電學(xué)中電阻值測(cè)量實(shí)驗(yàn)與誤差分析

馮哲

摘 要：為了促進(jìn)高中電學(xué)中理論知識(shí)的掌握，對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要非常重視，不僅要好好做實(shí)驗(yàn)，還要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行必要的分析。本文研究了電阻值測(cè)量實(shí)驗(yàn)中所用的幾種測(cè)量電路，分析了各電路所適合的場(chǎng)合，分析了實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的誤差，提出了使用策略。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)，電阻值測(cè)量，測(cè)量電路，實(shí)驗(yàn)誤差

高中物理學(xué)科中的電學(xué)，是理論與實(shí)際結(jié)合非常緊密的，如果我們僅僅注重理論而忽略實(shí)際，那么理論知識(shí)必然掌握的不夠扎實(shí)。[1]在做電學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)誤差，當(dāng)出現(xiàn)誤差時(shí)，我們應(yīng)該怎么分辨，怎么處理呢？這就需要我們對(duì)各個(gè)電學(xué)元器件和測(cè)量?jī)x表的特性掌握的非常清楚。本文將就高中電學(xué)中的一個(gè)重要的基礎(chǔ)電學(xué)實(shí)驗(yàn)，來(lái)對(duì)誤差進(jìn)行分析和處理。

電阻阻值的測(cè)量有兩種方法，第一是用萬(wàn)用表的電阻檔直接測(cè)量，第二是用電壓表和電流表分別測(cè)得電阻兩端的電壓和電流，利用歐姆定律來(lái)求取。

一、萬(wàn)用表測(cè)電阻

這種測(cè)量方法的誤差受萬(wàn)用表精度的影響，若需要精確測(cè)量電阻值，可以選擇精度高的萬(wàn)用表。

二、電壓表和電流表測(cè)電阻

為了測(cè)試一個(gè)電阻的阻值，同時(shí)研究其在電路中的伏安特性，可將待測(cè)的電阻接入測(cè)量電路中。其接法分為四種，分別是：分壓式外接測(cè)量電路、分壓式內(nèi)接測(cè)量電路、限流式外接測(cè)量電路和限流式內(nèi)接測(cè)量電路。[2]

（一）分壓式外接測(cè)量電路及其誤差分析

分壓式外接測(cè)量電路的電路圖如圖1所示。

圖1中RL為未知電阻，R0為電阻可變的滑動(dòng)變阻器。[3]當(dāng)采用如圖1的接法時(shí)，電壓表顯示RL的實(shí)際電壓。但是因?yàn)殡妷罕韮?nèi)阻的影響，電流表測(cè)量到的流過(guò)RL的電流比其實(shí)際電流要大，因此測(cè)得的RL的電阻值將比實(shí)際電阻值小。隨著R0的變化，電壓表的讀數(shù)可以從零開始連續(xù)變化。

（二）分壓式內(nèi)接測(cè)量電路及其誤差分析

分壓式內(nèi)接測(cè)量電路的電路圖如圖2所示。

圖2的待測(cè)電阻和電流表串聯(lián)，所以電壓表所測(cè)到的電壓偏大，從而求取的電阻值將偏大。

（三）限流式外接測(cè)量電路及其誤差分析

限流式外接測(cè)量電路的電路圖如圖3所示。

圖3中的電路結(jié)構(gòu)比圖2簡(jiǎn)單，由于被測(cè)電阻與電壓表內(nèi)阻并聯(lián)，所以相比圖2而言，電路中總電流小，整體功耗比較小。

（四）限流式內(nèi)接測(cè)量電路及其誤差分析

限流式內(nèi)接測(cè)量電路的電路圖如圖4所示。

圖4中電路所測(cè)得的電阻值大于實(shí)際值，功耗低。

三、分壓式接法和限流式接法的比較

分壓式接法的優(yōu)點(diǎn)是：（1）其電壓可從零開始到路段電壓連續(xù)變化，從而在測(cè)量多組電壓和電流值計(jì)算平均值或者繪制圖形求取被測(cè)電阻時(shí)，由于多組值之間變化較大，可以得到精確的測(cè)量電阻；（2）當(dāng)RL的阻值遠(yuǎn)大于R0的阻值時(shí)，用限流式接法，所測(cè)得的電壓和電流變化不明顯，無(wú)法得到精確的被測(cè)電阻值，此時(shí)一般使用分壓式接法。

限流式接法的優(yōu)點(diǎn)是：（1）限流式接法中，電路中總電流較小，總的電路功耗較低；（2）限流式接法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

因此，當(dāng)在對(duì)被測(cè)電阻的阻值進(jìn)行精確測(cè)量，要求電壓表讀數(shù)從零開始變化時(shí)，多采用分壓式接法，而要求電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗能低時(shí)采用限流式接法。

四、內(nèi)接法和外接法的比較及誤差分析

內(nèi)接法的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于電阻值較大的電阻而言，若其電阻值越大于實(shí)驗(yàn)中所采用電流表的內(nèi)阻，則測(cè)量誤差越小。

外接法的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于電阻值較小的電阻而言，若其電阻值越小于實(shí)驗(yàn)中所采用電壓表的內(nèi)阻，則測(cè)量誤差越小。

所以當(dāng)待測(cè)電阻較大時(shí)，采用內(nèi)接法，否則，采用外接法。

五、總結(jié)

通過(guò)對(duì)電阻阻值測(cè)量實(shí)驗(yàn)的四種電路接法進(jìn)行研究，總結(jié)了每種接法的優(yōu)缺點(diǎn)，并且總結(jié)了每種接法適用的場(chǎng)合。上述方法可以在思想上指導(dǎo)其他電學(xué)實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]張晟霆.高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析[J].黑龍江科學(xué)，2017，8（05）：104-105.

[3]阿克木哈孜·馬力克.用伏安法測(cè)電阻和電表內(nèi)阻[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2013，25（02）：58-59.

[4]薛朝偉.高中物理電學(xué)學(xué)習(xí)心得[J].科技風(fēng)，2017（03）：246.