赏析电阻应用新题型

赏析电阻应用新题型

湖北省赤壁市蒲圻高中　谢如伶

　　一、反映二极管阻值特点题型

 

　　例1 如图甲所示，一只黑箱有A、B、C三个接线柱，规定每两个接线柱间最多只能接一个电器元件，并且已知黑箱内的电器元件是一只电阻和一只二极管。某同学利用多用电表的欧姆挡，用正确的操作方法依次进行了6次测量，将每次红、黑表笔的位置和测得的阻值都填入了下表。

 

 

红表笔接	A	A	B	B	C	C
黑表笔接	B	C	A	C	A	B
测得阻值（Ω）	100	10k	100	10．1k	90	190

 

　　由表中的数据可以判定：

 

　　（1）电阻接在_________________两点间，阻值为_________________Ω。

 

　　（2）二极管接在_________________两点间，其中正极接在_________________点。二极管的正向阻值为____________Ω，反向阻值为______________Ω。

 

　　解析：电阻大小与电流的方向无关，可确定AB间为电阻，阻值为100Ω；阻值最大时是电流从B经A到C的时候，因AB间接电阻，则AC间接二极管，且一定是反向连接，又因为用欧姆表时，电流从黑表笔流出，红表笔流入，所以AC间电阻小的时侯，黑表笔接的是二极管正极，即A为正极；二极管正向电阻为90Ω，反向电阻为10kΩ，电路连接如图乙所示。

 

　　

点评：二极管有阻值，正向阻值小，反向阻值大，教材只是定性介绍，通过习题拓展，给出具体数据比较，让学生对二极管阻值特点有更深入理解，体现自主学习理念。

 

　　二、实际物品阻值测量题型

 

　　例2  某同学在做《自来水电阻率的测定》课题时，先在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极，用如图1所示电路进行测量．两电极相距L=0．700m，其间充满待测的自来水。图中器材如下：

 

　　电压表（量程15V，内阻约30kΩ）、电流表（量程300μA，内阻约50Ω）、滑动变阻器（100Ω，1A）、电池组（电动势E=12V，内阻r=6Ω）、单刀单掷开关一个、导线若干。

 

　　表1是他测量通过管中自来水柱的电流及两端电压的实验数据．实验中他还用20分度的游标卡尺测量了玻璃管的内径，结果如图2所示

 

 

　　表1：

U/V	1．0	3．0	5．0	7．0	9．0	11．0
I/μA	22	65	109	155	190	240

 

 

　　根据以上材料请回答下面的问题：

 

　　（1）玻璃管内径d的测量值为____________cm；

 

　　（2）根据表1数据在图3坐标中作出U-I图象,根据图象求出电阻R=____________Ω；

 

　　（3）用直接测量值计算自来水电阻率的表达式是ρ= ____________,测量值为____________Ω·m（保留两位有效数字）；

 

　　（4）请在虚线框内画出测量自来水电阻的电路图。

 

　　解答：（1）玻璃管内径d的测量值为 30mm+0．05×15mm＝30．75mm＝ 3．075 cm；

 

　　（2）根据表1数据在图3坐标中作出U-I图象,根据图象求出电阻  ；

 

　　（3）测出通过管中自来水柱的电流I及两端电压U，

 

　　得到自来水柱的电阻：             ①

 

　　根据电阻定律：         ②

 

　　联立①②式得到自来水电阻率的表达式     

 

　　代入数据解得  Ω·m

 

 

　　（4）电路图：

 

　　点评：这是一道课题研究型题，从原理设计到实验操作，从仪表使用到图像处理，考查细微，立意新颖，源于教材，又高于教材，体现新课改精神，对研究性课题活动的开展具有指导意义。

 

　　三、电子仪表原理探秘题型

 

　　例3  在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量，如图所示，为电子秤的原理图，托盘和弹簧的电阻与质量均不计．滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表示数为零．设变阻器的总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻的阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想表，当托盘上放上某物体时，电压表的示数为U，求此时称量物体的质量。

 

 

　　解析：设托盘上放上质量为m的物体时，弹簧的压缩量为x，

 

　　由题设知：

 

　　mg=kx，则x=                ①   

 

　　由全电路欧姆定律知：

 

　　I=                   ②    

 

　　U=I·R′=I·                   ③   

 

　　联立①②③式求解得

 

　　                 

 

　　点评：此类题属于“STS”相结合的题型，精密仪表原理考查不断推陈出新，源于现代科技的日新月异，平时应注意这方面知识的涉取，多了解现代科技的信息，加强原理的理解和迁移，解题时注意各物理量之间的联系。

 

　　四、与传感器应用相联系的题型

 

　　例4  如图所示为检测某传感器的电路图。传感器上标有“3V、0．9W”的字样（传感器可看作一个纯电阻），滑动变阻器R0上标有“10Ω、1A”的字样，电流表的量程为0．6A，电压表的量程为3V。求：

 

　　（1）传感器的电阻和额定电流。

 

　　（2）为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？

 

　　（3）如果传感器的电阻变化超过标准值1Ω，则该传感器就失去作用。实际检测时，将一个恒压电源加在图中a、b之间，闭合开关S，通过调节R0。来改变电路中的电流和R₀两端的电压。检测记录如下：

 

	电压表示数U/V	电流表示数I/A
第一次	1．48	0．16
第二次	0．91	0．22

 

　　若不计检测电路对传感器电阻的影响，你认为这个传感器是否仍可使用？此时a、b间所加的电压是多少？

 

 

　　解析：（1）传感器的电阻R_传＝U²_传/P_传＝3²/0．9Ω＝10Ω     

 

　　传感器的额定电流I_传＝P_传/U_传＝0．9/3A＝0．3A

 

　　（2）要求电路各部分安全，则要求电路的最大电流I=I_传＝0．3 A

 

　　此时电源电压量大值  Um＝U_传+Uo

 

　　U_传为传感器的额定电压，Uo为R₀调至最大值R_0m=10Ω时，R₀两端的电压，即

 

　　Uo＝I_传R_0m＝0．3×10 V＝3 V 

 

　　∴电源电压最大值U_m＝U_传+U₀＝3 V+3 V＝6 V 

 

　　（3）设实际检测时加在A．b间的电压为U，传感器的实际电阻为R′_传。根据第一次实验记录数据有：U＝I₁R′_传＋U₁  

 

　　即：U＝0．16×R′_传＋1．48 

 

　　根据第二次实验记录数据有：U＝I₂R′_传+U₂

 

　　即；U＝0．22×R′_传＋0．91 

 

　　解得：R′_传＝9．5Ω    U＝3 V 

 

　　传感器的电阻变化为ΔR＝R_传-R′_传＝l0Ω-9．5Ω<0．5Ω

 

　　∴此传感器仍可使用。 

 

　　点评：现代科技的发展推动了传感器的广泛应用，熟练掌握各类传感器工作原理和基本特征，加强基本概念的理解和基本规律的运用，是解决此类问题的关键。

2011-05-05