高二物理导学案：伏安法测电阻

新县第二高级中学2013级高二物理导学案
§实验：伏安法测电阻
【实验目的】
1.学习、掌握伏安法测电阻的原理和方法，加深对电阻概念的理解；
2.学习分析系统误差及其修正方法；
3.学习根据误差要求和误差分配原则，对实验仪器作出合理的选择；
4.进一步掌握正确使用电压表和电流表的方法。

【实验仪器】
电压可调直流电源，直流电流表，直流电压表，滑动变阻器，电键，待测电阻(39Ω、680Ω各一个)，导线（若干）。

【实验原理】
一、内接法与外接法的选择
伏安法测电阻是电学的基础实验之一。

它的原理是欧姆定律U=IR。

根据欧姆定律的变形公式R=U/I可知，要测某一电阻R的阻值，只要用电压表测出R两端的电压，用电流表测出通过R的电流，代入公式即可计算出电阻R的阻值，这种测量电阻的方法叫伏安法。

1.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：内接法和外接法
2.内接和外接法的选择原则
(1)直接比较法：当R >>R A，用内接法。

当R<< R V，用外接法。

口诀：“大内偏大，小
外偏小”。

即：大电阻用内接法，电阻测量值偏大；小电阻用外接法，电阻测量值偏小。

(2) 临界值法：若
A V R R
R R >
，则表示R 为小电阻，应该用外接法； 若A V R R
R R <，则表示R 为大电阻，应该用内接法；
若A
V R R R R =，则内接法与外接法都可以。

（3）试探法：当R 、R A 、R V 大约值都不清楚就用测试判断法．如图所示，将单刀双掷开关S 分别接触a 点和b 点，若看到安培表
示数变化比伏特表示数变化大，则说明伏特表分流影响较大，应该选内接法；若伏特表示数变化比安培表示数变化大，则说明安培表分压影响较大，应该选外接法。

【例1】有一待测电阻R x ，无法估计其粗略值．某同学应用伏安法进行测量，按图所示甲、乙两种电路各测一次，用甲图测得的数据是2.9 V ，4.0 mA ；用乙图测得的数据是3.0 V ，3.0 mA.由此可知，应用_____图测量的值误差较小，测量值R x ＝_______ Ω. 乙，1000．
二、滑动变阻器的分压接法与限流接法
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。

1.分压接法与限流接法
（1）负载电阻的阻值远大于变阻器的总电阻，须用分压式电路。

若接成限流式，当改变滑动变阻器的阻值时，电路中电流变化不明显，测得的电压和电流取值范围小。

【例2】某电压表的内阻在20kΩ～50 kΩ之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：
1.待测电压表V（量程3V）；
2.电流表A1（量程200μA）；
3.电流表A2（量程5mA）；
4.电流表A3（量程0.6A）
5.滑动变阻器R（最大阻值1kΩ）；
6.电源E（电动势4V）；
7.电键K。

(1)所提供的电流表中，应选用____________。

(2)为了尽量减小误差，要求测多组数据。

试在方框内画出符合要求的实验电路图。

（2）要求负载上电压或电流变化范围较大，或者需要从零开始连接可调，须用分压式接法。

【例3】已知某电阻丝的电阻约为10Ω，现有下列器材供测量该电阻丝的电阻时使用；
A. 量程为0.6A，，内阻是0.5Ω的电流表。

B. 量程为3V，内阻是6kΩ的电压表。

C. 阻值是0～20 Ω，额定电流为2A的滑动变
阻器。

D. 蓄电池（6V）。

E. 开关一个，导线若干。

要求：画出用伏安法测上述电阻丝的电阻的电
路图，测量数据要尽量多。

（3）若电源的电动势较大，负载电阻及滑动变阻器的总阻值不大，且实验所提供的电表量程或其它元件允许通过的最大电流很小，这时若采用限流接法，无论怎样调节，电路中实际电流（或电压）都会超过电表量程或元件允许的最大电流（或电压），为了保护电表或其它元件，必须采用分压接法。

【例4】用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如
下：
待测电阻R x（约100Ω）；
直流电流表（量程0～10mA，内阻50Ω）；
直流电压表（量程0～3V，内阻5KΩ）；
直流电源（输出电压3V，内阻不计）；
滑动变阻器（阻值范围0～5Ω，允许最大电流1A）；
电键一个，导线若干条。

根据器材的规格和实验要求画出实验电路图。

（4）当负载电阻的阻值R x小于变阻器总电阻R或相差不多时，若两种电路都可以对负载的电流和电压有明显的调节，或两种电路都满足实验要求，且电压、电流变化不要求从零调起，则多采用限流式接法，这样的接法电源负担轻，能耗小。

【例5】在一次实验中需要较准确地测量某一
个金属丝的电阻，已知：
1.金属丝的电阻R x，约为5Ω；
2.电流表量程3A，内电阻约0.1Ω；
3.电压表量程3V，内电阻约1.5kΩ；
4.电源电动势6V；
5.滑动变阻器R的总电阻20Ω，额定电流1.5A。

试画出测量金属丝电阻的电路图。

实际上：考试时大多是用分压接法。

三、实验器材的选择
1.电流表和电压表的选择原则是第一要安全，第二要准确。

准确是指在可用的电流表、电压表测量范围内，尽可能选用量程小一些的电表，因为电流表、电压表在测量时指针偏转角越大，误差越小。

例如电流电压为6V，可供选择的电压表有3V和15V两个电压表。

从安全考虑只能选15V 电压表。

如电源电压为4V，可供选择的电压表有6V和9V两个电压表。

则应选6V电压表。

2.电源的选择原则是第一能用，第二是经济。

例如为保证“6V、6W”的用电器能正常工作，可供选择的电源有“6V、1Ω”和“9V、1Ω”的两个电源。

则应选9V的电源。

若两电源都是内阻极小而可忽略不计的电源。

则应选6V的电源。

3.滑动变阻器的选择原则第一是能用，第二是方便。

所有滑动变阻器的铭牌上都标明该滑动变阻器的最大阻值和允许通过的最大电流。

因此，滑动变阻器的选择首先看实验时通过滑动变阻器的电流是否在其允许范围之内，然后看滑动变阻器的电阻和电路中其他总电阻是否相当，例如电路总电阻约为300Ω，选择滑动变阻器连接限流电路，可供选择的滑动变阻器的最大电阻有20Ω、200Ω、20kΩ，则应选择200Ω，因为20Ω太小，可调范围小，20kΩ太大，调节极不方便，滑动触头稍稍一动，电阻变化就是几百上千欧。

连接成分压器电路时原则也是一样。

【例6】用伏安法测量一个定值电阻的阻值，备用器材如下：
待测电阻R x：（阻值约为25kΩ）
电流表A1：（量程100μA，内阻2kΩ）
电流表A2：（量程500μA，内阻300Ω）
电压表V1：（量程10V，内阻100kΩ）
电压表V2：（量程50V，内阻500kΩ）
电源E：（电动势15V，允许最大电流1A）
滑动变阻器R：（最大阻值1kΩ）
电键S，导线若干
为了尽量减小实验误差，要求测量多组数据．
①电流表应选，电压表应选。

②画出实验电路图，并在每个选用的器材旁标上题目所给的字母符号
①A
2；V
1
②。