第十章　微點突破5　定值電阻在電路中的主要作用-2025物理大一輪復(fù)習(xí)講義人教版

微點突破5定值電阻在電路中的主要作用目標(biāo)要求1.理解定值電阻在電學(xué)實驗電路中有可以作為保護(hù)電阻、可以結(jié)合電流電壓表作為測量電阻、可以擴(kuò)大電流電壓表量程等作用。2.會利用定值電阻按照實驗要求設(shè)計實驗電路。(1)保護(hù)作用：保護(hù)電表，保護(hù)電源。(2)測量作用：已知電壓的定值電阻相當(dāng)于電流表，已知電流的定值電阻相當(dāng)于電壓表，主要有如圖所示兩種情況：圖甲中流過電壓表V2的電流I2＝eq\f(U1－U2,R)；圖乙中電流表A2兩端的電壓U2＝(I1－I2)R；(3)擴(kuò)大作用：測量電路中用來擴(kuò)大電表量程；當(dāng)待測電阻過小時，可串聯(lián)定值電阻用來擴(kuò)大待測量。例1某課題研究小組準(zhǔn)備測量一個鋰電池的電動勢和內(nèi)阻，實驗室提供的器材有：A．待測鋰電池(電動勢E約為3.9V，內(nèi)阻r約為2Ω，最大電流Im＝0.6A)；B．電壓表V(量程0～3V，內(nèi)阻約為幾千歐)；C．電阻箱R1(0～99.9Ω)；D．定值電阻R2＝4.5Ω；E．定值電阻R3＝45Ω；F．開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干。(1)該小組成員設(shè)計了如圖甲所示電路。為了防止調(diào)節(jié)電阻箱過程中電池?zé)龎那曳奖銣y量，定值電阻R0應(yīng)選取____________(選填“R2”或“R3”)。(2)多次改變電阻箱的阻值R1，讀出電壓U，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出eq\f(1,U)－eq\f(1,R1)圖像，如圖乙所示，則電源電動勢E＝________V，r＝________Ω(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。答案(1)R2(2)4.01.9解析(1)為了確保電源安全，電路總電阻的最小值約為Rmin＝eq\f(E,Im)＝eq\f(3.9,0.6)Ω＝6.5Ω，由于鋰電池內(nèi)阻r約為2Ω，則接入的定值電阻值約為6.5Ω－2Ω＝4.5Ω，即為了防止調(diào)節(jié)電阻箱過程中電池?zé)龎那曳奖銣y量，定值電阻R0應(yīng)選取R2。(2)多次改變電阻箱的阻值R1，讀出電壓U，根據(jù)U＝E－I(r＋R2)＝E－eq\f(U,R1)(r＋R2)，變形有eq\f(1,U)＝eq\f(1,E)＋eq\f(r＋R2,E)·eq\f(1,R1)，結(jié)合題圖乙有eq\f(1,E)＝0.25V－1，eq\f(r＋R2,E)＝eq\f(1.85－0.25,1)Ω·V－1解得E＝4.0V，r＝1.9Ω。例2要精確測量電流表A1的內(nèi)阻r1，實驗室提供的器材有：電流表A1(量程為150mA，內(nèi)阻約為10Ω)電流表A2(量程為300mA，內(nèi)阻約為5Ω)電壓表V(量程為15V，內(nèi)阻約為3kΩ)定值電阻R0(阻值為10Ω)滑動變阻器R1(0～10Ω，額定電流為2A)滑動變阻器R2(0～250Ω，額定電流為0.3A)電源E(電動勢為3V，內(nèi)阻較小)電鍵，導(dǎo)線若干(1)有人擬將電壓表V和待測電流表A1并聯(lián)接入電壓合適的測量電路中，測出A1的電壓和電流，再計算出r1。該方案實際上不可行，其最主要的原因是______________________________________________________________________________________________________________。(2)若實驗時要求電流表A1的示數(shù)從零開始變化，且能測出多組數(shù)據(jù)，盡可能準(zhǔn)確地測量出電流表A1的內(nèi)阻r1。請在虛線方框中畫出實驗電路圖，并在圖中標(biāo)出所用器材的代號。(3)若選取測量數(shù)據(jù)中的一組來計算電流表A1的內(nèi)阻r1，則r1＝________，式中各符號的意義是________________________________________________________________________。答案(1)電壓表V不能準(zhǔn)確測出電流表A1兩端電壓(2)見解析圖(3)eq\f(I2－I1R0,I1)或eq\f(10I2－I1,I1)I1、I2分別表示電流表A1、A2的讀數(shù)，R0為10Ω解析(1)電壓表的滿偏電壓為15V，根據(jù)電表的讀數(shù)在半偏左右讀數(shù)最準(zhǔn)確，但此電路中電源電壓為3V，遠(yuǎn)小于電壓表的讀數(shù)要求，即兩者并聯(lián)時，電壓表的讀數(shù)過小，所以該方案不可行。(2)電流表A1的示數(shù)從零開始變化，且能測出多組數(shù)據(jù)，滑動變阻器只有用分壓接法才能辦到，電壓表不能用，要再用一個電流表測電流，由U＝IR求得電壓，代替電壓表的作用，電路如圖：(3)根據(jù)電路圖，設(shè)通過電流表A1、A2的電流分別為I1、I2，R0為定值電阻，電阻R0兩端的電壓與電流表A1的電壓相等，即UA1＝UR0＝(I2－I1)R0，通過電流表A1的電流由表盤讀出大小為I1，根據(jù)R＝eq\f(U,I)，代入解得r1＝eq\f(I2－I1R0,I1)＝eq\f(10I2－I1,I1)。例3(2020·山東卷·14)實驗方案對實驗測量的精度有直接的影響，某學(xué)習(xí)小組對“測量電源的電動勢和內(nèi)阻”的實驗方案進(jìn)行了探究。實驗室提供的器材有：干電池一節(jié)(電動勢約1.5V，內(nèi)阻小于1Ω)；電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約3kΩ)；電流表A(量程0.6A，內(nèi)阻約1Ω)；滑動變阻器R(最大阻值為20Ω)；定值電阻R1(阻值2Ω)；定值電阻R2(阻值5Ω)；開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。(1)該小組按照圖甲所示的電路進(jìn)行實驗，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值使電流表示數(shù)逐漸接近滿偏，記錄此過程中電壓表和電流表的示數(shù)，利用實驗數(shù)據(jù)在U－I坐標(biāo)紙上描點，如圖乙所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)的變化范圍比較小，出現(xiàn)該現(xiàn)象的主要原因是________。(單選，填正確答案標(biāo)號)A．電壓表分流B．干電池內(nèi)阻較小C．滑動變阻器最大阻值較小D．電流表內(nèi)阻較小(2)針對電壓表示數(shù)的變化范圍比較小的問題，該小組利用實驗室提供的器材改進(jìn)了實驗方案，重新測量得到的數(shù)據(jù)如下表所示。序號1234567I/A0.080.140.200.260.320.360.40U/V1.351.201.050.880.730.710.52請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，回答以下問題：①圖丙中已標(biāo)出后3組數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點，請標(biāo)出前4組數(shù)據(jù)對應(yīng)的坐標(biāo)點并畫出U－I圖像。②根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，所選的定值電阻為________(填“R1”或“R2”)。③用筆畫線代替導(dǎo)線，請按照改進(jìn)后的方案，將圖丁所示實物圖連接成完整電路。答案(1)B(2)①見解析圖(a)②R1③見解析圖(c)解析(1)電壓表示數(shù)的變化范圍小，原因是外電阻的阻值遠(yuǎn)大于電源內(nèi)阻，選項B正確。(2)①根據(jù)數(shù)據(jù)描點并連成一條直線，如圖(a)所示。②由圖像可知E＝1.55V，U＝0時I＝0.59A，故r′＝eq\f(E,I)≈2.63Ω，由于2Ω<r′<5Ω，又r′＝r＋R(r為電源內(nèi)阻，R為定值電阻)，故定值電阻只能是R1。③先畫出原理圖，如圖(b)，然后依據(jù)原理圖將各儀器依次連接起來，如圖(c)。1．(2023·浙江金華市第一中學(xué)模擬)某實驗小組設(shè)計了如圖甲所示的電路，用于測量一金屬絲的電阻率。其中用到了電流表A1(量程0～100mA，內(nèi)阻r1＝4Ω)、電流表A2(量程0～0.6A，內(nèi)阻r2＝1.3Ω)、電阻箱R(阻值范圍0～99.9Ω)、定值電阻R0。(1)圖甲虛線框中可視為一個量程為0～3V的電壓表，則定值電阻R0＝______Ω(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(2)實驗操作步驟如下：a．如圖乙所示，用螺旋測微器測量金屬絲直徑d＝______mmb．將該金屬絲正確接入圖甲電路，測得接入電路的金屬絲長度L＝68.00cmc．合上開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄下電阻箱的阻值R和對應(yīng)的電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2，并根據(jù)多組測量數(shù)據(jù)，作出如圖丙所示的I1－I2圖像。(3)根據(jù)圖丙圖像，該金屬絲的電阻為____Ω，電阻率為_____Ω·m(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)。(4)根據(jù)實驗記錄的電阻箱阻值R和對應(yīng)的電流表A1、A2的示數(shù)，能否得到電源電動勢和內(nèi)阻的數(shù)值？__________(選填“能”或“不能”)。答案(1)26(2)0.680(3)2.01.1×10－6(4)能解析(1)R0＝eq\f(U,I1g)－r1＝eq\f(3,100×10－3)Ω－4Ω＝26Ω(2)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)律，直徑d＝0.5mm＋0.01×18.0mm＝0.680mm(3)根據(jù)歐姆定律有Rx＝eq\f(I1r1＋R0,I2)－r2則有I1＝eq\f(Rx＋r2,r1＋R0)I2根據(jù)題圖丙可知eq\f(Rx＋r2,r1＋R0)＝eq\f(48×10－3,0.44)解得Rx≈2.0Ω根據(jù)Rx＝ρeq\f(L,S)，S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))2聯(lián)立有ρ＝eq\f(πRxd2,4L)代入數(shù)據(jù)，解得ρ≈1.1×10－6Ω·m(4)根據(jù)閉合電路歐姆定律有I1(r1＋R0)＝E－(I1＋I(xiàn)2)(r＋R)可知分別取兩組電阻箱阻值R和對應(yīng)的電流表A1、A2的示數(shù)，通過解二元一次方程組，能夠得到電源電動勢E和內(nèi)阻r的數(shù)值。2．要測量電壓表V1的內(nèi)阻RV1，已知其最大量程為3V，內(nèi)阻約3kΩ。實驗室提供的器材有：電流表A(量程0～0.6A，內(nèi)阻約為0.1Ω)電壓表V2(量程0～5V，內(nèi)阻約為5kΩ)定值電阻R1(阻值為20Ω)定值電阻R2(阻值為2kΩ)滑動變阻器R3(最大阻值100Ω，額定電流1.5A)電源E，電動勢6V，內(nèi)阻約為0.5Ω開關(guān)S一個，導(dǎo)線若干。(1)某同學(xué)設(shè)想按圖甲所示電路進(jìn)行測量，讀出電壓表V1和電流表A的示數(shù)后，用歐姆定律計算出RV1。該方案實際上__________(填“可行”或“不可行”)，最主要的原因是____________________________________。(2)另一同學(xué)按如圖乙所示的實物電路來測量電壓表V1的內(nèi)阻RV1。①圖中R0應(yīng)選__________。(填“R1”或“R2”)②在虛線方框內(nèi)畫出該實驗電路圖。③接通電路后，調(diào)整滑動變阻器的滑動觸頭在適當(dāng)?shù)奈恢?，此時電壓表V1的讀數(shù)為U1，電壓表V2的讀數(shù)為U2，定值電阻的阻值為R0，則電壓表V1的內(nèi)阻RV1的表達(dá)式為RV1＝____________。答案(1)不可行電流表量程太大(2)①R2②見解析圖③eq\f(U1,U2－U1)R0解析(1)該方案不可行，因為電流表量程太大，結(jié)合電路圖與電源電動勢及電壓表內(nèi)阻可知流經(jīng)電流表的電流值太小，從而導(dǎo)致誤差太大；(2)①因V2的最大量程為5V，V1的最大量程為3V，則定值電阻的阻值應(yīng)與V1的內(nèi)阻相當(dāng)，故選R2；②結(jié)合實物圖，畫出電路圖如圖所示；③由歐姆定律可知RV1＝eq\f(U1,\f(U2－U1,R0))＝eq\f(U1,U2－U1)R0。3．某同學(xué)為測量某電瓶車上蓄電池的電動勢和內(nèi)電阻，并探究電源的輸出功率P與外電路的電阻R之間的關(guān)系，他設(shè)計了如圖甲所示的實驗電路。實驗中以蓄電池作為電源，為了便于進(jìn)行實驗和保護(hù)蓄電池，該同學(xué)給蓄電池串聯(lián)了一個定值電阻R0，把它們一起看作一個新電源(圖中虛線框內(nèi)部分)。實驗中，多次調(diào)節(jié)外電阻R，讀出相應(yīng)的電壓表和電流表示數(shù)U和I，由測得的數(shù)據(jù)描繪出如圖乙所示的U－I圖像。(1)根據(jù)以上信息可以得到，新電源輸出功率的最大值為____________W，對應(yīng)的外電阻R的阻值為____________Ω；(2)若與蓄電池串聯(lián)的定值電阻的阻值R0＝7Ω，則可以求得蓄電池的電動勢E0＝____________V，內(nèi)電阻r0＝____________Ω；(3)該同學(xué)分析了實驗中由電表內(nèi)電阻引起的實驗誤差。在圖中，實線是根據(jù)本實驗的數(shù)據(jù)描點作圖得到的U－I圖像，虛線是新電源在沒有電表內(nèi)電阻影響的理想情況下所對應(yīng)的U－I圖像，則可能正確的是____________。答案(1)1.1258(2)61(3)C解析(1)由題圖乙，新電源的電動勢E＝6V，新電源的內(nèi)