中学物理实验中用电压补偿法提高伏安法测电阻的精确度研究

《中学物理实验中用电压补偿法提高伏安法测电阻的精确度研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中学物理实验中用电压补偿法提高伏安法测电阻的精确度研究摘要：伏安法测电阻实验是中学物理实验中一个重要的基础实验。由于物理思路清晰，方法简单，所以在课堂教学演示中广泛运用。但是，其演示实验也存在着系统误差的产生。本文对于实验误差的产生进行分析，利用电压补偿法对伏安法测电阻的内接法和外接法进行修正，结果得以减小误差。对于课堂演示来讲，本文实验能够做到一定的科学性，并且能够得到精确的结果，分析最理想的实验方法。关键词：伏安法测电阻；电压补偿法；系统误差；相对误差引言：伏安法测电阻是重要的实验之一。在初中、高中和大学都有伏安法测电阻的实验，并且在初中到高中再到大学对伏安法测

2、电阻的精确度要求不断提高，理论分析不断加深。伏安法测电阻的接线有外接法和内接法，不同的接法对测量电阻的误差也不同。为了探索中学课堂教学中，以伏安法测量电阻为基础的实验方法，讨论其间的测量精确度，本论文用电压补偿法等不同方法对伏安法测电阻进行改装，比较中学演示实验，课堂教学提高实验的精确度的可选方案。本文利用比较相对误差的方法，比较确定哪一种实验方法结果的精确度更高。实验测得的数值与真实数值之间的差数称为“绝对误差”，而“绝对误差”与“真实数据”的比值称为“相对误差”。由于真实的数值往往不知道，因而只能用多次测定结果的平均值代替“真值”，这样计算的结果称为“偏差”。偏

3、差也分“绝对偏差”和“相对偏差”。绝对偏差是一次测量值与平均值的差异，相对偏差是指一次测量的绝对偏差占平均值的百分率。1伏安法测电阻1.1原理如图1所示，测出通过电阻R的电流I及电阻R两端的电压U，则根据欧姆定律，可知图1伏安法测电阻电路图[1]Fig.1Thevoltammetryresistancecircuitdiagram以下讨论伏安法测电阻的系统误差问题[1]。111.2测量仪表的选择在电学实验中，仪表的误差是重要的误差来源，所以要减小实验误差，选择合适的仪表是关键环节。而仪表的量程和等级是反映仪表准确度的两个参数，所以选择合适的仪表就是选择合适量程和等级

4、的仪表。下面介绍选择仪表量程和等级的方法[2]。1.2.1参照电阻器R的额定功率确定仪表的量限设电阻R的额定功率P，则最大电流为为使电流表的指针指向刻度盘的处（指针指在刻度盘的处测量值最准确），于是电流计的量限,即。电阻两端的电压为，而电压表的量程应限为[1][2]。1.2.2参照对电阻测量准确度的要求确定仪表的等级假设要求测量的相对误差不大于某一ER，则在一定近似下按合成不确定度公式，可有。如果，对于准确度等级为，特征值为Xn的电表，其最大绝对误差为，则，可知电流表等级应满足；电压表的等级应满足[1][2]。1.3滑动变阻器分压电路与限流电路的选择1.3.1限流电

5、路如图2所示电路中变阻器起限流作用，变阻器电阻调到最大时，电路中仍有电流，电路中电流变化范围为～，负载Rx的电压调节范围为～E(电源内阻不计)。如果RX>>R，电流变化范围很小，变阻器起不到变阻作用，此时采用该接法就不能满足多次测量的要求。一般来说，以下三种情况不能采用限流接法而采用分压接法：①11电路中最小电流仍超过电流表量程或超过被测元件的额定电流；②要求被测电阻的电压、电流从零开始连续变化；③被测电阻值远大于变阻器的全部电阻值[3]。图2限流电路[3]Fig.2Limitingcircuit1.3.2分压电路变阻器采用分压接法如图3所示，负载RX上电压变化范围

6、是0一E(不计电源内电阻)，电压调节范围比限流接法大。但是当通过负载RX的电流一定时，图3中干路电流大于图2中干路电流，图3中电路消耗的功率较大。而且图3的接法没有图2简单。通常变阻器以采用限流接法为主。图3分压电路[3]Fig.3Voltagedividingcircuit关于变阻器的选择，应针对不同的连接方式和电路中其他电阻的大小选择不同的变阻器。在分压接法中，变阻器应选择电阻较小而额定电流较大的；在限流接法中，变阻器的阻值应与电路中其他电阻比较接近[3]。1.4伏安法测电阻的两种连线方法以及引入的误差伏安法有两种连线方法。如图4所示为外接法---电流表在电

7、压表的外侧；如图5所示为内接法---电流表在电压表的内侧。图4外接法图5内接法Fig.4ExternalmethodFig.5Internallaw1.4.1内接法引入的误差11设电流表的内阻为RA,回路电流为I，则电压表测出的电压值即电阻的测量值Rx是可见测量值大于实际值，测量的绝对误差为RA，相对误差为，当RA<