定值电阻在电学实验中的作用

定值电阻在电学实验中的作用作者：程敏来源：《中国校外教育·高教(下旬)》2015年第09期摘要：近几年高考题中，在电学设计实验中，以定值电阻的合理使用为背景设计性试题层出不穷。

定值电阻在电学实验题中的作用很多并且灵活多变，很多学生不知定值电阻的作用和选用定值电阻后对电路影响，对它的选用感到无从下手，因此成为电学实验题的难点，是考生的主要失分点。

定值电阻在不同电学实验中所起的作用又有所不同。

关键词：定值电阻电学实验电流表电压表实验电路一、保护作用——即起到降压限流的作用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。

例1.[2014·广东卷]（1）某同学设计的可调电源电路如图22（a）所示，R0为保护电阻，P 为滑动变阻器的滑片，闭合开关S.①用电压表测量A、B两端的电压：将电压表调零，选择0～3V挡，示数如图22（b）所示，电压值为________V.②在接通外电路之前，为了保证外电路的安全，滑片P应先置于____端.③要使输出电压U变大，滑片P应向________端滑动.④若电源电路中不接入R0，则在使用过程中，存在________的风险（选填“断路”或“短路”）.例1[解析]①据十分之一估读法，应该为1.30V；②接通电路前，应该使滑片置于A端，用电器上的电压为0，这样才能起到保护外电路的作用；③要增大外电路电压，需要使滑片滑向B端；④若电源电路输出端短路，电源电路中没有接入保护电阻，则当滑片滑至B端时，电路就会短路，电源被烧毁。

总结：本题中，定值电阻起到保护电源的作用.为了防止操作不当损坏仪器，往往加一定值电阻，保护仪器，加一定值电阻后，但不能影响测量的准确性。

二、改装电表——即起到扩大量程的作用利用串联分压，并联分流的原理对电表进行改装.定值电阻与电压表串联，扩大电压表的测量量程；定值电阻与电流表并联，扩大电流表的测量量程。

2021届高考物理一轮复习电学实验专项训练（五）实验：测量电源电动势及内阻1.某同学利用如图甲所示的电路测量电源的电动势E 和内阻r ，所用的实验器材有：一个电压表V 、一个电阻箱R 、一个5.0Ω的定值电阻0R ，一个开关和导线若干。

（1）根据电路图，在图乙中用笔画线代替导线，将实物图连成完整电路； （2）该同学为了用作图法来确定电源的电动势和内阻，以1U 为纵轴、1R为横轴作出的图像如图丙所示，则该图像的函数表达式为：________________。

（用含有0U R R E r 、、、、的函数表达式表示）（3）由图像可求得，该电源的电动势E =__________V ，内阻r =________Ω。

（结果均保留2位有效数字）2.为了测定某电源的内阻，实验室提供了如下器材：电阻箱R 、定值电阻0R 、两个电流表1A 和2A 、电键1S 、单刀双掷开关2S 、待测电源、导线若干，现实验小组成员设计如图甲所示的电路图来完成实验。

（1）闭合电键1S ，断开单刀双掷开关2S ，调节电阻箱的阻值为1R ，读出电流表2A 的示数0I ；将单刀双掷开关2S 合向1，调节电阻箱的阻值，使电流表2A 的示数仍为0I ，此时电阻箱阻值为2R ，则电流表1A 的阻值A1R =______。

（用本问所述字母表示）（2）将单刀双掷开关2S 合向2，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值R及电流表1A 的示数I ，实验小组成员打算用图象分析I 与R 的关系，以电阻箱电阻R 为横轴，为了使图象是直线，则纵轴y 应取______。

A.IB.2IC.1ID.21I （3）若测得电流表1A 的内阻为1Ω，定值电阻02R =Ω，根据②选取的y 轴，作出y R -图象如图乙所示，则电源的内阻r =_______Ω。

（4）若不考虑由于读数等操作产生的偶然误差，按照本实验方案测出的电源内阻值_______。

（选填“偏大”、“偏小”或“等于真实值”）3.某一充电宝的产品参数如图甲所示。

物理实验备考新考点—定值电阻的应用高考物理试题中一直重视实验题的考查，但由于高考物理只有笔试，许多重要的实验能力与素养很难有效地进行考查，但近年高考试题表明，命题者一直在努力地使对实验能力和素养的考核渗透到有关试题之中，一直在努力提高实验考核的有效程度。

综观近年特别是05和06年的高考试题，电学实验考查的仍然是设计性实验这一基本情景，而电学实验的重点无非是电阻测量、电表改装、测量电源电动势和内阻等三大基本实验。

在可考查的实验内容基本确定的情况下，命题者在对实验能力的考查中如何实现创新呢？统计表明，05年之前的电学实验高考题主要是通过电表的创新应用考查考生的创新设计能力，很少涉及定值电阻的应用，即使涉及，定值电阻的应用也不是电路设计的核心；本文将要讨论的05、06年的两道高考题，通过定值电阻的应用深入考查了学生对实验原理与实验方法的创新能力以及对电路的评价能力，很好地体现了实验题的考查功能。

本文的分析将表明，定值电阻的应用是值得备考师生注意一个重要的新考点。

例题一：（05全国卷Ⅰ）测量电源B 的电动势E 及内阻r （E 约为4.5V ，r 约为1.5Ω）。

器材：量程3V 的理想电压表○V ，量程0.5A 的电流表○A （具有一定内阻），固定电阻R =4Ω，滑线变阻器 R ′，电键K ，导线若干。

①画出实验电路原理图。

图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。

②实验中，当电流表读数为I 1时，电压表读数为U 1；当电流表读数为I 2时，电压表读数为U 2。

则可以求出E = ，r = 。

（用I 1，I 2，U 1，U 2及R 表示）答案：①实验电路原理图如图。

②R I I U U I I U I U I -----2112211221 分析：思路1：题给电压表的量程小于电源的电动势，因此，虽然题给电压表为理想电压表，但却不能将电压表直接连接在电源的正、负极间去测量电源的电动势。

思路2：考生都做过测量电源电动势与内电阻的学生实验，其原理如图1－1所示，为保护题给电流表，电路的总电阻应该大于R 总min ＝E /I g ＝9Ω，如不接固定电阻R ，则滑线变阻器R ′的最小接入阻值应为7.5Ω（不考虑电流表内阻，以题给阻值估算，下同），则电压表的最小示数应为V 753V 545157571.....min =⨯+=U ，已经超过电压表量程。

电学实验中如何选择滑动变阻器电学实验在历年的高考中既是重点，也是难点。

而在绝大多数实验中，都会涉及到滑动变阻器的选择，不同的实验对于滑动变阻器的要求不一样，因此滑动变阻器的合理选择问题便成了电学实验的重点和难点。

高中阶段涉及到滑动变阻器选择的电学实验主要有：测定金属的电阻率、描绘小电珠伏安特性曲线、把电流表改装成电压表、测定电源的电动势和内阻。

这些实验中，关于滑动变阻器的选择问题主要分为两大类：总阻值大小的选择和分压、限流接法的选择。

本文结合一些电学实验题谈一下滑动变阻器的选择问题。

一．总的原则（1）安全性原则。

即所选用的滑动变阻器及其接法，要保证电路的安全。

如果该滑动变阻器的全部电阻连入到电路中，电路中的电流还是超过了电流表的量程，就必须选用滑动变阻器分压接法或者另换总阻值较大的滑动变阻器。

就接法而言，从安全角度来看，分压接法的安全性要高得多。

（2）遵循实际要求原则。

试题中有明确要求时，滑动变阻器及其接法的选择就必须按要求办。

若题目中有“电压从0开始调节”、“要求较大的电压变化范围”等要求时，则选用分压接法，所用滑动变阻器的总阻值要相对小一些（但绝不是越小越好，还要确保自身的安全）；若题目中出现“调节滑动变阻器使电路中电流变化比较明显”等要求，则选用限流电路，滑动变阻器的总阻值应比电路其他部分的总阻值大。

（3）科学性原则。

即根据滑动变阻器总阻值与待测电阻的关系，选择相应的接法。

如果滑动变阻器的总阻值比待测的电阻要小，适合用分压接法；反之，滑动变阻器的总电阻比待测电阻阻值大，则适合用限流接法，此时如果所提供的滑动变阻器有两个，且均满足上述条件，则选择总电阻相对较小的，调节灵敏度高。

二．伏安法测电阻实验中滑动变阻器的选择测定金属的电阻率和描绘小电珠伏安特性曲线，都属于伏安法测电阻的实验，而伏安法测电阻实验中的滑动变阻器的选择正是“选择”问题中最让学生头疼的。

因为，这里面既有滑动变阻器的选择，还有滑动变阻器接法的选择。

定值电阻在电路设计中的作用电学实验一向是高考中的热点和难点， 这部分知识学生最怕的是电路设计，尤其是定值电阻的应用教材中很少涉及， 教师在教学中容易忽视这部分内容，但考查学生的电路设计实验中又往往出现定值电阻， 学生倍感困惑，不知道怎么用它；我在高三的电学实验教学中屡 屡被学生问及相关问题， 因此引导学生研究“定值电阻在电路设计中的作用”专题，总结出以下一些规律：一、定值电阻用于电表的改装，扩大电表的量程常见的有三类：①将电流表改装为电压表，利用了串联电阻分压性质；②扩大电流表的量程，禾U 用了并联电阻分流的性质③扩大电压表的量程，禾U 用了串联电阻分压性质。

例1为了测定一节干电池的电动势和内阻，在实验中备有下列器材： ① 干电池（电动势约为 1.5V ，内电阻小于1.0"） ② 电流表G （满偏电流1.5mA ，内阻R G）③ 电流表A （0〜0.6A,内阻0.1门） ④滑动变阻器 R （0〜20门,10A ）⑤滑动变阻器 R , （0〜100" , 1A ）⑥定值电阻R s = 9901.1请画出你利用本题所提供的器材而设计的实验电路图（实验数据要求尽量准确） 分析：题设电流表 A 可测外电路的电流；将电流表 G 与定值电阻R s =990, |串联正好改装为 0〜1.5V 的电压表，测外电压；多测出几组I 、U 的数据，用图像法来处理数据，求出E 、r 的值。

思考1 :现要测量一电动势约为 4.5V ，内阻约为5.0"的电源的电动势 和内阻，在实验中备有下列器材电压表（0〜6V ）、电流表（0〜200 mA 、内阻变阻器R （最大阻值约10。

）、定值电阻（R °=20）—个、导线若干。

请画出你利用本题所提供 的器材而设计的实验电路图提示：若直接把电流表串联进电路中，电路中的最小电流为4 5------ 1-A =0 225A 200mA ,即电流表的量程偏小，应将定值电阻与电流表并联，这样5 5 10电流表的量程扩大为 700mA 即可。

定值电阻在电学实验中的重要作用电学实验是所有高中生头疼的问题，它的复杂性正在于对实验中方方面面的考虑必须周到，包括电表的偏转、量程大小以及滑动变阻器的限流与分压接法的选择等等，然而，定值电阻却成了许多学生忽略的细节，殊不知，定值电阻在电学实验中起到的作用往往是关键性的，在你疑惑不解的时候或许就是让问题“柳岸花明又一村”的法宝，下面就简单地对定值电阻的作用作一些探讨。

一、充当电路中的保护电阻，限制电流，防止电流过大烧毁仪器。

这是大多数人都烂熟于心的，就不具体论述了。

二、限制电流，使电流不超过电表的量程，便于测量下面就这个问题举一个例子进行分析例：用伏安法测量一个阻值约为20Ω的未知电阻R x的阻值有下列器材电源E（电动势3V，内阻可忽略不计）电流表A1（量程约0~50mA，内阻约12Ω）电流表A2（量程约0~3A，内阻约0.12Ω）电压表V1（量程约0~3V，内阻约3KΩ）电压表V2（量程约0~15V，内阻约15KΩ）滑动变阻器R1（0~10Ω，允许最大电流2.0A）滑动变阻器R2（0~1000Ω，允许最大电流0.5A）定值电阻R（30Ω，允许最大电流1.0A）开关、导线若干：请选择合适的仪器，并画出电路图，写出电阻计算表达式 经过简单的分析，大多数同学都能够选择出正确的器材E 、A 1、V 1、R 1及开关导线，而后又自然而然的画出了分压，外接式的测量电路。

但是我们仔细思考一下便会发现其中存在的问题首先电流表不能超过其量程50mA ，当电流表到达满偏时，R X 两端的电压大约为1V ，此时达不到电压表量程的31，且从实际情况考虑，也并不能让电压表达到满偏，因此必然存在较大的误差，此时定值电阻便派上了大用场，我们将定值电阻R 与未知电阻R X 串联后，接入电路我们会发现，上述的问题已经不存在了，因为R 的存在即使电压表的示数有了较大偏转，又避免了电流过大而超过电流表的量程，计算R X ，只需读出电压表的示数U ，以及电流表的示数I ，R X =U/I-R ，问题就迎刃而解了。

Vol.49 No.12Dec.2020+k Jfbif敎学参考实验研究定值电阻在设计电路中的巧妙应用高贺(山东省沂南第一中学山东临沂276300)文章编号：l〇〇2-218X(2020) 12-0051-02中图分类号：G632.4 文献标识码：B电学实验一直是历年高考的必考考点，也是高中 教学的重点和难点，学生在学习过程中，困难较大。

下面以定值电阻为切人点，结合教学实例，谈谈定值电阻在设计电路中的巧妙运用。

一、伏安法测电阻中定值电阻的使用1.定值电阻保护电路减少误差例1需要测量待测电阻的阻值（约3〇 n)，提供了以下实验器材。

电流表A,(量程0〜50 m A，内阻约为10 n);电压表V,(量程0〜3 V，内阻非常大）；电源E(电动势约3 V，内阻约0.2 f i);定值电阻i?(20 f l,允许最大电流1.0 A);滑动变阻器亿（〇〜10 n，允许最大电流2.0 A);单刀单掷开关S—个，导线若干。

(1)请您在虚线框内画出测量电阻的实验原理图。

（要求测量范围尽可能大）(2)在一次实验测量中，电压表的示数是17时，电流表的示数是对应的待测电阻阻值的表达式解析（1)由于实验要求测量范围尽可能大，所 以滑动变阻器应该采用分压接法。

由于待测电阻阻值远小于电压表的内阻，所以电流表采用外接法。

流过电流表的电流不能超过其最大量程，即50 m A,所以要给待测电阻串联一个定值电阻尺，起保护电路作用。

实验原理图如图1所示。

(2)根据欧姆定律可得尺,=|一尺。

结论（1)仪器的选择：①电流表量程：估算电流。

方法：电源电压除以待测电阻阻值。

②电压表量程：电源电压。

方法：电源电压在电压表满量程的三分之一和三分之二之间。

③滑动变阻器：常选小电阻，调节灵敏。

(2)定值电阻：①保护电路：与电流表、待测电阻串联。

②扩大待测电阻电压范围，减少读数误差。

2.电流表G与定值电阻改装为其他电表例2现要测量一未知电阻(电阻较小约为几欧姆），可用器材有：多用电表（仅可使用欧姆挡）；一个电池组£(电动势是6 V);一个滑动变阻器尺（〇〜20 D，额定电流是1 A);两个相同的电流表G(内阻i?K=l 000 £1，满偏电 流 JgSlOO f^A);两个标准的电阻（尺i=29 000 ==〇. 1⑴一个开关S、导线若干。

SHANXI EDUCA TION课改新探KEGAI XINTAN电学实验是高三物理教学的重点之一。

电路设计是电学实验中的难点，经常用到定值电阻。

定值电阻如何使用，是学生学习中最困惑的地方。

为此，本文将对电学实验中定值电阻常见的使用方法进行归类分析。

一、定值电阻作为负载电阻使用定值电阻最常见的用途是作为电源的用电器，或作为电源负载的一部分使用，称为负载电阻。

【例1】如图所示电路中,电阻R 1=R 2=3Ω,R 3=6Ω,单刀双掷开关S 扳至1时,电流表的示数为1.0A ，S 扳至2时,电流表示数为1.5A ，求电源的电动势和内电阻(电流表内阻不计)。

解：当开关S 扳至1时，由闭合电路欧姆定律可得：E =I 1æèçöø÷R 1R 3R 1+R 3+R 2+r 当开关S 扳至2时，由闭合电路欧姆定律可得：E =I 2éëêùûú()R 1+R 2R 3R 1+R 2+R 3+r 代入数据可得：E =1×()5+r ①E =1.5×()3+r ②由①、②两式解得E =6V ，r =1Ω点评：定值电阻R 1、R 2、R 3作为电源的负载使用。

通过“两并一串”“两串一并”两种组合，使闭合电路呈现两种状态，可求出电源的电动势和内电阻这两个未知量。

二、定值电阻作为保护电阻使用定值电阻作为保护电阻，是定值电阻第二种常见的使用，这类问题的关键是弄清题目的实验原理，根据提供的数据进行必要的估算，确定保护电阻在电路中的位置和阻值，确保电表、待测元件、电源、滑动变阻器等器材在实验中不被烧坏，这是电路设计中安全性原则的要求。

【例2】现有一特殊的电池，其电动势E 约为9V ，内阻r 在35Ω～55Ω范围内，最大允许电流为50mA 。

为测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示的电路进行实验。

定值电阻在电学实验中的应用四川省资中县第一中学 刘有 641200电学实验的延展性强，与工、农业生产、生活联系紧密，演变出的题难度分布广，效度高，历来是高考实验考查的重点。

在电学实验的众多演变方向中，定值电阻的运用是一个重要方面，笔者根据多年一线教学经验，总结了定值电阻在电学实验中的应用。

一、电路不满足直接测量的要求时，定值电阻作为保护电阻使用解决这类问题的关键是根据提供的数据进行必要的估算，确定好保护电阻在电路中的位置。

1、 保护电阻连在测量电路中；2、 保护电阻连在控制电路中，一般来讲，保护电阻连在控制电路中起到的保护作用更强一些。

例1、从以下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表1A 的内阻1r ，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。

电流表（1A ）：量程10mA ，内阻1r ，待测（约40Ω）；电流表（2A ）：量程500μA ，内阻2750r =Ω； 电压表（V ）：量程10V ，内阻310r K =Ω； 电阻（1R ）：阻值约为100Ω，作为保护电阻用； 滑动变阻器（2R ）：总电阻约50Ω； 电池（E ）：电动势1.5V ，内阻很小； 电键（K ），导线若干。

（1）、在空白处画出电路图，标出所用器材的符号。

（2）、若选测量数据中的一组来计算1r ，则所用的表达式为1r =_____________，式中各符号的意义是_________________。

【解析】：（1）、通过计算可知：max0.4A V =1U ，max0.375A V =2U ，所以用电流表（2A ）来测量电流表1A 两端的电压，2A 与1A 并联的总电阻407503840750⨯≈Ω+。

如果滑变连接成限流式，则流过并联电路总电流的最小值为1.517.053850mA =+，2A 与1A 都可能被烧毁，即使把定值电阻1R 串联进电路，流过2A 的最小电流为1.540430100385075040A μ⨯=+++，要确保2A 不被烧毁，滑变接入电路的电阻至少38.63Ω，占滑变总电阻的38.63100%77.25%50⨯=，允许滑变移动的长度只占到总长度的23%左右，操作不方便。