浅谈伏安法测电阻的电路设计

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1、浅谈伏安法测电阻的电路设计　　电路设计具有培养和检查学生创造性思维能力、分析综合能力以及实验能力等多方面能力的特点。近几年电学实验在历年的高考中既是重点，也是难点。而在绝大多数实验中，都会涉及到伏安法，不同的实验对于伏安法的要求不一样，因此伏安法电路设计问题便成了电学实验的重点和难点。用伏安法电路测量电阻Rx、电阻率ρ、电功率P和电源电动势ε、内阻r，是高中物理实验中的重要内容。由于该实验中制约因素多，思维头绪杂乱，在高考中这类题目的得分率总是很低。因此，寻找简明的设计思路，快速而有效地作出解答，是一个值得探讨的问题。　　结合实际

2、，我在教学中概括出三点设计思路：一、先确定测量电路，后确定控制电路。二、依量程选仪器，据阻值定结构。三、注意仪器配置，便于实际操作。　　一、先确定测量电路，后确定控制电路　　被测电阻Rx是整个实验的中心。因此选择仪器及电路设计要以被测电阻Rx的阻值、额定电流和额定电压为前提。再就是电源和控制电路的配合使用，能够给被测电阻提供电能，并保证安全和足够的调节范围。因此，应该先确定测量电路，然后确定控制电路和电源。　　（1）测量电路有两种，即安培表内接法和外接法。由于所用电压表和电流表都不是理想电表，即电压表的内阻并非趋近无穷大，电流表也

3、在内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。为了减少测量过程中的系统误差，通常伏安法测电阻的电路有两个基本连接方法：那么对内接法和外接法该如何选择呢？下面从误差入手进行分析。　　外接法：　　在右图的外接法中，考虑电表内阻的存在，则电压表的测量值U为R两端的电压，电流表的测量值为干路电流，即流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，此时测得的电阻为R与Rv的并联总电阻，即：

4、和电流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流表两端的电压之和，即：　　>（电阻的真实值）此时给测量带来的系统误差主要来源于RA的分压作用，其相对误差为：　　（2）控制电路也有两种，即限流式和分压式为了减小系统误差，保护仪器，节能、需要正确选择滑动变阻器的接法。变阻器控制电路有限流电路和分压电路两种接法，其功能分别为限流和分压。　　如右图所示电路中，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，电路中电流的变化范围为到，其中E为电源电动势（电源内阻不计），R为滑动变阻器的最大电阻。待测电阻RX两端电压调节的范围

5、为到E。如果RX》R，电流变化范围小，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，以下三种情况采用分压接法。　　1）电路中最小电流仍超过电流表最大量程或超过待测元件的额定电流；2）要求待测电阻的电压、电流从零开始调节；3）待测电阻值远大于变阻器的全部电阻。　　如右图所示电路中，变阻器起分压作用。待测电阻RX两端电压的变化范围是0到E（电源电动势，不计电源内阻），电压调节范围比限流接法大。但是当通过待测电阻RX的电流一定时，分压法干路电流大于限流法干路电流。因此分压法电路消耗的功率较大。分压电路好处是：电

6、压可以从0开始调节。　　二、依量程选仪器，据阻值定结构　　电流表和电压表是电学实验中两种最基本最重要的测量仪表，所以掌握电流表和电压表的使用方法是十分必要的。　　表盘上标有字母“A”或“mA”字样，该表就是测量电流强度的电流表。表盘上标有字母“V”字样，该表是测量电压的电压表。　　在接入电路时，电压表必须并联在待测电路的两端，注意正负极不能接反。使用电流表的时候，千万不能直接接到电源的两极上，以免电流过大烧坏电流表。　　电流表和伏特表均有三个接线柱，根据所需选择合适的接线柱，比如电流表接在“+”和“0.6”两个接线柱上，则量程为0

7、.6A；电压表接在“+”和“15”两个接线柱，则量程为15V。在实验前，应先估计电路的电流强度和电压值，如果估计电流小于0.6A，则选择0～0.6A量程，如果估计电流大于0.6A就选0～3A量程；若不能估计，可采用试触法进行判断，选用适当的量程。　　直流电压表和电流表由于受到仪器精确度的限制，也给测量结果造成了误差，因此必须根据测量要求选择合适的仪表。　　三、注意仪器配置，便于实际操作　　当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即“内大”；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“外小”。　　由此可对内、外接法的选择作如下判断：

8、　　当时，内接法和外接法测电阻的相对误差相等；　　当时，采用内接法测电阻产生的误差较小；　　当时，采用上接法测电阻产生的误差较小。　　结合公式对内外接法的判断，可总结为八个字：“大内偏大、小外偏小”　　对于滑动变阻器的选择，主要是注意调节灵敏，不超