高中物理电学实验

高中电学实验第一讲：电阻的测量方法及原理

一、伏安法测电阻

1、电路原理

“伏安法”就是用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I,再根据欧姆定律求出电阻 R= U/I 的测量电阻的一种方法。

电路图如图一所示。

如果电表为理想电表，即 R V=∞，R A=0用图一（甲）和图一（乙）两种接法测出的电阻相等。但实际测量中所用电表并非理想电表，电压表的内阻并非趋近于无穷大、电流表也有内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。如何分析其误差并选用合适的电路进行测量呢？

若将图一（甲）所示电路称电流表外接法，（乙）所示电路为电流表内接法，则“伏安法”测电阻的误差分析和电路选择方法可总结为四个字：“大内小外”。

2、误差分析

（1）、电流表外接法

由于电表为非理想电表，考虑电表的内阻，等效电路如图二所示，电压表的测量值 U 为ab间电压，电流表的测量值为干路电流，是流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，故：R测 = U/I = Rab = (Rv∥R)= (Rv×R)/(Rv+R) < R(电阻的真实值)

可以看出，此时 R测的系统误差主要来源于 Rv 的分流作用，其相对误差为δ外= ΔR/R = (R-R测)/R = R/(Rv+R)

（ 2）、电流表内接法

其等效电路如图三所示，电流表的测量值为流过待测电阻和

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，

故：R测 = U/I = RA+R > R

此时R测的系统误差主要来源于RA的分压作用，其相对误差为: δ内= ΔR/R = (R测-R)/R = RA/R

综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即"

大内"；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“小外”。

3、电路的选择

（一）比值比较法

1、“大内”：当 R >> RA 时，，选择电流表内接法测量，误差更小。

“小外”：当 R << Rv 时，，选择电流表外接法测量，误差更小。

2、“大内”：当R>时，应选择电流表内接法进行测量。

“小外”：当R< 时，应选择电流表外接法进行测量。

证明：电流表内、外接法的相对误差分别为δ内 = RA/R 和δ外 = R/(Rv+R)，则：

（1）若δ内<δ外，RA/R < R/(Rv+R)即

R2>R A R v+R A R≈R A R v， R>此时，电流表内接法的相对误差小于电流表外接法的相对误差，故实验电路应选择电流表内接法，即“大内”。

（2）同上分析可知，当R<时，δ内>δ外，实验电路应选择电流表外接法，即“小外”。

3、试触法

当待测电阻的阻值完全未知时，常采用试触法，观察电流表和电压表的示数变化情况： "大内"：当ΔI/I>ΔU/U 时，电流表的示数的相对变化大，说明电压表的分流作用显著，待测电阻的阻值与电压表的内阻可以相比拟，误差主要来源于电压表，应选择电流表内接法。 "小外"：当ΔI/I<ΔU/U 时，电流表的示数的相对变化小，

说明电流表的分压作用显著，待测电阻的阻值与电流表的内阻可以相比拟，误差主要来源于电流表，应选择电流表外接法。

例：某同学用伏安法测一个未知电阻R ，用图一所示甲、乙电路各测一次，依甲图测得的数据是U=2.9V 、I=4.0mA ，依乙图测得的数据是3.0V 、3.0mA ，由此可知 所示的电路测量误差小些，测得的R 为____Ω 。

分析：对电流表所测数据，ΔI/I=(4.0-3.0)/4.0=1/4 ；对电压表所测数据,ΔU/U=(3.0-2.9)/2.9=1/29 ，此时ΔI/I>ΔU/U ，由"大内"有，电流表内接法的测量误差小，即乙图所示电路，测得的R= U/I=3.0/3.0×10-3Ω=1.0×103Ω

二、替代法测电阻

（1）电路如图

2、实验原理

本实验利用闭合电路欧姆定律，当电流表示数相同时的R1值即等于待测电阻R X的阻值大小

误差分析：

实验中的误差主要来源于电阻箱接触电阻的存在，一般测量电路时选择图1所示的电路图，主要原因是，电阻箱在测量过程中不允许流过的电流过大。

三、半偏法测电阻

（一）实验电路

1、限流式半偏法，

图九为限流式半偏法（因变阻器采用的是限流接法）原理为：

首先闭合K1、断开K2，调节R1使电流表满偏，再保持K1不变，

R1不变，调节器节R2使电流表半偏，则此时变阻器R2的示数即为要测

量的电流表的阻值。

原因，当R1》》R g时，R2的引入对于干路电流影响极小，可以忽略

不计，可认为电路中I=Ig不变，所以电流表的电流与流过变阻器的

电流相同，据并联电路分流关系可得，R2=R g。

适用条件：本电路仅适用于测量小电阻电流表的内阻。

误差分析：

电路中，E、r不变，R1不变，R2的引入导致电路的总电阻略有减小，电路中总电流略有增大，从而使得流过变阻器R2的电流比流过电流表的电流稍大些，因此变阻器的电阻略小于电表内阻。所以测量值比真实值偏小。

减小误差的方法：

电路中电源电动势要大一些，从而使得变阻器R1的阻值尽可能大些。

2、分压式半偏法

图十为分压式半偏法（因变阻器采用的是分压式连接法）

实验原理：

如图闭合K1闭合K2，调节器节R1，使电压表满偏，保持R1不变，断开K2，调节R2使电压表半偏，当R V》R1时，接入R2，时可认为分压电路部分电压不变，据串联电路的分压特点可得，R V=R2。

应用条件：本电路仅适用于测量大阻值电表内电阻。

误差分析：

接入R2时，导致分压电路总电阻略有增大，从而使分压电路分压略有增大，而电压表的示数仅为U/2则R2两端的电压应略大于U/2，所以R2﹥R V。即电压表的测量值略大于真实值。

减小误差的方法：