高中物理测量电阻的方法大总结要点
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高中物理测量电阻方法大总结
太原市第十二中学 姚维明
电阻测量是恒定电路问题中重点,也是学生学习中难点。这就要求学生能够熟练掌握恒定电路基本知识,并能够灵活运用电阻测量六种方法,从而提高学生综合分析问题、解决问题能力。
一.欧姆表测电阻
1、欧姆表结构、原理
它结构如图1,由三个部件组成:G 是内阻为Rg 、满偏电流为Ig 电流计。
R 是可变电阻,也称调零电阻,电池电动势为E ,内阻为r 。
欧姆档测电阻原理是根据闭合电路欧姆定律制成。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+R X ) 由电流表达式可知:通过电流计电流虽然不与待测电阻成正比,但存在一一对应关系,即测出相应电流,就可算出相应电阻,这就是欧姆表测电阻基本原理。
2.使用注意事项:
(1) 欧姆表指针偏转角度越大,待测电阻阻值越小,所以它刻度与电流表、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,而欧姆表刻度是不均匀,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关系。
(2)多用表上红黑接线柱,表示+、-两极。黑表笔接电池正极,红表笔接电池负极,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中央附近。(一般在中值刻度1/3区域)
(5)测量时,被测电阻应和电源、其它元件断开。
(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,通过改变电阻阻值,以达
到改变电路电流,但电流改变是有一定范围。其优点是节省能量;一般
在两种控制电路都可以选择时候,优先考虑限流电路。
(2)分压电路是将电源和可变电阻总值串联起来,再从可变电阻两
个接线柱引出导线。如图3,其输出电压由ap 之间电阻决定,这样其输
出电压范围可以从零开始变化到接近于电源电动势。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 滑动变阻器总值比待测电阻阻值小得多。
③ 电流表和电压表量程比电路中电压和电流小。
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。
图 1 图 2 图3
(1) 电流表内接和电流表外接电路图分别见图4、图5
(2)电流表内、外接法选择,
①、已知R V 、 R A 及待测电阻R X 大致阻值时 若>,选用内接法,<,选用外接法 ②不知R V 、 R A 及待测电阻R X ,采用尝试法,见图6,当电压表一端分别接在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,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,其测量值偏小,即R 测<R 真。
4.伏安法测电阻电路改进
如图7、图8两个测电阻电路能够消除电表内阻带来误差,为什么?怎样测量?
三.伏伏法测电阻
方法1。U-U 法测电压表内阻R v —— 等效替换法
把已知内阻电压表R V1当做电流表。
电路:如图9所示 原理:
方法2。U-U 法测待测电阻 R x ,把已知内阻电压表R V2当电流表。
电路:如图10所示 原理: 有系统误差。
体验1、待测电压表内阻R
V2
图6
图
8 0 图
7 0 图4
图5
图9 图10 图11
图12
改进:如图11所示
结论:没有系统误差
体验2.待测电阻R x
改进:如图12所示
方法3.U-R法测电阻(等效替换法)
如果只用一只电压表,用图3所示电路可以测出未知Rx阻值。
具体作法是先用电压表测出Rx两端电压为Ux;再用这只电压表测出定值电阻R0两端
电压为U0。根据测得电压值Ux、U0和定值电阻阻值R0,可计算出Rx值为:用这种方法测电阻时一只电压表要连接两次。
图10
方法4.U—R法测电阻:(开关控制法)
如果只用一个电压表,并且要求只能连接一次电路,用图4所示电路可以测出未知Rx
阻值。
具体作法是先闭合S1,读出电压表示数为U1,再同时闭合S1和S2,读出这时电压表
示数为U2。根据测得电压值U1、U2和定值电阻阻值R0。
根据分压公式可计算出Rx 值:
四.安安法测电阻
方法一:等效法(电流表与定值电阻串联当做电压表)
如果只用一只电流表,用图6所示电路可以测出未知Rx阻值。先后用电流表测出通过
R0和Rx电流分别为I0、Ix,根据测得电流值I0、Ix和定值电阻阻值R0,根据分流公式
可计算出Rx值为
方法二:替代法
电路:用图7所示实验电路也可以测出未知Rx阻值。
方法:先闭合开关S1,读出电流表示数为I1,再断开S1闭合S2,读出这时电流表示
数为I2。根据测得电流值I1、I2和定值电阻阻值R0。