于爱萍

摘 要：通过对中职口腔修复工艺专业物理电学实验的分析与研究及实例分析，使学生理解并综合运用知识，解决仪器的选择、连接、电阻测量的思想方法。

关键词：中职物理电学实验 电阻测量 器材选择研究

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）12-0-02

引言

作为中等口腔卫生学校，解决口腔工艺专业技工室中的电学问题，最基础的是如何准确进行电阻的测量、电流表的改装、电源内阻和电动势的测量等。电学实验是教学的重点和难点，学会电阻测量及仪器选择，对学生核心素养的提高，具有重要的作用。而学生在见到此类问题时常感到无从下手，本文将从各种电阻的测量来说明实验器材的选择及研究的思想方法。

一、电阻测量的总体思想

电阻测量的基本原理是利用了电阻的定义：R=U /I，所以测量电阻的核心是巧妙设计，准确测量加在电阻R上的电压和通过电阻R的电流，这也就是我们通常所说的伏安法。

二、电流表的内接与外接

在伏安法测电阻的具体实践中，由于电流表和电压表内阻的存在，会对实验结果产生系统误差，为了减小电流表和电压表内阻对实验结果的影响，实验中电路会有两种不同的接法，即电流表的外接法和内接法。如图1所示，甲图为电流表的外接法，乙图为电流表的内接法。

甲图中电压表测得的是电阻R上电压的准确值，即U测=U真，而由于电压表的分流，使得电流表测量的电流不是通过电阻R的准确值，即I测>I真，故当用R=U /I来计算时，电阻值则偏小。同理，在乙图中由于电流表的分压，电流值是真实值，而电压值偏大，测量出的电阻值就偏大。以上测量产生的误差，即系统误差。要减小误差，只有根据所给定的仪器来进行合理的接法选择，这就要求我们对所给的仪器参数进行分析，设计合理的电路。

优化设计的目的是为了减小实验误差，设计的思想是看用哪种电路带来的误差较小。一般当电压表内阻RV>>R时，由于电压表的分流造成的误差较小，电流较准确，用甲图电路，即电流表的外接。当R>>RA（电流表内阻）时，由于电流表的分压较小，电压较准确，用乙图电路，即电流表的内接。

三、滑动变阻器的接法与选择

1.滑动变阻器的结构及连接

滑动变阻器是电学实验中一个常用的仪器，它可以连续调节电路中的电流或用电器上的电压。滑动变阻器有四个接线柱（如图2），当A、B接入电路时，其电阻值是固定值。当A、D（或A、C）接入时，电阻值为A、P间的电阻。当B、C（或B、D）接入电路时，其电阻值为B、P间的电阻值，电阻随触点P的变化而变化。

如果在实验中，只把A、D（或B、C）串入电路，此接法称为限流接法，如果把A、B串入电路，而把用电器并在A、C（或B、D）之间，称为分压式电路。如图3所示，甲图为限流接法，乙图为分压式接法。

2.滑动变阻器两种接法的选择

（1）一般情况下，没有很高的要求，仅从安全性和精确性角度分析，两者均可采用时，可用安装简便、节能的限流式接法。

（2）有下列情况之一者必须选用分压式接法

（A）要求回路中待测部分电路电流或电压需要从零开始可连续调节的，即大范围内测量时，必须采用分压式接法。

（B）当用电器的电阻R远大于滑动变阻器的最大值R0时，必须采用分压接法。

（C）若采用限流接法，电路中实际电压（或电流）的最小值仍超过用电器或仪表的额定值时，只能采用分压接法。

四、仪表的选择

仪表的选择，一般遵循安全、精确的原则。

安全的原则要求：通过仪表的电流或电压，不能超过其最大量程。保证电表的正常测量。

精确的原则要求：所估算的最大电压值和电流值应在所用仪表满刻度的2/3以上的位置，否则会造成读数误差过大。

五、应用分析

1.电阻的测量

例1、在“测定金属的电阻率”的实验中，电阻丝的電阻值约为40～50Ω，可供选择的主要器材如下：

A.电压表（内阻20kΩ，量程0～10V）；B.电流表（内阻约20Ω，量程0～50mA）；

C.电流表（内阻约4Ω，量程0～300mA）；D.滑动变阻器（额定电流1A、阻值100

Ω）；E.滑动变阻器（额定电流0.3A，阻值为1700Ω）；F.电池组（电动势为9V，内阻为0.5Ω）。则：

（1）电流表应选________ ，滑动变阻器应选________。

（2）试画出实验原理图。

解析：（1）首先我们选择仪表，从题上看，电源电动势是9V，待测电阻在40～50Ω间，可以估算通过待测电阻的电流最大值为225mA，故电流表应选C。

再看电流表与电压表的接法，电压表内阻是待测电阻的500倍，待测电阻是电流表内阻的10倍，所以选择电流表的外接误差较小。

最后看滑动变阻器的选择和连接，题中没有要求从零开始测量，也没有多测几组数据的要求，而且两个滑动变阻器的电阻值都大于待测电阻值，故我们选择滑动变阻器的限流接法即可，D和E的选择上，我们选择D即可，原因是D在调节上比E方便。

（2）设计电路原理图（如图4）。

2.电流表内阻的测量

电流表内阻的测量方法有多种，但要准确测量，还需用伏安法进行，但明确电流表是可以读出自身电流的电阻，所以，问题的关键是如何准确测出电流表上的电压值。

例2、某同学为了测电流表A1的内阻r1的精确值，有如下器材：电流表A1，量程300mA，内阻约为5Ω；电流表A2，量程600mA，内阻约为1Ω；电压表V，量程15V，内阻约为3KΩ；定值电阻R0，阻值5Ω；滑动变阻器R1电阻0～10Ω，额定电流为1A；滑动变阻器R2电阻0～250Ω，额定电流为0.3A；电源E，电动势为3V，内阻较小，导线、电键若干。

（1）要求电流表A1的示数从零开始变化，且能多测几组数据，尽可能减少误差。请设计实验电路。画出测量用的电路图。

（2）若选测量数据中的一组来计算电流表A1的内阻r1，则所用电流表A1的内阻r1表达式r1=；

解析：（1）该题是测量电流表的内阻，题干中给了两个电流表和一个电压表，有同学就想到伏安法测量，并有几种设想：

①用电流表A2 和电压表V分别测出通过电流表A1的电流和电压；

②电流表是可以读出自身电流的，只要用电压表V测出电流表A1 上的电压即可；

③用半偏法进行测量。

第①中方法显然不妥，因为伏安法测量是有系统误差的，不能达到题中“精确值”的要求。而第②种方法也不妥，经估算，电压表上的电压降最多只有1.5V，可电压表的量程是15V，读数误差会很大，实难精确测量。而第③种半偏法一是有系统误差，二是提供的仪器不满足半偏法实验的要求（没有电阻箱）。所以，我们就应该把问题重点放在如何准确测量待测电流表的电压上。

题中给了一个定值电阻R0，我们利用并联的特点，把R0与电流表A1并联，如果知道已知电阻R0的电流，也就知道了R0上的电压，同时就知道了待测电流表A1的电压，如图5甲所示。由于题中要求“电流表A1的示数从零开始变化”，于是选接滑动变阻器的分压式接法，而题中给了两个滑动变阻器，应选择R1，这样调节比较方便。测量电路如图5乙。

（2）r1=（I2-I1）R0/I1

3.电压表的内阻测量

电压表的特点是电压是可以从表上读出的，通过巧妙的办法测出通过电压表上的电流是解决问题的关键。

例3：为了测量量程为3V的电压表V的内阻（内阻约2000Ω），实验室可以提供的器材有：①电流表A1，量程为0.6A，内阻约0.1Ω；②电压表V2，量程为5V，内阻约3500Ω；③变阻箱R1，阻值范围为0-9999Ω；④变阻箱R2，阻值范围为0-99.9Ω；⑤滑动变阻器R3，最大阻值约为100Ω，额定电流1.5A；⑥电源E，电动势6V，内阻约0.5Ω；⑦单刀单掷开关K，导线若干。

（1）请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验电路，在虚线方框中画出电路原理图，要求测量尽量准确。

（2）写出计算电压表V的内阻RV的计算公式为RV=____________。

解析：（1）此题好像把电流表和电压表直接串联就可以测量，但是，待测电压表V允许通过的最大电流仅有1.5mA，远没有达到电流表满量程的2/3的要求，读数误差会很大。所以要另行设计。重点是精确测出通过电压表V的电流。我们可以把待测电压表V与电阻箱串联，再和电压表V1并联如图5甲。电压表V1可读出变阻箱R与待测电压表V的总电压，这个总电压减去V的电压值，就是R上的电压准确值，用欧姆定律求出通过R的电流值，即通过V的准确电流值，而待测电压表V的电压值可由自身读出，也就可以用欧姆定律计算出其电阻的准确值，如图5乙所示。变阻箱两个，由于R2较小，为保护V，故选择R1。由于被测量部分的电阻都很大，遠大于滑动变阻器的电阻，滑动变阻器不能控制电路电流的变化，所以应选择滑动变阻器的分压式接法，如图5乙。

（2）电压表V的内阻RV的计算公式：RV=R1 V /（V1-V2）

从上面的例子可看出，电路测量及仪器的选择是对电学知识的综合应用，它有效的考察了学生知识综合应用能力和分析问题解决问题的能力。但如果能抓住基础，仔细审题，全面分析，就能迎刃而解。