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摘 要:伏安法测量电阻是电阻测量中一种常用的测量方法.在历年高考经常出现它的身影,但不少同学在学习中对这种方法认识上模棱两可,以致于在测量中应采用哪种电路以及测量值偏大、偏小的问题上无所适从.下面所介绍的方法能有效地消除认识上的误区,判断起来得心应手。
关键词:伏安法;测量
1.原理:欧姆定律I=U/R
2.两种测量电路
如上图所示[a]为外接法,[b]为内接法,图中R为待测电阻.由于电压表、电流表分别有分流、分压的作用,因此两种方法测量都有误差.设电流表内阻为RA,电压表内阻RV.
(1)采用外接法测电阻时如图[a]:I=IR+IV UR=u,所以R测=U/(IR+IV)=U/(U/R+U/RV) (2)采用内接法测电阻时如图[b]:I=IR , U=UA+UR,所以R测=U/I=UA+UR/I=RA+R>R内接法测量值偏大 ,当R>>RA时,R测=R即测量值越接近真实值.大阻值采用内接法.
(3)测量电路的选择:
由于电流表的分流作用与电压表的分压作用,造成表的示数与通过负载的电压与电流真实值之间存在误差,为减小此系统的误差,应慎重选择电流表的内外接法,方法如下:
①直接比较法:当待测电阻RX﹤﹤RV时,伏特表的分流作用很小,选择外接法;当待测电阻RX>>RA时,安培表的分压很小,选择内接法.
②临界值计算比较法:当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时,要计算两种接法的相对误差,可用RV/R与R/RV相比较
③试触法:
若RX.RA.RV的大小关系事先没有给定,可借助试触法确定内、外接法.
如图所示所组成的电路,其中电流表已事先接好,拿电压表的一个接线柱
去分别试触M、N两点,观察先后两次试触时两点表示数变化情况,如果电流表示数变化比电压表示数变化明显,即说明接M点电压表分流作用引起的误差大于接N点时电流表分压作用引起的误差,这时应采用内接法﹔如果电压表示数变化比电流表示数变化明显,即说明接N点时电流表分压作用引起的误差大于接M点时电压表分流作用引起的误差,这时应采用外接法。
由此可见测量电阻的伏安法可概括为四个字:外小内大﹕小电阻用外接法,大电阻用内接法;采用外接法测量值偏小,采用内接法测量值偏大.
例1:用伏安法测某一电阻RX阻值,现有器材如下:
待测电阻RX[阻值约5Ω,额定功率为1W]
电流表A1[量程0-0.6A.内阻0.2Ω]
电流表A2[量程0-3A,内阻0.05Ω]
电压表V1[量程0-3V,内阻3KΩ]
电压表V2[量程0-15V,内阻15KΩ]
為了较准确测量RX阻值,电压表、电流表应选___________并画出测量电路.
解析:由待测电阻RX额定功率和阻值的大约值,可以计算出待测电阻RX的额定电压、额定电流的值.
例2.某待测电阻阻值约为100Ω左右,提供电压表阻值为300Ω,电流表内阻为2Ω,现用伏安法测量该电阻的阻值,问电流表选用哪种接法测量误差较小?
例3.某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值,他先将电压表接在b点,如图所示,读得两表的读数分别为U1=3.0V I1=3.0mA,然后用电压表接在a点,读得两表的示数分别为U2=2.9V,I2=4.0mA,由此可知电压表应接在____点,测得R值应为____Ω.
解析:比较两次读数可知:△U=3.0-2.9=0.1V,△I=4.0-3.0=1.0mA;△U/U=1/30,△I/I=1/3,可见电流表读数变化显著,表明Rx阻值较大,因此采用内接法,即电压表应接在b点,而R=U1/I1=1000Ω。
参考文献:
[1]闫培新.“伏安法”测电阻的电路设计实验拓展[J].中学物理教学参考,2018,47(07):67-70.
[2]赵至滢,李朝兵.伏安法测电阻改进方法探讨[J].山东工业技术,2018(03):161+183.
关键词:伏安法;测量
1.原理:欧姆定律I=U/R
2.两种测量电路
如上图所示[a]为外接法,[b]为内接法,图中R为待测电阻.由于电压表、电流表分别有分流、分压的作用,因此两种方法测量都有误差.设电流表内阻为RA,电压表内阻RV.
(1)采用外接法测电阻时如图[a]:I=IR+IV UR=u,所以R测=U/(IR+IV)=U/(U/R+U/RV)
(3)测量电路的选择:
由于电流表的分流作用与电压表的分压作用,造成表的示数与通过负载的电压与电流真实值之间存在误差,为减小此系统的误差,应慎重选择电流表的内外接法,方法如下:
①直接比较法:当待测电阻RX﹤﹤RV时,伏特表的分流作用很小,选择外接法;当待测电阻RX>>RA时,安培表的分压很小,选择内接法.
②临界值计算比较法:当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时,要计算两种接法的相对误差,可用RV/R与R/RV相比较
③试触法:
若RX.RA.RV的大小关系事先没有给定,可借助试触法确定内、外接法.
如图所示所组成的电路,其中电流表已事先接好,拿电压表的一个接线柱
去分别试触M、N两点,观察先后两次试触时两点表示数变化情况,如果电流表示数变化比电压表示数变化明显,即说明接M点电压表分流作用引起的误差大于接N点时电流表分压作用引起的误差,这时应采用内接法﹔如果电压表示数变化比电流表示数变化明显,即说明接N点时电流表分压作用引起的误差大于接M点时电压表分流作用引起的误差,这时应采用外接法。
由此可见测量电阻的伏安法可概括为四个字:外小内大﹕小电阻用外接法,大电阻用内接法;采用外接法测量值偏小,采用内接法测量值偏大.
例1:用伏安法测某一电阻RX阻值,现有器材如下:
待测电阻RX[阻值约5Ω,额定功率为1W]
电流表A1[量程0-0.6A.内阻0.2Ω]
电流表A2[量程0-3A,内阻0.05Ω]
电压表V1[量程0-3V,内阻3KΩ]
电压表V2[量程0-15V,内阻15KΩ]
為了较准确测量RX阻值,电压表、电流表应选___________并画出测量电路.
解析:由待测电阻RX额定功率和阻值的大约值,可以计算出待测电阻RX的额定电压、额定电流的值.
例2.某待测电阻阻值约为100Ω左右,提供电压表阻值为300Ω,电流表内阻为2Ω,现用伏安法测量该电阻的阻值,问电流表选用哪种接法测量误差较小?
例3.某同学用伏安法测一个未知电阻的阻值,他先将电压表接在b点,如图所示,读得两表的读数分别为U1=3.0V I1=3.0mA,然后用电压表接在a点,读得两表的示数分别为U2=2.9V,I2=4.0mA,由此可知电压表应接在____点,测得R值应为____Ω.
解析:比较两次读数可知:△U=3.0-2.9=0.1V,△I=4.0-3.0=1.0mA;△U/U=1/30,△I/I=1/3,可见电流表读数变化显著,表明Rx阻值较大,因此采用内接法,即电压表应接在b点,而R=U1/I1=1000Ω。
参考文献:
[1]闫培新.“伏安法”测电阻的电路设计实验拓展[J].中学物理教学参考,2018,47(07):67-70.
[2]赵至滢,李朝兵.伏安法测电阻改进方法探讨[J].山东工业技术,2018(03):161+183.