测量定值电阻的电阻值是初中物理电学中的一个基本实验,也是一个很重要的实验。教材中设计的实验方案用的是一个电压表和一个电流表,加上一个滑动变阻器。这种方法就是我们经常用到的伏安法。其基本原理和实验步骤不再赘述。我给同学们介绍的是其它四种特殊方法:
方法一:给你电池组,已知阻值的定值电阻R1,待测未知电阻Rx,电流表和单刀双掷开关各一个,导线若干.用以上器材测出Rx的最佳电路和方法是什么?
1.实验电路图如1所示:
2.实验方法是将S拨到①的位置读出示数为I1;将S拨到②的位置读出示数为I2;根据电压为电源电压,两次都相同.即:
;
∴
方法二:将上面的题中电流表换成电压表,再测电阻Rx的值.
1.实验电路图如图2所示:
2.实验方法是将上拨到①的位置,可测出R1上的电压U1;将S拨到②的位置,可测出Rx和R1的总电压U。根据电流相同,
∵ I1=, I=; ∴
∴RX=.
方法三:将方法二中的单刀双掷开关换成一个单刀单掷开关,再将定值电阻R1换成一个滑动变阻器,滑动变阻器的规格已知,用R′表示,再测Rx的阻值。
1.实验电路图如图3所示。
2.实验方法是将滑片P滑到a点时可测出Rx上的电压U1;将滑片P滑到b点时可测出Rx和R′上的电压U2.根据Rx和R′串联,
;
∴
可解得
方法四:将方法三中的电压表换成电流表,再测Rx的值。
2.实验方法是闭合S,将滑片P滑到a点,可测Rx的电流I1;再滑到b端测Rx和R′的电流I2。又由于电源电压是固定不变的。所以,U=I1Rx;
以上几种方法,中考试题也常常出现,请大家认真对待。
下面列举几个实例帮助同学们分析一下:
【例题1】小明想利用以下提供的器材测量两只小灯泡的电功率(小灯泡的额定电压分别为2.5V、3.8V,阻值均约为10Ω)。所提供的器材分别有:电流表、电压表、单刀双掷开关和电源(电压约为6V)各一个,滑动变阻器(“10Ω 2A”、“50Ω 1A”)两个,导线若干条。
单刀双掷开关的符号是,当刀扳到上边时,a、b两接线柱连通;
刀扳到下边时,a、c两接线柱连通。
(1)请按下面的要求在虚线框内画出实验电路图。(要求:①设计一个电路,只能通过开关改变电路的连接,完成两只小灯泡电功率的测量;②用一个滑动变阻器。)
(2)请你帮助小明在下面画出记录一只小灯泡实验数据的表格。
(3)小明按符合设计要求的电路图正确连接电路后,将单刀分别掷于b、c两点时,发现其中一个小灯泡发光过亮,不能进行实验。为了完成实验,他应该:。
(4)小明改正错误后进行实验,依据实验记录的数据,画出了通过额定电压为2.5V小灯泡的电流随其两端电压变化关系曲线,如图5所示。则这只小灯泡的额定功率是W。
(5)由图5可知,通过小灯泡的电流与它两端的电压不成正比,其原因是:
。
【参考答案】
(1)电路图如图6所示。
(2)表格设计如下:
测量次数 | 电压U/V | 电流I/A | 电功率P/W |
1 | |||
2 | |||
3 |
(3)换用最大阻值为50Ω的滑动变阻器。
(4)0.625
(5)灯丝的电阻随温度的升高而增大。
【分析】该题突破常规的测量电功率和电阻的方法,要求用单刀双掷开关,这样可以很方便地改变电路的连接方式,同时也要求同学们根据题目的条件选取不同规格的滑动变阻器,可以考查大家利用电学知识解决实际问题的综合能力。
【例题2】小王在参加物理课外兴趣小组活动时,老师提供了如图7所示的电路,电源电压未知但保持不变,R0为阻值已知的定值电阻.要求小王在不拆开电路的情况下,只用一只量程满足实验要求的电流表和若干导线估测未知电阻RX的值。小王感到有些畏难,请你开动脑筋,设计一个实验帮助小王解决这个问题。
(1)你所设计的实验的主要步骤及所要测出的量是:
(2)根据你的实验,得出的RX为_______(用测出量和已知量表示)。
【参考答案】
(1)用导线将电流表与Rx并联,测得电流为I1,用导线将电流表与R0并联,测得电流为I2,
(2)根据欧姆定律和电源电压一定可以推导出RX=R0I1/I2
【分析】按照常规的方法,电流表应该串联在电路中,电压表才能并联在用电器的两端,而此题目却把电流表分别并联在两个电阻上,当它Rx与并联时,有意造成Rx短路,此时只有R0连入电路,所以电压U=I1R0,同理U=I2RX,单表测量电阻,方法很妙!
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