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儿童物理小制作小实验 测量电阻的方法

小实验 / 2015-06-13 / 花香调 / 1444℃

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。

【问题】同学们要测量电阻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(“100W、2A”)、开关各一只、导线若干。

(1)某同学设计实验电路如图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R=U/I就可以计算出电阻的阻值。从图1看出,这就是“伏安法”测量电阻的典型电路图。不过,你要认为它能测量待测电阻Rx的阻值,好像还为时过早。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Rx?当然能。方法是让滑动变阻器的阻值一次为零,一次最大(100W),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Rx的阻值。这样看来,利用图1也能测出Rx,只是不用关心电流表了。所以题目第一问回答“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,可以不用管电流表示数,通过电压表和滑动变阻器就能测出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

【反思】题目考查在具体情景下电阻的测量。给我们的启发是,实际的事物是复杂的,理论上可行的,实际中受各种条件的制约,可能不一定行的通。所谓“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”就是这个道理。、

链接:测量电阻值的其它方法

若给你以下实验器材:电源(电压未知且不变)一个、开关一个、导线若干、未知电阻一个,请自己选择添加实验器材,设计一测未知电阻的实验,要求:说明实验原理,画出电路图,简要写出实验过程并及未知电阻的数学表达式。

【方案一】

添加器材:电压表两只、定值电阻(已知阻值R0)一只。

实验原理:串联电路电流处处相等。

实验过程:按图4所示电路图连接电路,电压表选择合适量程,闭合开关后分别读出两表的示数分别是U1、U2。

表达式:由于在串联电路中各处的电流相等。所以有:

【方案二】

添加器材:电流表两只、定值电阻(已知阻值R0)一只。

实验原理:并联电路各支路两端的电压相等。

实验过程:按图5所示电路图连接电路,电流表选择合适量程,闭合开关后分别读出两表的示数分别是I1、I2。

表达式:由于在并联电路中各支路两端的电压相等,所以有:,则:

【方案三】

添加器材:电压表一只、定值电阻(已知阻值R0)一只。

实验原理:串联电路中电流处处相等。

实验过程:按图6所示电路图连接电路,电压表选择合适量程,读出开关闭合前后电压表的示数分别是U1、U2。

表达式:开关闭合前R0与Rx组成串联电路,电压表测的U1是Rx两端的电压;开关闭合后R0被短路,电压表测的U2是Rx的电压也是电源电压。在串联电路中,由于流过R0与Rx的电流相等,即:。所以:

【方案四】

添加器材:电流表一只、定值电阻(已知阻值R0)一只。

实验原理:电源电压相等

实验过程:按图7所示电路图连接电路,电流表选择合适量程,读出开关闭合前后电流表的示数分别是I1与I2。

表达式:开关闭合前R0与Rx组成串联电路,电流表测的I1为串联电路的电流;开关闭合后,电路中只有Rx,电流表测的I2为Rx的电流,由于开关闭合前后电源电压不变,所以:,解得:

以上四种设计方案,从不同的角度结合串、并联电路的特点及欧姆定律等知识点解决了同一个问题,此题的设计方案还有很多,限于篇幅在此就不一一列举。当然,一题多解的目的不是在于“多”,而是启迪思维、开拓思路、培养发散思维能力,从而让学生学会融会贯通的运用知识分析问题、解决问题。


选自:《初中物理自制教具》
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