浅谈单刀双掷开关的应用之二

浅谈单刀双掷开关的应用之二
作者：王利展梁兰英苏福河
来源：《读写算》2012年第14期
某杂志2003.6.P46登载《巧用单刀双掷开关》一文，仅举两例用单刀双掷开关测量未知电阻RX。

如图1所示的方案：当单刀1触3时“电流是上进下出表V的”；当1触2时“电流是下进上出表V的”，故该方案不能采用！而如图2所示的测试电路，实质是把两个简单电路视为一个并联电路！由于实验原理涉及闭合电路欧姆定律，故该方案实属纸上谈兵！拙文以两幅电路图为例，简介单刀双掷开关在测量小灯泡的电功率P额电路中的应用，不当之处敬请各位师长施教。

我们认为测定小灯泡的电功率P额、必须注意如下几个点：
⑴实验原理：必须遵守闭合电路欧姆定律！当只给一块表V不准使用表A时，用测量值表达的测量结果，需要依据“IL＝I0或U＝UL＋U0”串联电路特点；而只给一只表A不准使用表V时，用测量值表达的测量结果，还需要依据“UL＝U0或I＝IL＋I0”并联电路规律；此时仅书写“p额＝U额I额”是不完整的。

⑵选用器材：由于滑动变阻器的说明书里已注明：总阻值误差为±8%；电阻圈的说明书里也写着：产品出厂前电桥测定，阻值允许误差不大于±1%！我们曾对仪器库里三种滑动变阻器普测表明：80%以上ΔR > 5%!故知绝不能使用滑动变阻器替代电阻圈做测定性实验！
⑶设计方案：应遵循“低电压弱电流”的原则，其好处有：
①在通电时间一定时，每次消耗的电能少，若用干电池做此实验，电源电压衰减能慢些；
②能减小由于电流的热效应而使RX值变大、减小电阻发热而产生的误差；
③每次实验电压均低于3Ｖ，能使表V选用“０～3Ｖ”量程、表A选用“０.0～0.6A”量程，从而提高了测量的准确度；
④能使学生进一步学“会使用电流表和电压表”、正确读取测量值。

⑷读取数据：实验室里配备的表A和表V，准确度都是2.5级即为2.5％，当指针满偏时“允许误差多达±0.75个分度值”（小格）！故在有多只电表的实验里，一定要通过滑动变阻器的调节，使它们的指针都能靠近、不一定都能指在某一条刻线后再读数。

例1、只给一块表V和已知阻值的电阻圈R0、不准改动电路连接导线，使用普通干电池做电源（以下均相同），测定一只仅标有“2.5V”小灯泡的P额如图3所示：基本要求是L和
R0必须串联接在电路中,且不准用导线或开关把它们任意一个“短接”起来！
方案⑴：闭合开关S（以下均省略）先使单刀双掷开关（简称“单刀”）2触3、5触6后移动滑动变阻器的滑片（简称“滑片”），直到表V示数为U额＝2.5 V时滑片位置不动，再立即将单刀2触1、5触4，测出Ｒ0两端的电压为U0。

则Ｐ额＝2.5 V·Ｕ0/Ｒ0。

方案⑵：先使单刀2触 3、5触6后移动滑片，直到表V示数为U额＝2.5 V时，滑片和单刀5的位置不动、再立即将2触1，测出Ｒ0和L两端的总电压为U，则Ｐ额＝2.5 V·（U－2.5 V）/Ｒ0。

……
例2、只给一块表A和已知阻值的电阻圈R0，测定一只仅标有“2.5V”小灯泡的P额如图4所示：前提条件是R0和L一定要并联接在电路中,且各支路必须同时处于通路状态！
方案⑴：先使单刀2触3、单刀5触6后移动滑片，直到表A示数为I0＝2.5 V / R0时滑片位置不动，再立即使单刀2触1、5触4，测出L的电流为I额，则P额＝2.5 V·I额。

方案⑵：先使单刀2触3、5触6后移动滑片，直到表A示数为I0＝2.5 V/ R0时，滑片和单刀2的位置不动、再立即使单刀5触4，测出R0与L的总电流为I，则P额＝2.5V·（I－
I0）。

……
例3、只给一块表V和已知阻值的电阻圈R0，测定一只仅标有“0.3A”小灯泡的P额如图3所示：
方案⑴：先使单刀2触 1、5触4后移动滑片，直到表V示数为U0＝0.3A·R0时滑片位置不动，再立即使单刀2触 3、5触 6、测出L两端的电压为U额，则：P额＝0.3A· U额。

方案⑵：先使单刀2触1、5触4后移动滑片,直到表V示数为U0＝0.3A·R0时，滑片和单刀2的位置不动、再立即将单刀5触6，测出R0和L两端的总电压为U，则P额＝0.3A·（U －U0）。

……
例4、只给一块表A和已知阻值的电阻圈R0，测定一只仅标有“0.3A”小灯泡的P额如图4所示：
方案⑴：先使单刀5触4、单刀2触1后移动滑片，直到表A示数为I额＝0.3A时滑片位置不动，再立即将单刀5触6、2触3、测出R0的电流为I0，则P额＝0.3A·I0R0。

方案⑵：先使单刀2触1、单刀5触4后移动滑片，直到表A示数为I额＝0.3A时、滑片和单刀5的位置不动，再立即使单刀2触3、测出R0与L的总电流为I ，则P额＝0.3A·（I－0.3A）R0。

……
说明：
⑴在电学总复习阶段，展示图2或图3让学生回答：依据该图你能探究出哪些电学规律？还能测出哪些电学物理量的值？多年的教学实践证明，这一做法能够收到非常好的教学效果。

⑵在下列相应的课后留出思考题：只用一块电表、不准改动电路连接导线和移动表的位置，只靠断开或闭合数量充足的开关，怎样探究出：
①只用一块表A，怎样探究出“并联电路的电流规律”（注：图4还能探究出“并联电路的电流分配规律”，进而推导出“并联电路的电功和电功率的分配规律”）；
②只用一块表V，怎样探究出“串联电路的电压特点”（注：图3还能探究出“串联电路总电压的分配规律”，进而推导出“串联电路的电功和电功率的分配规律”）；
③只用一块表A或表V，怎样测出未知电阻RX；
④只用一块表A或表V，怎样测出一只仅标有0.3A或2.5V小灯泡的P额？……上述课后留的思考题，能为电学总复习阶段的诸多测试方案设下伏笔。

请参看拙文《浅谈单刀双掷开关的应用之一》。

以上谬误难免，敬请各位师长斧正。