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浅谈伏安法测电阻

2018-12-24刘小瑜

文理导航·教育研究与实践 2018年10期

刘小瑜

【摘 要】“伏安法测电阻”是高中物理教学中一个很重要的实验,它不仅包含了欧姆定律和电路连接等知识,还有利于培养学生实验系统误差分析的能力。学生对这部分知识往往感到原理简单易懂,但做题时常常顾此失彼,原因是对知识没有理解透彻,对方法没有及时整理和小结。

【关键词】伏安法;测电阻;器材的选择

“伏安法测电阻”是高中物理教学中一个很重要的实验,它包含测定值电阻和电表内阻,而且电学实验中的“描小灯泡的伏安特性曲线”、“测定金属丝的电阻率”等实验其核心内容仍然是伏安法测电阻。学生对这部分知识往往感到原理简单易懂,但做题时常常顾此失彼,遇到各种各样的问题。常见的问题有:(1) 不会选择器材及电表的量程;(2) 不会设计电路图;(3)不会连接实物图;(4)不会写测电阻的表达式。本文中笔者结合自己的教学实践,针对学生的问题,主要从三个方面谈一谈用伏安法测定值电阻。

一、如何选择器材及电表的量程

对实验仪器的选择,在进行正确测量的前提下,一般遵循以下原则:

安全性原则:要保证所用仪器的安全,注意考虑电源的电压、电表的量程、滑动变阻器允许通过的最大电流等。

精确性原则:尽量减小实验误差。选择电表时,在保证安全性的前提下,合理选择量程务必使指针有较大偏转(一般取满偏的1/3-2/3左右)。一般能用小时不用大。

方便性原则:实验时需考虑调节方便,便于操作。如滑动变阻器的选择,还要考虑阻值大小对实验操作中是否调节方便的影响。一般能用小时不用大。

1.电表量程的选择

(1)如果已知待测电阻的额定电压和额定电流,根据额定值选择表的量程。电压表的量程近似等于待测电阻的额定电压,电流表的量程近似等于待测电阻的额定电流。如果题目中电源的电动势为9V,待测电阻的额定电压为3V,电压表的量程一般选3V,由于电源的电动势比额定电压大的多,滑动变阻器一般用分压式接法。

(2)额定值未知,但已知待测电阻的大约值,选择原则为:A电压表的量程近似等于电源的电动势,B电压表的量程除以电流表的量程约等于待测电阻的阻值(主要由这一条约束)比如题目中给出两个电源、两个电压表、两个电流表,都是二选一,则电压表的量程近似等于电源的电动势这一条失效,可根据第三条选择,分别用两个电压表的量程除以两个电流表的量程,得到4个电阻值,其中一个阻值约等于待测电阻的阻值,其对应的电压表和电流表就是我们要选择的电表。选定电压表之后,再根据电压表的量程近似等于电源的电动势这一条选择电源。

2.滑动变阻器的选择

学生在做题时,经常会遇到题目中给出2~3个滑动变阻器,如何选择呢?有两条可供建议:

(1)如果确定该题目中滑动变阻器采用限流式接法,则滑动变阻器的最大电阻在待测电阻的2~6范围内选择,即2Rx

(2)如果确定该题目中滑动变阻器采用分压式接法,则一般选择阻值最小的。

二、伏安法测电阻电路的设计

用伏安法测定值电阻设计电路时,必须从实验原理出发。根据部分电路欧姆定律Rx=U/I可知,只要测出被测电阻两端的电压U和流过该电阻的电流I,就可求出电阻Rx的大小。所以该实验的核心就是测待测电阻两端的电压U和通过它的电流I。

1.电流表两种接法的选择

(1)如果已知待测电阻、电压表、电流表内阻的大约值

A.阻值比较法:先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较,若Rx较小,宜采用电流表外接法;若Rx较大,宜采用电流表内接法。简单概括为“大内偏大,小外偏小”。

B.临界值计算法

(2)如果未知待测电阻、电压表、电流表内阻的大约值

实验试探法:按如图所示接好电路,让电压表一根接线柱P先后与a、b处接触一下,如果电压表的示数有较大的变化,而电流表的示数变化不大,则Rx为小电阻,宜采用电流表外接法;如果电流表的示数有较大的变化,而电压表的示数变化不大,则Rx为大电阻,宜采用电流表内接法。

2.滑动变阻器两种接法选择的原则

(1)以下三种情况滑动变阻器必须用分压式接法

A.负载两端电压变化范围大。

B.负载两端电压要求从0开始变化。(如:描元件的伏安特性曲线)

C.电表量程较小而电源电动势较大。

(2)除了以上三种情况,根据下面的两条选择

三、如何有效的画电路图和连接实物图

1.先画电路图

(1)先画电路图,各元件的连接方式(先串再并的连线顺序),明确表的量程,画线连接各元件,铅笔先画,查实无误后,用钢笔填,先画主电路,正极开始按顺序以单线连接方式将主电路元件依次串联,后把并联元件并上。

(2)注意事项:表的量程选对,正负极不能接错;导线应接在接线柱上,且不能分叉;不能用铅笔画。

(3)用伏安法测小电珠的伏安特性曲线:测量电路用外接法,供电电路用调压供电。

2.实物图连线技术

无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好;即:先接好主电路(供电电路)。

(1)对限流电路,只需用笔画线当作导线,从电源正极开始,把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处)。

(2)对分压电路,应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来,然后在滑動变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动触头两点的电势高低,根据伏安法部分电表正负接线柱的情况,将伏安法部分接入该两点间。

总之,在“伏安法测电阻”的教学过程中,教师应该以教材中的基本实验为基础,引导学生从实验原理、器材的选择、电路的设计等方面探究、实践,将教材中基本实验转化为探究创新性实验,激发学生的学习兴趣,提高教学效果。