重庆市垫江县第一职业中学校严发万周万平
测电阻是初中阶段物理实验的一个重要内容,测量电阻实验,能够检验学生对基本电学仪器的使用,对电学基本规律的掌握,还能够培养学生的发散思维能力和创新意识,不少学生往往因所给器材不同而感到束手无策,在处理该类问题时,应先根据所给材料结合欧姆定律及串并联电路的电压、电阻及电流特点,来确定所要测量的辅助物理量而后进行求解,问题便能顺利解决。
例题有一个电池组、一个电压表、一个电流表、一个滑动变阻器、一个开关和几根导线,你如何测出一个待测电阻Rx的阻值?
解析①按图1所示电路图连接好实验电路。
②闭合开关,三次改变滑动变阻器的阻值,并分别读出两表的示数。
③算出三次R的值,求平均值Rx=(R1+R2+R3)/3
说明这种方法的优点为可多次测量求平均值,以减小测量误差。缺点是因为电压表的分流作用,测量结果偏小。
拓展要测量待测电阻Rx的阻值(其阻值约几百欧),实验室能提供的器材有:干电池两节,电流表、电压表、滑动变阻器(“0~100欧”)、开关各一只,导线若干。
(1)某学生设计的实验电路如图1所示,并要用此电路测量待测电阻Rx的阻值,你认为这个方法是否可行?简述你的观点。
(2)如果上述方法可行,画出电路图,并写出主要实验步骤和Rx表达式。如果上述方法不可行,请你利用题中已有的器材设计出一种可行的实验方案,画出电路图,并写出主要实验步骤和Rx表达式。
分析伏安法是测量未知电阻的基本方法,用电流表测出通过电阻的电流I,用电压表测出电阻两端的电压U,再利用欧姆定律“R=U/I”就可以计算出被测电阻的阻值。
从图1看出,这就是伏安法测量电阻的典型电路图,你认为它能测量待测电阻Rx的阻值,好像为时过早。因为题目告诉我们电阻Rx的阻值约几百欧,而电源电压最大只有3V。你可以估算一下电路中的电流,也就是零点零几安,与图中电流表的最小分度值大致相当。换句话说,用电流表是无法准确测出电路中的电流的。所以无法用这种方法测量电阻的阻值。
那么,如何利用题中已有的器材测量出待测电阻Rx呢?只有在实验原理上想办法。既然电流表无法正常使用,那么用电压表和滑动变阻器能否测出待测电阻Rx?当然能。方法是让滑动变阻器的阻值一次为零,一次最大(100),分别记下电压表的读数,再利用串联电路中的规律即可计算出待测电阻Rx的阻值。这样看来,利用图1也能测出待测电阻Rx,只是不用关注电流表了。所以题目第(1)问回答“可行”、“不可行”都对,关键是理由不同。
答案方案一:(1)不可行。因为按此电路用“伏安法”测量未知电阻时,电路中的电流太小,电流表无法准确测出电路中的电流。
(2)按图2连接好电路,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,记下电压表的示数U1;再把滑片移到阻值为零处,记下电压表的示数U2(即电源电压)。
根据
方案二:(1)可行。按此图实验时,可以不用管电流表的示数,通过电压表和滑动变阻器就能测出待测电阻Rx。
(2)按图3连接好电路,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处,记下电压表的示数U1;再把滑片移到阻值为零处,记下电压表的示数U2(即电源电压)。
根据