關于電阻的測量方法

顧為強

(江蘇省泰州中學,江蘇泰州 225300)

關于電阻的測量方法

顧為強

(江蘇省泰州中學,江蘇泰州 225300)

電阻的測量是中學物理中的基本測量.其中遷涉到的物理規律有部分電路的歐姆定律、閉合電路的歐姆定律、串并聯電路的特點;電學儀器和元器件有電壓表、電流表、多用電表、電阻箱、滑動變阻器、標準電阻、開關等;考查內容包括實驗原理、實驗電路及實驗方案的設計、實驗器材的選擇和正確使用及實驗數據的處理.所以在近幾年高考中每年都有電阻測量的考題,2010年涉及到的考題如下:全國卷2第23題用“替代法”測熱敏電阻RT、新課標卷第23題用“伏安法”測熱敏電阻RT、天津卷第9題用“串聯電路的分壓特點”測量電壓表V1的內阻RV、福建卷第19題用“伏安法”測電阻、北京卷第21題用“半偏法”測定電流計的內電阻rg.電阻的測量綜合性強,能很好地考查學生分析問題、解決實際問題的能力,應引起我們的足夠重視.下面就電阻的幾種測量方法的原理和誤差進行比較.

1 歐姆表測電阻

(1)指針式歐姆表

圖1

(2)數字式多用電表

原理及使用同指針式電表相似,主要優點是測量精度高,直接顯示數字.

2 伏安法測電阻

原理是部分電路歐姆定律,根據待測電阻和電壓表、電流表內阻之間的大小關系,分別選用電流表的外接法,電流表內接法,以減小測量誤差.

圖2

3 利用串并聯電路的特點測電阻

本實驗的誤差來自于電流表A2的內阻,當Rx?RA2時誤差較小.一般可以用來測量較大的電阻或在已知RA2時使用.

圖3

本實驗也可以用如圖5所示電路,用一個電壓表和單刀雙擲開關進行測量.

4 等效替代法測電阻

圖6

圖7

原理是根據閉合電路歐姆定律.如圖6所示,R0為電阻箱,實驗時先將 S2撥到a,讀出電流表的讀數I,再將開關撥到b,調節R0,使用電流表讀數再次為I,則Rx=R0.本實驗中R的作用是①限流保護作用;②可以通過調節R而改變電路中的電流,在不同條件下多測幾組Rx的值,再取平均值.也可以通過如圖7所示的方法通過用電阻箱替代待測電阻而使電壓表讀數相同來測量電阻.

本實驗的誤差主要來自于電阻箱的電阻值以及電表的精確度.

5 半偏法測電表電阻

(1)用半偏法測電流表內阻,原理是閉合電路歐姆定律及并聯電路的分流特點.如圖8,先將R1調至最大,閉合S1,斷開S2,調節R1,使電流表半滿,閉合S2,調節R2使電流表半偏,則Rg=R2.

(2)用半偏法測電壓表的內阻.原理是閉合電路歐姆定律及串聯電路的分壓特點.如圖9所示,先調節R1滑片至右端,使取樣電壓較小,調節R2使R2=0,然后調節R1使電壓表滿偏,最后再調節R2使電壓表半偏,則RV=R2.

誤差分析:當R2從0調至某一值時,R2、RV串聯后與R1左端部分并聯,并聯電阻值略變大,分壓器取樣電壓略變大,從而使UR2略大于URV,即R2略大于RV,用R2表示RV的測量值,使RV的測量值偏大.要減小誤差,必須R1?R2.

6 用電橋平衡法測電阻

圖10

本實驗誤差主要來自于接觸電阻及檢流計的靈敏度,所以,測量較大電阻時誤差很小.

電阻的測量方法雖然很多,每種方法都有其優缺點,但都是根據歐姆定律或串并聯電路特點來設計的,在實際應用時,應根據給定的實驗器材,設計出簡單易行,測量精度符合要求的實驗方法去完成實驗目的.

2010-09-05)