一、作为电路的保护电阻
定值电阻可以作为保护电阻,串联电阻具有分压作用,并联电阻具有分流作用。利用定值电阻的这种作用,可以用来保护电表待测元件、电源、滑动变阻器等器材的使用安全,遵循的是电学实验中的安全性原则。
①保护电表的安全
②保护电源的安全
例题:从下列器材中选出适当的实验器材,设计一个电路来测量电流表A₁的内阻r₁,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并能测量多组数据.
电流表A₁,量程10mA,内阻待测(约40Ω)
电流表A₂,量程500μA,内阻r₂=750Ω
电压表V,量程10V,内阻r₃=10kΩ
电阻R₁,阻值约为100Ω
滑动变阻器R₂,总阻值约50Ω
电源E,电动势1.5V,内阻很小
开关S,导线若干
(1)画出实验电路图,标明所用器材的代号.
(2)若选取测量中的一组数据来计算r₁,则所用的表达式r₁=___,式中各符号的意义是___.
【解析】
R₁起着保护电表的作用
例题:
【解析】R₀起着保护电路和电源的作用
二、增大待测量,减小实验误差
扩大测量(U、I)的范围,如测电源的电动势和内阻时,由于电源内阻很小,可直接和电源串联一个几欧的电阻使电表的读数范围扩大,减小测量误差,同时起到保护电源和电表的作用。
例题:为了测量一电动势约为2V,内阻约为0.1Ω蓄电池的电动势和内阻。实验室提供了下列器材:
A.电压表(0~15V,内阻约为30kΩ)
B.电流表A₁(0~0.6A,内阻r₁约为2Ω)
C.电流表A₂(0~20mA,内阻r₂=10Ω)
D.滑动变阻器R₁(0~10Ω,2A)
E.滑动变阻器R₂(0~100Ω,0.5A)
F.阻值为1Ω的标准定值电阻R₀
G.定值电阻R=90Ω
H.开关1只,足量导线
(1)为了使电动势和内阻的测量尽可能准确,实验时滑动变阻器应选___(填写器材的字母代号)
(2)在虚线框中画出实验原理电路图。(在图上标出所用器材的字母符号)
(3)根据实验中测得数据作出的I₂-I₁图象如图所示,由此可得:电源电动势E=___V,电源的内阻r=___Ω.
【解析】先考虑电表改装问题,由于所给的电压表的量程远大于电源电动势,如果把该电表接入电路会造成很大误差,可以把电流表A₂和电阻R₀串联后得到一个电压表,得到新电压表的量程是2V,由于电源内阻很小,为了保护电源和测量结果准确,可以在电源上串联一个电阻R₀得到一个新电源,新电源的电动势不变,内电阻是电源内阻和电阻R₀的串联值。
例题:
三、用来扩大电表的量程
实验提供的器材中某种电表量程不合适,则需要改装电表或扩程电表,需要用到定值电阻(或电阻箱)。
例题:在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中,备有下列器材:
A.电流表G(量程3 mA,内阻Rg=10 Ω)
B.电流表A(量程0~0.6 A,内阻约为0.1 Ω)
C.电压表V(量程0~15 V,内阻约为3 000 Ω)
D.滑动变阻器R₁(0~20 Ω,10 A)
E.滑动变阻器R₂(0~1 750 Ω,1 A)
F.定值电阻R₃=990 Ω
G.被测干电池E(电动势约为1.5 V,内阻小于1 Ω)
H.开关、导线若干
(1)请在下面方框内画出实验电路图(用所给器材符号表示).
(2)将测得的数据描绘在如图所示的坐标系中,则图象的纵坐标表示的物理量为 ,单位为_____;被测电池的电动势E=________V,内阻r=________Ω(小数点后保留两位数字).
四、定值电阻作为电表
1.定值电阻当作电压表
例题:某物理兴趣小组要精确测量一只电流表G(量程为1 mA,内阻约为100 Ω)的内阻,实验室中可供选择的器材有:
电流表A1:量程为3 mA,内阻约为200 Ω;
电流表A2:量程为0.6 A,内阻约为0.1 Ω;
定值电阻R1:阻值为10 Ω;
定值电阻R2:阻值为60 Ω;
滑动变阻器R3:最大电阻20 Ω,额定电流1.5 A;
直流电源:电动势1.5 V,内阻0.5 Ω;
开关,导线若干。
(1)为了精确测量电流表G的内阻,你认为该小组同学应选择的电流表为 ,定值电阻为 。(填写器材的符号)
(2)画出你设计的实验电路图。
(3)按照你设计的电路进行实验,测得电流表A的示数为I1,电流表G的示数为I2,则电流表G的内阻的表达式为rɢ= ___。
【解析】要测得电流表内阻,需要知道电流表两端电压。而仪器中并没有现成电压表,所提供的电流表内阻不确定,也不能充当电压表。这种情况下,可考虑用定值电阻充当电压表。
2.定值电阻当作电流表
实验中需要知道电流,但实验仪器没有提供电流表或提供的电流表量程不合适,也无法通过电表改装或电表扩程得到符合题意的电流表,这种情况下,可考虑用定值电阻充当电流表。
例题:用以下器材测量电压表V1的内阻R1(量程为 1.5 V,内阻1 400~1 600 Ω):
电源E,电动势约为3 V,内阻可忽略;
电压表V2,量程为3 V;
电阻R0=1 200 Ω;
滑动变阻器R,最大阻值约为20 Ω;
单刀单掷开关K,导线若干。
(1)请在方框中画出实验电路原理图(图中的元件必须要用题中相应的字母标注)
(2)请根据电路图,连线实物图。
(3)若电压表V1的读数用U1表示,电压表V2的读数用U2表示,则由已知量和测得量表示R1的表达式为R1=________。