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物理实验—电阻的测量(一)

导语:电学实验中电阻的测量方法。

1)伏安法:伏安法测电阻的原理是部分电路的欧姆定律,测量电路有安培表内接或外接两种接法,如图甲、乙:

两种接法都有系统误差,测量值与真实值的关系为:当采用安培表内接电路(甲)时,由于安培表内阻的分压作用,电阻的测量值;当采用安培表外接电路(乙)时,由于伏特表的内阻有分流作用,电阻的测量值,可以看出:当时,电阻的测量值认为是真实值,即系统误差可以忽略不计。所以为了确定实验电路,一般有两种方法:

一是比值法,若时,通常认为待测电阻的阻值较大,安培表的分压作用可忽略,应采用安培表内接电路;若时,通常认为待测电阻的阻值较小,伏特表的分流作用可忽略,应采用安培表外接电路。时,两种电路可任意选择,这种情况下的电阻 R0叫临界电阻,,待测电阻 R xR0比较:若 R x> R0时,则待测电阻阻值较大;若 R x< R0时,则待测电阻的阻值较小。

二是试接法:在 R A R V未知时,若要确定实验电路,可以采用试接法,如图所示:

如先采用安培表外接电路,然后将接头 Pa点改接到 b点,同时观察安培表与伏特表的变化情况。若安培表示数变化比较显著,表明伏特表分流作用较大,安培表分压作用较小,待测电阻阻值较大,应采用安培表内接电路。 若伏特表示数变化比较显著,表明安培表分压作用较大,伏特表分流作用较小,待测电阻阻值较小,应采用安培表外接电路。

2)欧姆表:欧姆表是根据闭合电路的欧姆定律制成的。

a.欧姆表的三个基准点。

如图,虚线框内为欧姆表原理图。

欧姆表的总电阻 R x= R+ R g+ r,待测电阻为 R x,则

,可以看出, I xR x按双曲线规律变化,因此欧姆表的刻度不均匀。 R x= 0时,——指针满偏,停在 0刻度;当 R x=∞时, I x= 0——指针不动,停在电阻∞刻度;当 R x= R z时,——指针半偏,停在 R z刻度,因此 R x又叫欧姆表的中值电阻。如图所示。

b.中值电阻 R z的计算方法:当用 R x× 1档时,,即表盘中心的刻度值,当用 R× n档时, R' z= nR z

c.欧姆表的刻度不均匀,在“∞”附近,刻度线太密,在“ 0”附近,刻度线太稀,在“ R x”附近,刻度线疏密道中,所以为了减少读数误差,可以通过换欧姆倍率档,尽可能使指针停在中值电阻两次附近范围内。由于待测电阻虽未知,但为定值,故让指针偏转太小变到指在中值电阻两侧附近,就得调至欧姆低倍率档。反之指针偏角由太大变到指在中值电阻两侧附近,就得调至欧姆高倍率档。

3)用安培表和伏特表测定电池的电动势和内电阻。

如图所示电路,用伏特表测出路端电压 U 1,同时用安培表测出路端电压 U 1时流过电流的电流 I 1;改变电路中的可变电阻,测出第二组数据 U 2I 2;根据闭合电路欧姆定律,列方程组:解之,求得

上述通过两组实验数据求解电动势和内电阻的方法,由于偶然误差的原因,误差往往比较大,为了减小偶然因素造成的偶然误差,比较好的方法是通过调节变阻器的阻值,测量 5组~ 8组对应的 UI值并列成表格,然后根据测得的数据在 U—— I坐标系中标出各组数据的坐标点,作一条直线,使它通过尽可能多的坐标点,而不在直线上的坐标点能均等分布在直线两侧,如图所示:这条直线就是闭合电路的 U—— I图像,根据 U=ε- IrUI的一次函数,图像与纵轴的交点即电动势,图像斜率