試論伏安法測電阻
試論伏安法測電阻
“伏安法測電阻”中電流表的兩種接法,在高中物理新教材中雖然講述不多,只在習題中出現(xiàn),可它非常重要。它不僅包含了歐姆定律和電路連接等知識,還有利于培養(yǎng)學生實驗系統(tǒng)誤差分析的能力。學生對這部分知識往往感到原理簡單易懂,但做題時常常顧此失彼,原因是對知識沒有理解透徹,對方法沒有及時整理和小結(jié)。我結(jié)合自己的教學實踐,針對學生的問題,現(xiàn)分析總結(jié)如下:
首先,要明確系統(tǒng)誤差。
要理解兩種接法中的測量值究竟是哪部分電路的阻值。有人會說:當然是待測電阻的阻值。實際上,那是把“電壓表看成斷路、電流表看成短路”理想情況下的結(jié)果。而電壓表電阻不是無窮大,電流表內(nèi)阻不是零,正因為這樣,兩種接法才會造成誤差。如下圖所示:
圖甲是電流表外接法,由于電壓表的分流作用,電流表的讀數(shù)就是電壓表和待測電阻并聯(lián)電路的總電流,當然電壓表的讀數(shù)是電壓表和待測電阻并聯(lián)電路的電壓,所以外接法測量值是電壓表和待測電阻并聯(lián)總電阻,即R測=RV并Rx。顯然,當Rx<
圖乙是電流表內(nèi)接法,由于電流表的分壓作用,電壓表的讀數(shù)就是電流表和待測電阻串聯(lián)電路的總電壓,當然電流表的讀數(shù)是電流表和待測電阻串聯(lián)電路的電流,所以內(nèi)接法測量值是電壓表和待測電阻串聯(lián)總電阻,即R測=RA串Rx。顯然,當Rx>>RA時,誤差較小。
其次,在不同情況下,選擇合適的接法以減小系統(tǒng)誤差。
(1)器材若是一只電壓表、一只電流表,而且待測電阻和電表內(nèi)阻都知大概數(shù)值情況下,則選擇合適接法,以減小系統(tǒng)誤差。如果Rx<
(2)器材若是一只電壓表、一只電流表,但待測電阻和電表內(nèi)阻都不知大概數(shù)值情況下,則可用試觸法,即先后用兩種接法。如果電流表讀數(shù)變化不明顯,則說明電壓表的分流作用引起誤差較小,則宜用外接法;如果電壓表讀數(shù)變化不明顯,則說明電流表的分壓作用引起誤差較小,則宜用內(nèi)接法。
(3)器材若是一只電壓表、一只電流表,且一只電表內(nèi)阻已知情況下,不妨用(1)中方法,因為可以消除系統(tǒng)誤差。如果已知電壓表內(nèi)阻,在外接法中所求電阻為RV并Rx,則可求出準確的Rx,即電壓表的分流作用引起的誤差可消除,所以選用外接法;如果已知電流表內(nèi)阻,在內(nèi)接法中所求電阻為RA串Rx,則可求出準確的Rx,即電流表的分壓作用引起的誤差可消除,所以選用內(nèi)接法。
(4)器材若是兩只電壓表或兩只電流表,且一只電表內(nèi)阻已知準確值,則該表可當作另外一只表。如給兩只電壓表,則內(nèi)阻已知的電壓表的讀數(shù)除以其內(nèi)阻,即為通過它的電流,所以它可當電流表用;如給兩只電流表,則內(nèi)阻已知的電流表的讀數(shù)乘以其內(nèi)阻,即為它兩端的電壓,所以它可當電壓表用,所以選擇電流表內(nèi)外接法同(3)。