)的量程與實(shí)驗(yàn)條件不符，需要對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)貏?chuàng)新設(shè)計(jì).現(xiàn)將伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新思路歸類剖析如下：

一、電表的活用

例1 現(xiàn)要測量一待測電阻的阻值，所用器材如下：

標(biāo)準(zhǔn)電流表A1(量程250 mA，內(nèi)阻r1=5Ω)；

電流表A2(量程300 mA，內(nèi)阻r2約為5 Ω)；

待測電阻R1(阻值約為100 Ω)；

滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值10 Ω)；

電源E(電動(dòng)勢約為6V，內(nèi)阻r約為1 Ω)；

單刀單擲開關(guān)，導(dǎo)線若干.

(1)要求方法簡捷，并能測量多組數(shù)據(jù)，畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖，并標(biāo)明每個(gè)器材的代號.(2)實(shí)驗(yàn)中，需要直接測量的物理量是____，

用測得的量表示待測電阻R1的阻值R1=____.

評析已知內(nèi)阻的電流表可以活用為電壓表，已知內(nèi)阻的電壓表可以活用為電流表.

二、電表的改裝

由串、并聯(lián)電路的電流關(guān)系和電壓關(guān)系可知，已知內(nèi)阻的電流表若量程太小(或兩端電壓太小)時(shí)，可以通過并聯(lián)一個(gè)定值電阻改裝為較大量程的電流表，可以通過串聯(lián)一個(gè)定值電阻改裝為較大量程的電壓表.

例2 某待測電阻Rx的阻值約為20Ω，現(xiàn)要測量其阻值，實(shí)驗(yàn)室提供器材如下：

電流表A1(量程150mA，內(nèi)阻r1約為10Ω)

電流表A2(量程20 mA，內(nèi)阻r2=30Ω)

電壓表V(量程15V，內(nèi)阻約為10KΩ)

定值電阻R0=100Ω

滑動(dòng)變阻器R最大阻值為5Ω

電源E，電動(dòng)勢E=4V(內(nèi)阻不計(jì))

開關(guān)S及導(dǎo)線若干：

(1)根據(jù)上述器材完成此實(shí)驗(yàn)，測量時(shí)要求電表讀數(shù)不得小于其量程的三分之一.請你畫出測量Rx的一種實(shí)驗(yàn)原理圖.

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)電流表A1的讀數(shù)為I1，電流表A2的讀數(shù)為I2，用已知和測得的物理量表示Rx=____.

評析已知內(nèi)阻的電流表可以活用為電壓表，若測量電壓過小，需要考慮電表的改裝.若題目中提供的電壓表(或電流表)量程不滿足實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，不能使用.

三、定值電阻的活用

例3 (2018年全國Ⅲ)一課外實(shí)驗(yàn)小組用如圖5所示的電路測量某待測電阻Rx的阻值，圖中R0為標(biāo)準(zhǔn)定值電阻(R0=20.0 Ω)；V可視為理想電壓表.S1為單刀開關(guān)，S2為單刀雙擲開關(guān)，E為電源，R為滑動(dòng)變阻器.采用如下步驟完成實(shí)驗(yàn)：

(1)按照實(shí)驗(yàn)原理線路圖(a)，將圖(b)中實(shí)物連線；

(2)將滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)端置于適當(dāng)位置，閉合S1；

(3)將開關(guān)S2擲于1端，改變滑動(dòng)變阻器動(dòng)端的位置，記下此時(shí)電壓表V的示數(shù)U1；然后將S2擲于2端，記下此時(shí)電壓表V的示數(shù)U2；

(4)待測電阻阻值的表達(dá)式Rx=____(用R0、U1、U2表示)；

(5)重復(fù)步驟(3)，得到如下數(shù)據(jù)：

12345U1/V0.250.300.360.400.44U2/V0.861.031.221.361.49U2U13.443.433.393.403.39

評析已知兩端電壓大小的定值電阻可以活用為電流表.同理，已知通過電流大小的定值電阻可以活用為電壓表.

伏安法測電阻創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是以待測電阻兩端電壓、待測電阻中通過的電流的測量為創(chuàng)新點(diǎn)，以歐姆定律和串、并聯(lián)電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系為創(chuàng)新依據(jù)，具體體現(xiàn)在電表的活用、電表的改裝和定值電阻的活用.