电阻是电学内容的一个重要物理量,对一个未知阻值的电阻,我们可以通过不同的实验方法将其大小测量出来,而遇到的考题一般是给定的实验器材,要我们选用不同的方法把电阻测出来。“曹冲称象”的故事大家耳熟能详,“等效替代”的物理思想可以追溯至此。现在同样可用“等效替代”的方法来测量未知待测电阻的阻值。如:
【例题讲解】请尝试利用“曹冲称象”办法解决下面的问题。
探究目的:粗略测量待测电阻Rx的值。
探究器材:待测电阻Rx、一个标准电阻箱(元件符号)、若干开关,一个电池、滑动变阻器、一个电流表和若干导线。
设计实验和进行实验:
(1)在下边的虚线方框内画出你设计的实验电路图。
(2)将下面的实验步骤补充完整,并用字母表示需要测出的物理量:
第一步:开关断开,并按设计的电路图连接电路。
(3)写出Rx的表达式:(用测量量表示)。
分析:本题有两种解题的思路,即一串二并。一串是先将待测电阻和已知阻值的电阻串联在电路中,再接入电流表,读出此时电流表的示数;用电阻箱代替待测电阻接入原来的电路,电路其他部分保持不变,调节电阻箱接入电路的阻值大小,使电流表示数与替换前示数相同,读出此时电阻箱的阻值读数,即为待测电阻值。二并的思路即下面提供的答案:
(1)
(2)第二步:闭合S1,断开S2,读出电流表的示数为I;
第三步:闭合S2,断开S1,保持R0滑片位置不动,调节电阻箱阻值至电流表的示数也为I时,读出电阻箱连入电路的电阻为R。
(3)RX=R。
【提高训练】用如图所示的电路图测量RX的阻值,图中R为电阻箱,电源两端的电压不变。
(1)请你完成该实验的主要步骤有:
A.根据电路图连接电路,电阻箱阻值调到最大;
B.使单刀双掷开关与触点a接触,读出电流表的读数为I;
C.;
D.读出电阻箱的示数R,就是未知电阻的阻值。
(2)该同学操作正确,电阻箱调节好后的示数如图所示,可知待测电阻的阻值RX=Ω。
(3)本实验所采用的物理思想方法可称为_______________(选填“控制变量法”或“等效替代法”)。
答案:(1)使单刀双掷开关与触点b接触,调节电阻箱R的阻值,使电流表的读数仍为I;(2)47;(3)等效替代法。
【拓展迁移】如图所示的电路图也能测出RX的值,说出你的方法。
答案:
(1)闭合S1断开S2,调节滑片至适当位置,读出电压表的示数为U0;
(2)闭合S2断开S1,保持滑片位置不变,调节变阻箱的阻值,使电压表的示数仍为U0,此时读出变阻箱连入电路的阻值为R0;
(3)则RX=R0。
上面提供了三种用“等效替代”法测未知电阻的阻值,或串联或并联,或用电流表或用电压表,但与“伏安”法测电阻相比,也有其不足的一面,即不能多次测量求电阻的平均值来减小实验的误差,但“等效替代”也不失为一种研究物理问题的好思想、好方法。
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