例析初中物理中測電阻的特殊方法

摘" 要：電阻的測量是初中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容，常規(guī)的伏安法測電阻是基礎(chǔ)，而特殊方法測電阻能拓展學(xué)生的思維，培養(yǎng)其創(chuàng)新和解決實(shí)際問題的能力．文章通過對安阻法、雙伏法、等效替代法三種特殊方法進(jìn)行深入探討，結(jié)合具體實(shí)例加以說明，以幫助學(xué)生更好地理解和掌握這些特殊方法，提高物理實(shí)驗(yàn)技能和綜合素養(yǎng)．

關(guān)鍵詞：初中物理；伏安法；電阻

中圖分類號：G632""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）35-0111-03

收稿日期：2024-09-15

作者簡介：劉東東（1983.10—），女，江蘇省揚(yáng)州人，本科，中學(xué)一級教師，從事初中物理教學(xué)研究.

在初中物理電學(xué)部分，電阻的測量是一個重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容．常規(guī)的伏安法測電阻通過測量電阻兩端的電壓和通過電阻的電流，利用歐姆定律計(jì)算電阻值［1］．然而，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)器材的限制或?qū)嶒?yàn)要求的不同，常常需要采用特殊方法來測量電阻．

1" 安阻法

例1" 實(shí)驗(yàn)小組某同學(xué)用圖1所示的電路測量額定電壓為2.5 V的小燈泡的電阻和電功率．

（1）當(dāng)電路連接完畢，合上開關(guān)S，但移動滑動變阻器滑片時(shí)發(fā)現(xiàn)，電流表和電壓表讀數(shù)均不隨滑片位置的改變而改變，下列選項(xiàng)中可能的原因是；

A．小燈泡短路

B．滑動變阻器接線方式錯誤

C．小燈泡斷路

（2）實(shí)驗(yàn)小組某同學(xué)故障排除后再次調(diào)節(jié)滑片P，電流表示數(shù)如圖2時(shí)燈泡恰好正常發(fā)光，那么燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為 Ω（保留小數(shù)點(diǎn)后一位）；該燈泡的額定功率為 W；

（3）在（2）基礎(chǔ)上，向右移動滑片，燈泡電阻；（選填“不變”“變大”或“變小”）

（4）實(shí)驗(yàn)小組某同學(xué)又想測某未知電阻Rx的阻值，設(shè)計(jì)了如圖3所示電路（R0為已知阻值的定值電阻），并設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)步驟，請寫出Rx的表達(dá)式.

A．按照設(shè)計(jì)的電路圖連接電路

B．閉合S1、S2記錄電流表示數(shù)為I1

C．閉合S1斷開S2記錄電流表示數(shù)為I2

D．利用測得數(shù)據(jù)寫出待測電阻Rx的表達(dá)式：Rx=．

解析" （1）當(dāng)電路連接完畢，合上開關(guān)S，但移動滑動變阻器滑片時(shí)發(fā)現(xiàn)，電流表和電壓表均有不隨滑片位置而改變的示數(shù)，說明電路為通路，且燈泡不存在短路的情況.因?yàn)闊襞荻搪罚妷罕硐喈?dāng)于測量一段導(dǎo)線兩端的電壓，則示數(shù)為零，此時(shí)電流表與電壓表示數(shù)都不改變，說明電路中總電阻不變，原因可能是滑動變阻器的滑片沒有接進(jìn)電路，故選B．

（2）圖2中電流表連接的是小量程，分度值為0.02 A，示數(shù)為0.3 A，燈泡的電阻為RL=ULIL=2.5 V0.3 A=8.3 Ω．燈泡的額定功率PL=ULIL=2.5 V×0.3 A=0.75 W．

（3）向右移動滑片，滑動變阻器連入電路的阻值減小，由I=UR可知，電路中電流變大，燈絲的溫度升高，所以燈泡電阻變大．

（4）閉合S1、S2，Rx被短路，記錄電流表示數(shù)為I1，故電源電壓為U=I1R0，閉合S1斷開S2記錄電流表示數(shù)為I2，則此時(shí)定值電阻兩端的分壓為U0′=I2R0，Rx的阻值為Rx=UxI2=U-U0′I2=I1R0-I2R0I2=I1-I2R0I2．

點(diǎn)評" 安阻法測量電阻時(shí)，需要利用電流表和已知阻值的電阻，通過測量電流值，運(yùn)用歐姆定律計(jì)算出電壓，從而求得待測電阻.在計(jì)算的過程中，應(yīng)把握電源電壓和定值電阻的阻值這兩個物理量不變．

2" 雙伏法

例2" 物理實(shí)驗(yàn)興趣小組準(zhǔn)備測量電阻Rx的阻值，提供的實(shí)驗(yàn)器材有：兩節(jié)新干電池、電壓表、滑動變阻器、待測電阻Rx（約8 Ω）、電流表、開關(guān)，導(dǎo)線若干，根據(jù)以上器材連成如圖4所示的電路．

（1）物理實(shí)驗(yàn)興趣小組將實(shí)驗(yàn)器材正確連接后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中某次電流表示數(shù)如圖5所示，電壓表示數(shù)如圖6所示，電壓表讀數(shù)為 V，被測電阻Rx= Ω；

（2）物理實(shí)驗(yàn)興趣小組在做實(shí)驗(yàn)的過程中不小心將電流表燒壞，其他元件完好．他用已有的器材，又添加一只標(biāo)有“2.5 V 0.75 W”的燈泡、一塊電壓表和一節(jié)新干電池，設(shè)計(jì)了如圖7所示電路圖．小明進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，請補(bǔ)充完整.

①連接好電路，將滑動變阻器的滑片移到（選填“a”或“b”）處；

②閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑片，使燈泡兩端電壓為 V；

③再讀出Rx兩端的電壓為U′；

④若實(shí)驗(yàn)操作正確，則待測電阻Rx=．（用U′表示）

解析" （1）電壓表選擇小量程并聯(lián)在待測電阻的兩端，其分度值為0.1 V，示數(shù)為2.4 V．電流表的分度值為0.02 A，示數(shù)為0.30 A，即為通過待測電阻的電流，根據(jù)歐姆定律可得，被測電阻的阻值為Rx1=2.4 V0.30 A=8 Ω．

（2）①滑動變阻器在這個電路中的作用是保護(hù)電路，連好電路后，應(yīng)該將滑片移至b處（阻值最大處）.

②合上開關(guān)S，移動滑片P的位置，讓燈泡兩端電壓達(dá)到2.5 V，這時(shí)燈泡正常發(fā)光．

④圖4中，燈泡與待測電阻串聯(lián)，電流處處相等，根據(jù)歐姆定律可得，此時(shí)電路電流為I′=IL=PLUL=0.75 W2.5 V=0.3 A，則待測電阻為Rx=U′I′=U′0.3 A．

點(diǎn)評" 兩用電器串聯(lián)時(shí)，通過它們的電流相同，若對兩用電器兩端分別并聯(lián)兩個電壓表，可讀出其電壓值，根據(jù)電流相等列方程可求出未知電阻［2］．

3" 等效替代法

例3" 在測量未知阻值Rx的實(shí)驗(yàn)中．小明設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)電路并進(jìn)行連接，如圖8所示．

（1）如圖8所示是小明連接的電路，這個電路中，有一根導(dǎo)線連接錯誤，請?jiān)谶B接錯誤的導(dǎo)線處打“×”．并在原圖上用鉛筆畫上正確的連線；

（2）糾正后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將滑片P移到最（選填“左”或“右”）端；

（3）實(shí)驗(yàn)前先通過試觸，但試觸時(shí)電流表指針并未偏轉(zhuǎn)，移動滑片P，電壓表示數(shù)一直接近電源電壓，可能的原因是；

（4）排除故障后，合上開關(guān)S，將滑片P移至某一位置后，電流表示數(shù)如圖9，則I= A，電壓表示數(shù)為2.4 V，待測電阻Rx= Ω．通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，測得多組Rx的電壓和電流值，最后算出Rx阻值的平均值，這樣做的目的是；

（5）完成實(shí)驗(yàn)后，小組又設(shè)計(jì)出一種測量未知電阻Rx的方法，如圖10所示的電路，電源電壓恒定但未知，電阻箱（最大阻值為R0）．請幫助實(shí)驗(yàn)小組將下面的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整．

①將開關(guān)S撥至1，調(diào)節(jié)滑片P至某一位置，并記下電壓表的示數(shù)U1；

②再將開關(guān)S撥至2，，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓表的示數(shù)仍為U1；

③記下電阻箱的示數(shù)R′，則未知電阻Rx的測量值為．

解析" 第（1）（2）（3）問答案略.

（4）合上開關(guān)S，并將滑片P移至某一位置后，電壓表的示數(shù)為2.4 V，電流表的示數(shù)如圖9所示，選用小量程，分度值為0.02 A，示數(shù)為0.24 A，則待測電阻阻值為Rx=UI=2.4 V0.24 A=10 Ω．本實(shí)驗(yàn)屬于測量類實(shí)驗(yàn)，測得多組Rx的電壓和電流值，最后算出Rx阻值的平均值，這樣做的目的是通過求平均值減小誤差．

（5）①將開關(guān)S撥至1，調(diào)節(jié)滑片P至某位置，記下電壓表的示數(shù)U1，此時(shí)Rx和變阻器串聯(lián)，電壓表測變阻器電壓；②再將開關(guān)S撥至2，保持滑片位置不動，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使電壓表示數(shù)也為U1，此時(shí)電阻箱和變阻器串聯(lián)，電壓表測變阻器電壓；③記下此時(shí)電阻箱的示數(shù)R′，根據(jù)等效替代法可知未知電阻Rx=R′.

點(diǎn)評" 在電路中，用一個已知電阻替代待測電阻，使電路的狀態(tài)保持不變，此時(shí)已知電阻的值就等于待測電阻的值.

4" 結(jié)束語

初中物理中特殊方法測電阻是對學(xué)生電學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)技能的綜合考查，通過例析等效替代法、安阻法、伏阻法，學(xué)生能夠更深入地理解電阻測量的原理和方法，提高解決實(shí)際問題的能力．

參考文獻(xiàn)：［1］

王小艷.初中物理測電阻的特殊方法芻議［J］.理科考試研究，2017，24（10）：34-36.

［2］ 王樂.初中物理特殊方法測電阻初探［J］.數(shù)理天地（初中版），2024（4）：14-15.

［責(zé)任編輯：李" 璟］