电阻测量的六种方法

1电阻测量的六种方法电阻的测量是恒定电路问题中的重点，也是学生学习中的难点。这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法，从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。一．欧姆表测电阻1、欧姆表的结构、原理它的结构如图1,由三个部件组成：G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流计。R是可变电阻，也称调零电阻，电池的电动势为E，内阻为r。欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。当红、黑表笔接上待测电阻Rx时，由闭合电路欧姆定律可知：I=E/（R+Rg+Rx+r）=E/（R内+RX）由电流的表达式可知：通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比，但存在一一对应的关系，即测出相应的电流，就可算出相应的电阻，这就是欧姆表测电阻的基本原理。2．使用注意事项：（1）欧姆表的指针偏转角度越大，待测电阻阻值越小，所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反，即左大右小；电流表、电压表刻度是均匀的，而欧姆表的刻度是不均匀的，左密右稀，这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。（2）多用表上的红黑接线柱，表示＋、－两极。黑表笔接电池的正极，红表笔接电池的负极，电流总是从红笔流入，黑笔流出。（3）测量电阻时，每一次换档都应该进行调零（4）测量时，应使指针尽可能在满刻度的中央附近。（一般在中值刻度的1/3区域）图12（5）测量时，被测电阻应和电源、其它的元件断开。（6）测量时，不能用双手同时接触表笔，因为人体是一个电阻，使用完毕，将选择开关拨离欧姆档，一般旋至交流电压的最高档或OFF档。二．伏安法测电阻1．原理：根据部分电路欧姆定律。2．控制电路的选择控制电路有两种：一种是限流电路（如图2）；另一种是分压电路。（如图3）（1）限流电路是将电源和可变电阻串联，通过改变电阻的阻值，以达到改变电路的电流，但电流的改变是有一定范围的。其优点是节省能量；一般在两种控制电路都可以选择的时候，优先考虑限流电路。（2）分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来，再从可变电阻的两个接线柱引出导线。如图3，其输出电压由ap之间的电阻决定，这样其输出电压的范围可以从零开始变化到接近于电源的电动势。在下列三种情况下，一定要使用分压电路：①要求测量数值从零开始变化或在坐标图中画出图线。②滑动变阻器的总值比待测电阻的阻值小得多。③电流表和电压表的量程比电路中的电压和电流小。3．测量电路由于伏特表、安培表存在电阻，所以测量电路有两种：即电流表内接和电流表外接。（1）电流表内接和电流表外接的电路图分别见图4、图5图6图2图3图4图53（2）电流表内、外接法的选择，①、已知RV、RA及待测电阻RX的大致阻值时若AXRR＞XVRR，选用内接法，AXRR＜XVRR，选用外接法②不知RV、RA及待测电阻RX，采用尝试法，见图6，当电压表的一端分别接在a、b两点时，如电流表示数有明显变化，用内接法；电压表示数有明显变化，用外接法。（3）误差分析：内接时误差是由于电流表分压引起的，其测量值偏大，即R测＞R真；外接时误差是由于电压表分流引起的，其测量值偏小，即R测＜R真。4．伏安法测电阻的电路的改进如图7、图8的两个测电阻的电路能够消除电表的内阻带来的误差，为什么？怎样测量？三．桥式电路测电阻1．原理：如图9的电路称为桥式电路，一般情况下，电流计中有电流通过，但满足一定的条件时，电流计中会没有电流通过，此时，称为电桥平衡。处于电桥平衡时，图中A、B两点电势相等，因此电路结构可以看成：R1R2和R3R4分别串联，然后并联；图9AB··图80图704或R1R3和R2R4分别并联，然后再串联。2．电桥平衡的条件：R1×R4=R2×R3（自己推导）3．测量方法如图10，连接电路，取R1、R2为定值电阻，R3为可变电阻箱（能够直接读出数值），Rx为待测电阻。调节R3，使电流计中的读数为零，应用平衡条件，求出Rx。四．半偏法测电阻1．半偏法测电流表内阻（1）测量方法：电流表半偏法测电阻的电路图如图11，R为滑动变阻器，R0为电阻箱，G为待测电流表内阻。实验时，先合上S1，断开S2，调节R使电流计的指针满偏；再合上S2，调节R0使电流计的读数为满刻度的一半，这时，电阻箱的数值即为电流计的内阻。（注意：实验前，变阻器的阻值应放在最大位置；调节R0时，R不动）（2）测量原理：S2打开时，设电流表满偏电流Ig=gRRrE，因为R》Rg，R》r，所以Ig≈E/R，当S2闭合时，R0和Rg并联，并联后总阻值R并＜Rg《R，故S2闭合后，电路中总电流几乎不变，即Ig≈E/R，调节R0使电流表半偏为Ig/2，所以流过R0的电流也为Ig/2，所以R0=Rg（3）器材选择：从上述原理可知，S2打开与闭合，近似认为干路中电流不变，前提是R》Rg。故实验器材选择应满足①电源电动势尽可能大，②R尽可能大。（4）误差分析（略）2．半偏法测电压表的内阻图10。GRR0S2图11。S1S2V。。。。S1rER1R0P5电路如图12：实验时，将R1的滑动片P放在左边，合上S1和S2，调节R1，使电压表的读数满偏；保持R1不变，断开S2，调节R0，使电压表的读数为满刻度的一半。则RV=R0。请同学们自己分析其实验原理、器材选择与误差分析。五．等效替代法测电阻1．等效替代法就是在测量的过程中，让通过待测电阻的电流（或电压）和通过电阻箱的电流（或电压）相等。电路如图13，将单刀双掷开关调到a，闭合S1调节R，使安培表读数为I0，保持R不动，将单刀双掷开关打到b，调节R0使安培表读数仍为I0，则电阻箱的读数就是待测电阻的数值。2．测量原理：图14是用伏特表完成的实验，同学们自己分析测量原理。3．注意：主要元件为电阻箱和单刀双掷开关。虚线框内可用分压控制电路。六．公式计算法测电阻公式计算法主要是应用串并联电路的特点和全电路的知识进行分析，并求出待测电阻的数值。图15是测量电阻Rx的电路，Rx为待测电阻，R为保护电阻，其阻值未知，R1为已知的定值电阻，电源电动势为E未知，S1、S2均为单刀双掷开关，A为电流表，其内阻不计。（1）测量Rx的步骤为：S2向d闭合，S1向a闭合，记下电流表的读数I1，再将S2向c闭合，S1向b闭合，记下电流表读数I2。（2）计算Rx的公式为Rx=112RII分析解答：当S2接d,S1接a时，Rx的电压Ux=I1Rx图13图14图15S1S26当S2接c,S1接b时，R1上的电压U1=I2R2在不改变电阻R的情况下，Ux=U1所以I1Rx=I2R1，112RIIRX以上电阻测量的六种方法，同学们在平时解题时可视具体情况灵活选用。