高中物理电学实验

高中物理电学实验
在高中物理中电学实验占据了很重要的地位，而电阻的测量又是电学实验中很重要的一部分，在实际的教学过程中很多老师感觉到学生们对这一部分知识掌握起来很困难，其主要原因是这一部分知识灵活性较大，老师和同学对其方法总结起来有一定难度。

有鉴于此本文对高中阶段常用到的测量电阻的方法进行总结，希望对同学们有一定帮助。

一、在测量电阻时的通常方法是“伏安法”
在用伏安法测量电阻时有分压电路和限流电路的选择、电流表内接和外接的选择、电流表和电压表量程的选择、滑动变阻器的选择以及电源的选择等问题。

（一）分压和限流电路的选择
看滑动变阻器的阻值与被测电阻值之间的关系。

1.若r变＜rχ，通常选分压电路。

2.若r变＞rχ通常选限流电路。

3.若r变～rχ分压和限流电路均可，但最好选限流电路。

4.当变阻器的所有电阻都联入电路时，用电器的电压、电流都会超过额定值时应采用分压电路。

若题目中要求测量电路的电压从零开始或要求测多组数据，则要用分压电路。

（二）内外接电路的选择
判断方法主要有3种情况。

1.已知ra则选择内接法，因为内接法时有r测= r真+ ra所以此时没有系统误差，理论上可得到ra的真实值；同理已知rv时则采用外接法，因为外接法时有1/r测＝1/ r真+1/ rv所以这时也没有系统误差。

我们在选用内外接法时应首先考虑此种方法。

2.比较法：若rv/rχ＞rχ/ra，则选用外接电路；若rχ/ra＞rv/rχ则用内接电路。

也可用试触法选内外接电路。

3.试触法：如图我们分别把开关k与a,b接触，得到两组u,i
数据，然后比较电压与电流的变化率（不是变化量）的大小关系，电压表变化率大，则说明电流表分压明显，则我们选择外接法，电流表率大则说明电压表分流明显，我们选择内接法。

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我们在判断的时候应依次判断，因为第一种方法最为准确没有系统误差，第二种方法较为简便。

当然具体采用哪种方法应根据题目中的具体情况而定。

（三）电压表和电流表量程的选择
1.如果题目中给出用电器的额定功率（即隐含给出此用电器的额定电压和额定电流），这种情况要从保护被测用电器的角度出发，用电流表或电压表示数来控制用电器中的电流或用电器两端的电压。

2.如果题目中没有给出用电器的额定功率，则要从保护电流表和电压表的角度出发，要求测量的电流或电压的最大值不能超过电流表或电压表的量程。

3.在电流表和电压表的量程大于测量值的前提条件下，量程越接近测量最大值越好，即表盘刻度尽可能大范围利用，一定不能只利用其中的一小部分刻度。

（四）滑动变阻器的选择
在满足实验要求的条件下，要选用阻值比较小的变阻器（阻值越小，电阻的变化越平缓，不至于使测量电路中的电流或电压增加的非常突然，在调节时比较容易控制测量的物理量的变化，即调节方便）。

一般情况下分压式电路，在保证安全的前提下，电阻阻值越小越好；而限流式接法一般要求变阻器的阻值为被测电阻的2—5倍为宜。

二、几种测电阻的方法
（一）伏安法
利用伏安法测量定值电阻的类型我们的课本及各类参考书中已有详细介绍此处不再赘述。

这里我们介绍一下利用伏安法测量电表内阻的类型。

例：某电压表的内阻在 20k ω～ 50k ω之间，现要测量其内阻。

实验室提供如下器材：
待测电压表 v （量程 3v ）
电流表 a 1 ( 量程 200 μ a)
电流表 a 2 ( 量程 50ma)
电流表 a 3 ( 量程 0.6a)
滑动变阻器 r （最大阻值 1 k ω）
电源 e ( 电动势 4v)
开关、导线
1.所提供的电流表中，应______________
( 填字母代号 )。

2.为减小误差，要求多测几组数据，试画出试验原理图。

探究：把“待测电压表 v ”看作一个能够说出自身两端电压的电阻，且该电阻可以显示自己的电压，无需另外测量。

根据欧姆定律，我们只需测出其电流即可。

器材也恰恰有电流表，从理论方面讲，问题可完全解决。

电流表选哪块呢？由电压表的规格可算出其满偏电流不会超过 150 μ a ，从精确度和电表的安全角度考虑，应选量程 200 μ a 的 a1 。

工作电路中的滑动变阻器应采用分压式。

电路图如图所示。

（二）等效替代法
原理：将电键接到1处，读出电流表a2的数值，然后将电键接到2处，调节电阻箱r1使a2的数值回到原来值，此时r1的电阻就等于a1的内阻。

例：为了测量一微安表头a的内阻，某同学设计了如图所示的电路。

图中，a0是标准电流表，r0和rn分别是滑动变阻器和电阻箱，s和s1分别是单刀双掷开关和单刀开关，e是电池。

完成下列实验步骤中的填空。

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1.将s拨向接点1，接通s1，调节________，使待测表头指针
偏转到适当位置，记下此时_____的读数i；
2.然后将s拨向接点2，调节________，使________，记下此时rn的读数；
3.多次重复上述过程，计算rn读数的________,此即为待测微安表头内阻的测量值。

解析：以等效法测电流表电阻为背景考查电学实验的一般思路与方法，涉及闭合电路欧姆定律。

（1）将s合向1，闭合s1，将ro 调至使ao表指针偏转到接近满偏值的某值i，记下此示数。

保持ro不变；闭合s1将s合向2，调节rn使ao表示数恢复到i。

由于电源的电动势e、内阻r、ro不变。

因此，待测电流表的电阻等于rn。

答案：（1）ro，ao；（2）rn，电流表ao的示数为i；（3）平均值。

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(三)半偏法
1.测电流表的电阻。

控制条件：如果满足rgr0，电路中的电流就几乎只由r0决定。

电压表的电阻对电流的影响几乎可以忽略。

原理：在k闭合的情况下，调节滑动变阻器使电压表的指针指在满偏的位置上。

然后，打开开关，并且调节电阻箱r1，使电压表的指针指在半偏的位置。

电压表的电阻和r1相等，读出r1即可知道电压表的电阻。

例：2007年理综全国卷ⅱ.22(2).
有一电流表，量程为1ma，内阻rg约为100ω。

要求测量其内阻。

可选用的器材有：
电阻箱r0，最大阻值为99999.9ω；
滑动变阻器甲，最大阻值为10kω；
滑动变阻器乙，最大阻值为2kω；
电源e1，电动势约为2v，内阻不计；
电源e2，电动势约为6v，内阻不计；
开关2个，导线若干。

采用的测量电路图如图所示，
实验步骤如下：
（1）断开s1和s2，将r调到最大；
（2）合上s1，调节r使满偏；
（3）合上s2，调节r1使半偏，此时可认为
的内阻rg＝r1。

试问：
①在上述可供选择的器材中，可变电阻r1应该选；为了使测量尽量精确，可变电阻r应该选择；电源e应该选择。

②认为内阻rg＝r1，此结果与的rg真实值相比。

（填“偏大、偏小、相等”）
解：①根据半偏法的测量原理，r1必须选r0；由于电流表的满偏电流很小，要求r1的阻值很大，故r应选滑动变阻器甲，电源选择e2，误差较小。

②根据闭合电路的欧姆定律及电路特点可得：
ig=■
i总=■
合上s1，调节r使电流表满偏
合上s2，调节r1使电流表半偏
故：i总＞ig
所以，通过电阻箱的电流ir1：ir1＞igr1=■<■=rg 用u表示电阻箱两端电压，即：rg＞r1
故认为内阻rg＝r1，此结果与 rg真实值相比偏小。

（责编张宇）。