电学实验总复习：电阻的测量

电学实验总复习用电压表测电压用电流表测电流外接法？内接法？为减小误差，多测几组数据，求平均值滑动变阻器限流式？分压式？AVAV1.原理URIIUR一伏安法测电阻“同一性”2.电路限流器电路，安培表内接法RXAV··限流器电路，安培表外接法RXAV分压器电路，安培表内接法分压器电路，安培表外接法RXAVRXVA1.什么是测量值和真实值？2.测量值比真实值偏大还是偏小？4.误差产生的原因如何？5.如何减少误差？3.测量值本质上测得是什么量？根据测量值如何求真实值？6.什么情况下用外（内）接法？伏安法测电阻之内接外接3.测量电路的选择内接法RXVA··RXAV··外接法xAxRxARxRRRIUUIUR＝＝测测测由于电流表分压引起的。误差产生的原因:若时，采用电流表内接法XRARxVxVxVRxRxRRRRRIIUIUR＝＝测测测由于电压表分流引起的。误差产生的原因：内接法RXVA··RXAV··外接法XRVR若时，采用电流表外接法。①比值法b.选择方法：内接法与外接法的选择a.条件：已给出R的估计阻值内接法RXVA··RXAV··外接法结论：与哪个比值大Rx就与对应表“近接”RARxRVRx若时，采用电流表内接法。XRARXRVR若时，采用电流表外接法。②试触法b.选择方法：将电压表分别接a、b两点结论：两次接触，那个表示数变化明显,Rx就与那个表“近接”a.条件：未给出RX的估计阻值RXVA··Pab如果电流表示数有显著变化，说明电压表的分流作用较强，不满足RXRV,不适应用电流表的外接法．应用电流表的内接法．安培表和伏特表示数变化显著（明显）的标志是它们的示数的变化量（绝对误差）占原来值的百分比大．（相对误差）从另一个角度来看，电压表的示数没有显著变化，说明电流表的分压作用很弱，满足RXRA,应选用内接法．P应接在b处。例1.一个未知电阻Rx无法估计其电阻值，某同学用伏安法测电阻的两种电路各测量一次，如图所示，按甲图测得数据是3.0V、3.0mA,按乙图测得数据是2.9V、4.0mA,由此可知按＿＿＿图所示的电路测量的误差较小，Rx的真实值更接近于＿＿＿＿Ω。甲1000思考1：Rx的真实值大于还是小于1000Ω？小于思考2：若已知电流表内阻为0.1Ω,那么Rx的真实值是多大？999.9Ω甲RXVA··RXAV··乙1.在限流器电路和分压器电路中待测电阻的电压的变化范围如何？2.在限流器电路和分压器电路中，滑动变阻器的阻值与待测电阻相比大一些调节方便还是小一些调节方便？4.什么情况下滑动变阻器采用限流器电路？什么情况下采用分压器电路？3.在限流器电路和分压器电路中，在合上开关以前，滑动变阻器的触头应处于什么位置？伏安法测电阻之限流分压RX分压器电路RX限流器电路负载RX的电压调节范围可见滑动变阻器的总阻值R越大，电阻RX两端电压的变化范围越大。变阻器总阻值R是Rx的2--5倍时，限流接法对电流、电压控制作用显著，这样既便于调节,用电器两端电压变化范围又比较大.(1)限流电路在合上开关以前，一定要使滑动变阻器所使用的阻值最大．RXPabERr=0EERRRXX如果题目没有要求待测电阻两端的电压从零开始连续可调，也没有要求多测几组数据，而且滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值大，并且在滑动变阻器连成限流电路时能保证电表和待测电阻正常工作，这时应从节省电能（）和电路简单考虑，选用限流电路。EIP＝源(2)分压电路RXPabERr=0负载RX的电压调节范围0---E在合上开关以前，一定要使滑动变阻器滑动头的初始位置置于a端．以使负载上的电压和电流最小．（均为零）滑动变阻器的总阻值R越小，越便于调节用电器两端电压．一般选用滑动变阻器的全电阻小于用电器的电阻,在0.1—0.5倍之间为好。要求测量结果尽量准确，需要多测几组数据；要求待测电阻两端电压变化范围较大；或要求从零开始连读可调，应选分压电路。如果滑动变阻器的全阻值比待测电阻的阻值小得多，为了能使待测电阻两端电压有较大变化，应选分压电路。如果采用限流电路时，电路中最小电流等于或大于待测电阻的额定电流或电流表的量程，应选分压电路A2A1．．．．．A2A1Rx．．．．．伏安法测电阻之发散思维2．“安安法”电流表的创新使用－－测电压．条件：已知电流表A2的内阻,将A2看成一个电压表使用．1．“伏安法”测电压表的电阻VA．．．电压表（电流表）是一个能读出其两端电压（通过其电流）的电阻．没有系统误差IURV2122IIRIRAx1221IRIRAA没有系统误差此电路能否测量出电流表的内阻？根据并联分流进行测量没有系统误差V1v2．．．RxV2v1．．．．．3．“伏伏法”电压表的创新使用－－测电流．2211VVRUUR221VxRUUR条件：已知电压表V2的内阻,将V2看成一个电流表使用．没有系统误差存在系统误差RxV2v1．．．．．2221VxRUUURR0V2v1．．．．．02122RUUURV能否消除？根据串联分压进行测量没有系统误差没有系统误差4.仪器的选择⑴安全性原则要保证所用仪器的安全，电源最大允许通过的电流、电压表和电流表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流、用电器的额定电压电流等。选择电源、电表和用电器时，保证其电流和电压均不超过使用的量程。⑵精确性原则尽量减小实验误差。选择电表时，在保证电流和电压均不超过使用量程的前提下，合理选择量程。务必使指针有较大偏转（一般取满偏度的2/3），电表达不到满偏的1/3是不允许的。⑶操作性原则：如滑动变阻器的选择，既要考虑它的额定电流，又要考虑它的阻值范围，当其阻值大于用电器的阻值时用限流电路调节电路的电压(电流)比较方便；当其阻值小于用电器的电阻时用分压电路调节电路的电压(电流)比较方便．⑷选择的一般步骤①根据实验要求设计合理的实验电路；②找出唯一性的器材；③估算电路中电压和电流的最大值或最小值，结合已知器材的规格选定电源、选定电压表和电流表以及所用的量程；④根据实验的要求和待测电阻的阻值选择滑动变阻器.例1.用伏安法测量金属导线的电阻R，试把图中给出的器材连接成测量R的合适的电路。图中安培表的量程为0.6A，内阻接近1Ω，伏特表的量程为3V，内阻为5KΩ;电源的电动势为6V，变阻器的阻值为0—20Ω。在闭合电键前，变阻器滑动触点应处于正确位置。解：金属导线的电阻不大，安培表应外接，变阻器电阻比较大，可用限流接法，画出电路图如下：+-RXAV··++例2：有一个电阻Rx，其阻值大约是25kΩ，可供选择的器材是：电流表A1(0----100μA,2kΩ)电流表A2(0----500μA,300Ω)电压表V1(0----10V,100kΩ）电压表V2(0----50V,500KΩ）直流稳压电源E（15V，1A）滑动变阻器R(1kΩ,1W)电键K和若干根导线．试选择适当的器材，选取适当的电路，使测量尽可能准确，并画出电路图，再将如图示的实物连线。解：（1）电压表、电流表的选择由于滑动变阻器的电阻明显小于待测电阻，因此滑动变阻器必须用分压器接法。若电压表选V2（50V），因为电源电压15V不足其量程的1/3，所以电压表应选V1（10V）。+－（2）电流表内接法和外接法的选择实验电路图E=15V25KΩ1KΩRXA2V1因为RX=25KΩ＞＞RA=300Ω，所以采用电流表内接法由于用分压器接法时，电阻RX中的最大电流为Imax=10V/25KΩ=0.4mA=400μA所以电流表选A2（500μA）例3.如图为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需的器材实物图，器材规格如下：(1)待测电阻Rx（约100Ω）(2)直流毫安表（量程0～10mA，内阻50Ω）(3)直流电压表（量程0～3V，内阻5kΩ）(4)直流电源（输出电压4V，内阻可不计）(5)滑动变阻器（阻值范围0～15Ω，允许最大电流1A）(6)电键一个，导线若干条．根据器材的规格和实验要求，在本题的实物图上连线．+－RXAV答：因毫安表内阻与待测电阻相近，必须“外接”．因为变阻器电阻很小，电源和滑动变阻器连接成分压电路，（全题6分．电源、滑动变阻器连接成分压电路，占3分．除电键接错扣1分外，其它任何错都不给这3分．伏安法测电阻的电路占3分，其中电流表应外接，即电压表应直接与待测电阻并联．这部分接线中有任何错误都不给这3分．）RXAV+－A1例4．某电压表的内阻在20～50kΩ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:待测电压表V(量程3V)电流表A1(量程200μA)电流表A2(量程5mA)电流表A3(量程0.6A)滑动变阻器R(最大阻1KΩ)电源ε(电动势4V)电键K.(1)所提供的电流表中,应选用_______(填写字母代号).(2)为了尽量减小误差,要求测多组数据.试在方框中画出符合要求的实验电路图．VA1．．解析：由于滑动变阻器用分压接法时，伏特表两端电压变化范围较大，可以多测几组数据，故滑动变阻器用分压接法．由于电压表中通过的最大电流为Imax=3V/20KΩ=150μA，因此电流表应选用A1．二．替代法测量电阻利用伏安法测电阻，无论电流表内接还是电流表外接都会对测量造成误差，而利用比较法测电阻可避免这些误差．实验时先连入某待测电阻，记下电路中电表的读数，然后把待测电阻换成电阻箱，调整电阻箱，使电路中电表的读数与原来一样，这样的电阻箱便是待测电阻的阻值．1.原理2.电路R0·RXA····S1S2ab+R0VS1RX···S2ab··P+用电阻箱和电流表测量用电阻箱和电压表测量例1．为了测量电流表A1的内阻，采用图示的电路，其中电流表A1的量程是0—300μA、内阻约为100Ω（待测）；A2是标准电流表，量程0--200μA；R1为电阻箱，阻值范围0—999.9Ω；ε为电池，电动势3V、内阻不计；S1为开关，S2为单刀双掷开关。按电路图接好电路后，将可变电阻器R2和电阻箱R1适当调节后，将单刀双掷开关S2扳到接点1处，接通开关S1，调节可变电阻R2，使两电表的读数都是150μA；然后将开关S2扳到接点2，调节电阻箱R1使标准电流表的读数仍是150μA，若此时电阻箱各旋钮位置如图，则：（1）电流表A1的内阻Rg=_________Ω.（2）为了保证两电流表的安全使用，限流电阻R3的阻值应选A.100ΩB.150ΩC.10KΩD.15KΩ（）（3）可变电阻器R2应选：A.2KΩB.5KΩC.200ΩD.500Ω（）176543289017654328901765432890176543289017654328901765432890×0.1×10×1×1000×10000×100R112S1R3R2RgS2···A1A2·解⑴替代法测电阻——⑵当R2=0时,要保证两个电流表都不超过量程R3=E/Imin=3/0.2mA=15kΩ选D⑶R2+R3=E/I=3/0.15mA=20kΩR2=5kΩ选BRg=92.8Ω176543289017654328901765432890176543289017654328901765432890×0.1×10×1×1000×10000×100R112S1R3R2RgS2···A1A2·三．半偏法测量电流表的内阻1.原理半偏法测电流表内阻的原理是欧姆定律和并联电路的电流分配关系，因电流表可以读出自身的电流，故在其电流减半时，必有另一支路分掉另一半的电流，在总电流近似不变的条件下，该支路的电阻（电阻箱读出）等于电流表的电阻．2.电路3.步骤1.先闭合S1，调节R1使电流表指针满偏.2.再闭合S2，保持电阻R1不变，调节R2使电流表指针半偏，记下R2的值.3.若R1＞100R2，有Rg=R2S1S2R1R2．．．．．．G4.误差分析在用半偏法测电流表的内阻的实验中，当闭合开关S2时，调节R2使电流表半偏，即通过电流表的电流为Ig/2，此时干路总电流因回路中总电阻变小而变大，即比Ig稍大，这样通过R2的电流将大于Ig/2，因此电流表内阻的测量值小于真实值．5.半偏法测电压表的内阻