定值电阻在电路设计中的作用

1、定值电阻在电路设计中的作用电学实验一向是高考中的热点和难点，这部分知识学生最怕的是电路设计，尤其是定值电阻的应用教材中很少涉及，教师在教学中容易忽视这部分内容，但考查学生的电路设计实验中又往往出现定值电阻，学生倍感困惑，不知道怎么用它；我在高三的电学实验教学中屡屡被学生问及相关问题，所以引导学生研究“定值电阻在电路设计中的作用”专题，总结出以下一些规律：一、 定值电阻用于电表的改装，扩大电表的量程常见的有三类：将电流表改装为电压表，利用了串联电阻分压性质；扩大电流表的量程，利用了并联电阻分流的性质扩大电压表的量程，利用了串联电阻分压性质。例1为了测定一节干电池的电动势和内阻，在实验中备有下列器

2、材：干电池（电动势约为1.5v，内电阻小于1.0）电流表g（满偏电流1.5ma，内阻）电流表a（00.6a,内阻0.1） 滑动变阻器（020，10a）滑动变阻器（0100，1a） 定值电阻 开关，导线若干请画出你利用本题所提供的器材而设计的实验电路图（实验数据要求尽量准确）分析：题设电流表a可测外电路的电流；将电流表g与定值电阻串联正好改装为01.5v的电压表，测外电压；多测出几组i、u的数据，用图像法来处理数据，求出e、r的值。 思考1：现要测量一电动势约为4.5v，内阻约为5.0的电源的电动势和内阻，在实验中备有下列器材电压表（06v）、电流表（0200 ma、内阻ra=5）、滑动变阻器r

3、（最大阻值约10）、定值电阻(r0=2)一个、导线若干。请画出你利用本题所提供的器材而设计的实验电路图 提示：若直接把电流表串联进电路中，电路中的最小电流为,即电流表的量程偏小，应将定值电阻与电流表并联，这样电流表的量程扩大为700ma即可。二、 定值电阻用于保护电路例2.现有一特殊的电池，其电动势e约为9v，内阻r在3555范围，最大允许电流为50ma。为测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲的电路实行实验。图中电压表的内电阻很大，对电路的影响能够不计；r为电阻箱，阻值范围为09999；r0是定值电阻。实验室备有的定值电阻r0有以下几种规格：a10，2.5w b50，1.0w c150

4、，1.0w d1500，5.0w 本实验应选用 ，其作用是 。分析：开关闭合后，电路中电阻的最小值 , 而 r在3555，故选择r0=150较为合适，据题设c选项可计算出定值电阻r0的额定电流,显然i大于50ma,故选择c项，其作用是保护电路 。思考2：从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表a1的内阻r1，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。器材(代号)规格电流表(a1)量程10ma,内阻r1,待测(约40)电流表(a2)量程500a,内阻r2=750)电压表(v)量程10v,内阻r3=10k电阻(r1)阻值约100,作保护电阻用滑动变阻器(r2)总阻值约50电池

5、(e)电动势1.5v,内阻很小开关(s) 导线若干 (1)画出电路图，标明所用器材的代号。(2)若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为_式中各符号的意义是_。分析：该电路需保护两电流表的安全，保护电阻的位置有以上两种方案，如图1、2所示，通过估算可知保护电阻在干路的保护水平比在支路的保护水平略强，但相差极小，这两种方案都能够。三、 定值电阻用来增大待测量，减少实验误差。例3在“测电源电动势和内阻”的实验中，实验室提供了下列器材：电压表v1（03v），电压表v2(015v)；电流表a1(00.6a)，电流表a2(03a)；滑动变阻器r1(010，2a)，滑动变阻器r2(0100，0.5

6、a)，阻值为1的标准定值电阻r0，开关1只，足量导线。已知待测电源为电动势约2v，内阻约0.1的蓄电池，为了使测量出的电动势和内阻都尽可能准确，实验时电压表应选 ，电流表应选 ，滑动变阻器应选 ，在虚线框中画出本实验的电路图，并简要说明你的理由。解析：由待测电源电动势和内阻的大约值，从读数要求出发，不难确定电压表应选v1，电流表应选a1来测量。因为滑动变阻器r2允许通过的最大电流为0.5a，从安全角度考虑，滑动变阻器应选用r1。主要实验器材选定后，再考虑到中学实验室中的电流表的内阻ra均不能忽略，且很难达到rar，故由于电流表的分压作用带来的系统误差较大，在无特殊说明情况下，一般均采用电流表内

7、接，实验电路原理图如图1所示。要重点讨论的是电路中为什么要接入定值小电阻r0。a1v1r1r0sr图1为了说明问题，先假定电源的电动势就是2v，内阻就是0.1，不考虑电流表内阻的分压影响。下面通过列表来说明接入r0前后对测量值准确度的影响。(1)不接r0时：r1分别取值为表1中的10、9、8、7、6、5、4、3，由全电路欧姆定律i=算得电流表、电压表的读数分别为表1中的i1、u1对应数值。表 1次数物理量12345678r1/109876543/a0.1980.2200.2470.2820.3280.3920.4880.645/v1.9801.9781.9761.9741.9681.9601.

8、9521.935(2)接入r0时：r1取值同上。根据全电路欧姆定律i=算得电路中电流表、电压表读数分别为表2中，对应数值表 2次数物理量12345678r1/109876543/a0.1800.1980.2200.2470.2820.3820.3920.488/v1.8001.7821.7601.7301.6901.6401.5681.464从表1、表2中所得数据看，除了在不接r0时r1不能取3的值外(电流值超过了电流表最大量程)，电流表读数范围拉开的幅度较大，符合实验读数要求。但是表1中的电压表读数范围只能在1.980v1.935v之间的0.045v内读取，每次实验，电压表读数变化很小，很难

9、读准，也不符合在满刻度的范围之间读数的准则，从而直接影响电动势和内阻的准确测量。而表2中的电压表读数范围在1.8001.464v之间0.336v内读取。显而易见，接入小电阻r0后，电压表的读数对测量路端电压要准确得多。因而测量电源电动势和内阻的误差也小得多。换个角度考虑，等效于将r0与内阻串联起来构成新内阻，增大了待测量，减少了实验误差。四、 定值电阻和电表配合，方便测出未知物理量：定值电阻配合电流表能起到电压表测电压的作用； 定值电阻配合电压表能起到电流表测电流的作用；例4用以下器材测量待测电阻rx的阻值待测电阻rx,阻值约为100电源e，电动势约为6.0v,内阻可忽略不计；电流表a1，量程

10、为050ma，内电阻r1=20;电流表a2，量程为0300ma，内电阻r2约为4;定值电阻r0，阻值r0=20；滑动变阻器r，最大阻值为10；单刀单掷开关s，导线若干； 测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的，试画出测量电阻rx的一各实验电路原理图（原理图中的元件用题干中相应的英文字母标注）。若某次测量中电流表a1的示数为i1，电流表a2的示数为i2。则由已知量和测量量计算rx的表达式为rx_ 分析：审题时注意到电流表a1的量程只有电流表a2的量程的，且电流表a1的内阻为一定值，可考虑将电流表a1放在支路上，将电流表a2放在干路上，有以下一些组合：可以取rx阻值为100，并根据r0=20、r1=20进行电流估算，其中图3合理，可使电流表a2达满偏，电流表a1的读数达其量程的以上。故答案如下：（若r作限流电阻亦可）思考3：测量一电压表的内阻，给定的器材有：a、待测电压表(量程2v，内阻约4k)；b、电流表量程1.2