“半偏法”不“半偏” 误差增大还是减小
——“半偏法”测量电表内阻的误差分析
2021-06-18孙德峰
物理通报 2021年6期
孙德峰
(北京市第十二中学 北京 100071)
刘 芳
(北京市教育学院丰台分院 北京 100073)
“半偏法”测量灵敏电流计内电阻(以下简称“表头内阻”)是高中物理实验——“电表改装”的第一步.常见的测量方法有“恒流半偏法”(如图1)和“恒压半偏法”(如图2).根据实验原理,该实验存在系统误差,为使测量更加精确,在图1所示的“恒流半偏法”中,应当使电阻Rp尽可能大于待测电表内阻;在图2所示的“恒压半偏法“中,应当使Rp的电阻尽可能小于待测电表内阻.

图1 恒流半偏法 图2 恒压半偏法




(1)
说明:(1)此处得到的表头内阻Rg为准确值,没有系统误差.实验中无法得到R1和R2的具体阻值,所以我们无法在实验中利用式(1)测量表头内阻;(2)电流表达到满偏之后,就意味着R1和R2的阻值不再发生改变,所以在后续分析中仍然可以沿用本步骤中的R1和R2.

(2)
将式(1)代入式(2)可得电阻箱阻值为
(3)

(4)
由以上推导可以发现:在“恒压半偏法”中,表头内阻的测量值与m和n无关,即无论指针偏转量程的几分之几,最终测得的表头内阻是确定的.一般来说,在忽略电表读数偶然误差的情况下,选择调节电流表半偏,应该是出于简化计算的考虑,并不存在“偏转越多,误差越小”的情况.


图3 等效电压源

图4 用等效电压源替换后的电路
利用图4所示的等效电压源,我们可以方便地看出关于该实验的所有误差真相.(1)若r= 0,则该实验没有误差.但经过之前的“满偏”操作可知,等效电源的内阻r不为零;(2)显然,图4电路为串联电路,不妨进行“二次等效”,即将等效……
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