巧設電路 消除誤差

在電路實驗中，常用安培表和伏特表測量電路中的電流和電壓，實驗時由于電流表、電壓表的接入，在測試電路中不可避免地要分壓、分流，改變被測電路的工作狀態，產生系統誤差。一般情況下我們采用控制電表分壓、分流作為減小系統誤差的有效途徑，但系統誤差只能減小不能消除，筆者在教研工作中發現：只要巧妙地設置電路，就可以在一些實驗中消除系統誤差，下面以人教版高中物理第二冊第228頁學生實驗三“描繪小燈泡的伏安特性曲線”為例，進行例說。

“描繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗電路如圖1和圖2兩種情況，圖1是電壓表內接電路，其特點是電壓表測量的數值是小燈泡兩端的實際電壓，而電流表測量的數值不是通過燈泡的實際電流。圖2是電流表內接電路，其特點是電流表測量的數值是通過小燈泡的實際電流，而電壓表測量的數值包含電流表的分壓值，不是小燈泡兩端的實際電壓。圖1、圖2兩個電路實驗時所描繪出小燈泡的伏安特性曲線均含有電壓表分流或電流表分壓所造成的系統誤差。為了在實驗中得到小燈泡準確的伏安特性曲線，對圖1和圖2兩個實驗電路進行改進，改進后的電路分別如圖3和圖4所示。圖3電路中四個電表構成兩級電壓表內接電路，且兩個電壓表電器參數相同，其原理如下：電壓表V₂的分流：I_V2=I₂-I₁（1）

因兩電壓表電器參數相同，其示數大小與其分流大小成正比。

即：U₁/U₂=I_V1/I_V2（2）

由（1）和（2）得：

I_V1=U₁/U₂#8226;I_V2=U₁/U₂（I₂-I₁）（3）

（3）式表明：電壓表V₁的分流大小，可借助電表監測，依據電表示數便可消除電壓表分流產生的系統誤差。

燈泡兩端的實際電壓是電壓表V1的示數U₁，通過燈泡的實際電流是：I_燈=I₁-I_V1（4）

改變可變電阻器的阻值，就可得出相對應的U₁和I_燈，由此可以準確的繪出小燈泡的伏安特性曲線。圖4電路四個電表構成兩級電流表內接電路，且二個電流表的電器參數相同。其原理如下：

電流表A₂的分壓，U_A2=U₁-U₂（5）

因兩電流表的電器參數相同，其示數大小與其分壓大小成正比：

即：I₁/I₂=U_A1/U_A2（6）

由（5）和（6）得：

U_A1=I₁/I₂#8226;U_A2=I₁I₂（U₁-U₂）（7）

（7）式表明，電流表A₁的分壓大小，可借助電表監測，依據電表示數便可消除電流表分壓產生的系統誤差。

燈泡兩端實際電壓是：U_燈=U₁-U_A1（8）

通過燈泡的實際電流是：A₁的示數I₁。

改變可變電阻器的阻值，就可以得出相對應的U_燈和I₁，由此可以準確的繪出小燈泡的伏安特性曲線。由上述可知四個電表分別構成兩級安培表外接電路和兩級伏特表外接電路，組成了一個既具備常規測試功能又具備監測功能的雙重電表電路，便可消除實驗系統誤差。

(欄目編輯王柏廬)

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