顾为强

(江苏省泰州中学,江苏泰州 225300)

关于电阻的测量方法

顾为强

(江苏省泰州中学,江苏泰州 225300)

电阻的测量是中学物理中的基本测量.其中迁涉到的物理规律有部分电路的欧姆定律、闭合电路的欧姆定律、串并联电路的特点;电学仪器和元器件有电压表、电流表、多用电表、电阻箱、滑动变阻器、标准电阻、开关等;考查内容包括实验原理、实验电路及实验方案的设计、实验器材的选择和正确使用及实验数据的处理.所以在近几年高考中每年都有电阻测量的考题,2010年涉及到的考题如下:全国卷2第23题用“替代法”测热敏电阻RT、新课标卷第23题用“伏安法”测热敏电阻RT、天津卷第9题用“串联电路的分压特点”测量电压表V1的内阻RV、福建卷第19题用“伏安法”测电阻、北京卷第21题用“半偏法”测定电流计的内电阻rg.电阻的测量综合性强,能很好地考查学生分析问题、解决实际问题的能力,应引起我们的足够重视.下面就电阻的几种测量方法的原理和误差进行比较.

1 欧姆表测电阻

(1)指针式欧姆表

图1

(2)数字式多用电表

原理及使用同指针式电表相似,主要优点是测量精度高,直接显示数字.

2 伏安法测电阻

原理是部分电路欧姆定律,根据待测电阻和电压表、电流表内阻之间的大小关系,分别选用电流表的外接法,电流表内接法,以减小测量误差.

图2

3 利用串并联电路的特点测电阻

本实验的误差来自于电流表A2的内阻,当Rx≫RA2时误差较小.一般可以用来测量较大的电阻或在已知RA2时使用.

图3

本实验也可以用如图5所示电路,用一个电压表和单刀双掷开关进行测量.

4 等效替代法测电阻

图6

图7

原理是根据闭合电路欧姆定律.如图6所示,R0为电阻箱,实验时先将 S2拨到a,读出电流表的读数I,再将开关拨到b,调节R0,使用电流表读数再次为I,则Rx=R0.本实验中R的作用是①限流保护作用;②可以通过调节R而改变电路中的电流,在不同条件下多测几组Rx的值,再取平均值.也可以通过如图7所示的方法通过用电阻箱替代待测电阻而使电压表读数相同来测量电阻.

本实验的误差主要来自于电阻箱的电阻值以及电表的精确度.

5 半偏法测电表电阻

(1)用半偏法测电流表内阻,原理是闭合电路欧姆定律及并联电路的分流特点.如图8,先将R1调至最大,闭合S1,断开S2,调节R1,使电流表半满,闭合S2,调节R2使电流表半偏,则Rg=R2.

(2)用半偏法测电压表的内阻.原理是闭合电路欧姆定律及串联电路的分压特点.如图9所示,先调节R1滑片至右端,使取样电压较小,调节R2使R2=0,然后调节R1使电压表满偏,最后再调节R2使电压表半偏,则RV=R2.

误差分析:当R2从0调至某一值时,R2、RV串联后与R1左端部分并联,并联电阻值略变大,分压器取样电压略变大,从而使UR2略大于URV,即R2略大于RV,用R2表示RV的测量值,使RV的测量值偏大.要减小误差,必须R1≪R2.

6 用电桥平衡法测电阻

图10

本实验误差主要来自于接触电阻及检流计的灵敏度,所以,测量较大电阻时误差很小.

电阻的测量方法虽然很多,每种方法都有其优缺点,但都是根据欧姆定律或串并联电路特点来设计的,在实际应用时,应根据给定的实验器材,设计出简单易行,测量精度符合要求的实验方法去完成实验目的.

2010-09-05)