可采用限流接法,电路如图6所示。
图6
总结:(1)通常情况下(满足安全条件),由于限流电路能耗较小,电路结构简单,因此应优先考虑。
(2)在下列情况下必须采用分压接法。
(1)负载电阻的阻值远大于变阻器的总电阻,须用分压式电路。若接成限流式,当改变滑动变阻器的阻值时,电路中电流变化不明显,测得的电压和电流取值范围小。
(2)要求负载上电压或电流变化范围较大,或者需要从零开始连接可调,须用分压式接法。
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(3)若电源的电动势较大,负载电阻及滑动变阻器的总阻值不大,
如果实验所提供的电表量程或其它元件允许通过的最大电流很小,若采用限流接法,无论怎样调节,电路中实际电流(或电压)都会超过电表量程或元件允许的最大电流(或电压),为了保护电表或其它元件,必须采用分压接法。
(4)当负载电阻的阻值小于变阻器总电
阻R或相差不多时,若两种电路都可以对负载的电流和电压有明显的调节,或两种电路都满足实验要求,且电压、电流变化不要求从零调起,则多采用限流式接法,这样的接法电源负担轻,能耗小。
三、实验电路及器材的选择原则与方法:
(1)实验电路的选择原则:在高中物理阶段常见的电路选择问题有两种。选择滑动变阻器的限流和分压接法;选择电流表和电压表的内接和外接法。
滑动变阻器的限流和分压接法的选择原则:一般情况下全部选限流接法,除非有特殊要求。特殊要求如下:①负载两端电压由零开始变化;②用限流接法时,负载能承受的电流小于用限流接法所能达到的最小电流;③所用电流表和电压表的量程小于用限流接法所能达到的最小电流和分到的电压。
(2)电路器材的选择。电流表和电压表的选择原则是第一要安全,第二要准确。准确是指在可用的电流表、电压表测量范围内,尽可能选用量程小一些的电表,因为电流表、电压表在测量时指针偏转角越大,误差越小。例如电流电压为6V,可供选择的电压表有3V和15V两个电压表。从安全考虑只能选15V电压表。如电源电压为4V,可供选择的电压表有6V和9V两个电压表。则应选6V电压表。
电源的选择原则是第一能用,第二是经济。例如为保证6V、6W的用电器能正常工作,
1?的两个电源。则应选9V的电源。若两电源都是内阻极小可供选择的电源有6V、1?和9V、而可忽略不计的电源。则应选6V的电源。
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滑动变阻器的选择原则第一是能用,第二是方便。所有滑动变阻器的铭牌上都标明该滑动变阻器的最大阻值和允许通过的最大电流。因此,滑动变阻器的选择首先看实验时通过滑动变阻器的电流是否在其允许范围之内,然后看滑动变阻器的电阻和电路中其他总电阻是否相当,例如电路总电阻约为300?,选择滑动变阻器连接限流电路,可供选择的滑动变阻器的最大电阻有20?、200?、20k?、则应选择200?,因为20?太小,可调范围小,20k?太大,调节极不方便,滑动触头稍稍一动,电阻变化就是几百上千欧。连接成分压器电路时原则也是一样。
题型2、实验器材的选择及实验电路的设计问题:
如图所示为用伏安法测定一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图,器材规格如下:
(1)待测电阻Rx(约100?);
(2)直流毫安表(量程0~20mA,内阻50?); (3)直流电压表(量程0~3V,内阻5k?); (4)直流电源(输出电压6V,内阻不计);
(5)滑动变阻器(阻值范围0~15?,允许最大电流1A); (6)开关1个,导线若干。
根据器材规格及实验要求,在本题的实物图上连线。 解析:①先确定采用电流表内接电路还是外接电路。 R100?x??2RA50,不满足内接的要求。
I小RV5?103???50R100x又,满足电流表外接的要求RV??Rx, ?电流表应外接。
②再确定变阻器是采用限流还是分压。
若采用限流式,则滑动变阻器阻值达到最大时,电路中电流达到最小,
E6??A?3.6?10?2A?36mARx?R?RA100?15?50,已超过电流表量程,故必须采用
滑动变阻器分压式电路。 实验电路如图所示。
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实物连线如图所示。
变式:欲用伏安法测定一段阻值为5?左右的金属导线的电阻,要求测量结果尽量准确,备有以下器材:
A. 电池组(3V、1?)
0.0125?) B. 电流表(0~3A、0.125?) C. 电流表(0~0.6A、D. 电压表(0~3V、3k?) E. 电压表(0~15V、15k?)
1A) F. 滑动变阻器(0~20?、0.3A) G. 滑动变阻器(0~200?、H. 开关、导线
(1)上述器材中应选用的是______________。
(2)实验电路应采用电流表__________接法(填“内”或“外”)。 (3)画出实验电路图。 答案:
(1)A、C、D、F、H (2)外 (3)如图所示。
题型3、(特殊测量方法)
1.用一个已知电阻和两个电压表。
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例题1用如图所示的电路来测量未知电阻RX的阻值,R0阻值已知。
(1)将实验过程补充完整:
a.对照电路图连接好电路,并将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处; b.闭合开关,________________________。 c.断开开关,整理器材。
(2)用测量所得的物理量和已知量符号表示出待测电阻RX=___________。 (3)写出本实验中滑动变阻器的作用:_____________________________________ 2.用一个已知电阻和两个电流表
例题2、现有下列实验器材:一只已知阻值的定值电阻R0、两只电流表、电池、开关、足量的导线。请你利用这些器材设计实验,测出一只未知电阻Rx的阻值。 要求:(1)在右框内画出实验电路图。
(2)简述实验过程并用已知量和测量量表示Rx。 3.用一个电流表和电阻箱
例题3、用如图甲所示的电路可以测量一个未知电阻的阻值, 其中Rx为待测电阻,R为电阻箱,S为单刀双掷开关,R0为定值电阻。
某同学用该电路进行实验,主要步骤有:
A. 把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数为I; B. 读出电阻箱的示数R;
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