伏安法測電阻實驗中器材選取及其連接方式淺談

關建國

在電學實驗中，學生最棘手的是讓自己從所給器材中選出合適器材完成給定的實驗，究其原因，大多是不會利用實驗的原理分析并解決問題，電學中測電阻的實驗，盡管有多方法，但其原理都是從部分電路歐姆定律入手，用合適的方法組成電路，測出待測電阻上通過的電流及加在其兩端的電壓，并注意電表在電路中的保護和盡量減少誤差（包括偶然誤差和系統誤差），決定選擇合適的器材及其正確的連接方式。

例題：現需測定一個額定功率為（1/20）w，阻值約為25ΚΩ電阻的阻值，備用有以下器材。

1、直流電流表三個：

A1 0～50μΑ 內阻2ΚΩ，

A2 0～100μΑ 內阻1ΚΩ，

A3 0～500μΑ 內阻200Ω，

2、直流電壓表三個：

V1 0～1V 內阻10ΚΩ，

V2 0～10V 內阻100ΚΩ，

V3 0～50V 內阻500ΚΩ，

3、直流電源三種：

E1 電動勢為1.5V的兩節干電池，

E2 15V穩壓電源，額定電源1A，

E3 50V穩壓電源，額定電源2A，

4、滑線變阻器一個“1ΚΩ 1W”

5、電鍵一個和導線若干

要求：（1）要使實驗結果有盡可能高的精確度，應選用哪些器材？

（2）畫出實驗用的電路圖。

解析：首先，按照實驗要求，必須準確測出待測電阻上通過的電流和電壓，這就要考慮電流表和電壓表的接法，因為所給的電壓表內阻都不滿足Rv>>Rx，則電表應用圖1的接法RA<

Um≈ImRx=500×10-6×2.5×104=12.5（V），所以電源選用E2，確定了電源后，考慮到實驗中滑線變阻器能降低一部分電壓，再者通過Rx的電流應小于500μΑ，則電壓表選V2。 如果選V3，量程為50V，而從上述計算可知電壓表測量的數據應在12.5V以內，這樣V3的指針不能偏轉到中央至2/3位置處，只在一個小范圍內變化，數據難以讀準，偶然誤差較大，故不選V3。再看滑線變阻器的連接方法，若按如圖2限流式電路接法，滑線變阻器觸頭的阻值最大處，此時電路中電流最小，其值為

Imin≈E2/R+Rx=6×10-4（A） ，

已超過電流表A3的量程500μΑ，所以不能采用圖2的限流式接法，另一方面，這種接法降落在滑線變阻器端的電壓約為：

U≈IminR=6×10-4×103=0.6（V）。

此時電壓表兩端的電壓為Uv=15-0.6=14.4（V），超過電流表V2的量程（10V），故滑動變阻器不能串聯在電路中使用，根據以上分析知滑動變阻器必須用分壓式電路接法，如圖3所示， 因滑線變阻器的額定功率為1W， 阻值為1ΚΩ， 所以可知其額定電流I≈0.032（A），在滑線變阻器觸頭向右滑動的過程中通過計算，其觸頭以右部分通過的電流（電 路中的總電流）總小于其額定電流，說明圖3所示實驗電路的接法是正確的，一般情況下，當滑線變阻器最大阻值大于Rx時，滑線變阻器常用限流式接法（如圖2）；而當滑線變阻器最大值遠小于Rx時，必須用分壓式接法（如圖3），才能起到保護電路的作用或滿足實驗要求。