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【伏安法测电阻的误差分析和选择电路】 电阻测量电路方法及误差分析

时间:2019-01-14 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  所谓“伏安法”就是用电压表测出电阻两端的电压U,用电流表测出通过电阻的电流I,再根据欧姆定律求出电阻R=UI的测量电阻的一种方法。电路图如图1所示。   输入(刺激) ? 输出(反应)黑→灰→白
  
  如果电表为理想电表,即RV=∞,RA=0用图1(甲)和(乙)两种接法测出的电阻相等。但实际测量中所用电表并非理想电表,电压表的内阻并非趋近于无穷大、电流表也有内阻,因此实验测量出的电阻值与真实值不同,存在误差。如何分析其误差并选用合适的电路进行测量呢?
  
  一般将图1(甲)所示电路称电流表外接法,(乙)所示电路为电流表内接法,则“伏安法”测电阻的误差分析和电路选择方法可总结为六个字:“大内大、小外小”。
  一、 误差分析
  根据欧姆定律,电阻的(真实)阻值等于该电阻两端的电压值除以此时流过电阻的电流值,即 R=U?RI?R,但在实际的测量中,由于测量系统的原因,我们并不能同时测得UR、IR,所以在实际测量中,总会有测量误差。?
  
  1? 电流表外接法
  由于电表为非理想电表,考虑电表的内阻,等效电路如图3所示,电压表的测量值U??V?为ab间电压,电流表的测量值I??A?为干路电流,是流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和,故:R测=U?vI?ARA时,δ?内0,选择电流表内接法测量,误差更小。
  “小外小”:当RR??A?R??V?时,应选择电流表内接法进行测量。
  “小外小”:当RR??A?R??V?+R??A?R≈R??A?R??V?,R>R??A?R??V?此时,电流表内接法的相对误差小于电流表外接法的相对误差,故实验电路应选择电流表内接法,即“大内大”。
  (2) 同上分析可知,当Rδ外,实验电路应选择电流表外接法,即“小外小”。
  例2 (2005年全国高考题)在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为?20???KΩ?,?电流表的内阻约为10???Ω?,选择能够尽量减小误差的电路图接线进行实验,
  
  读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上,如图?2-1?所示:
  
  (1) 根据各点表示的数据描出I-U图线,由此求得该电阻的阻值Rx=???Ω?(保留两位有效数字)。
  (2) 画出实验的电路原理图。
  分析:由图四所描的点可作出I-U图线,其斜率的倒数即为被测电阻的阻值,Rx约为2.3×103-2.5×103。
  
  因为R??A?R??V?=10×20×10?3???Ω?≈447.2???Ω?,则Rx>R??A?R??V?,
  
  由“大内大”有,实验电路应选用2-2电流表内接法,实验电路图如图2-2所示。(电路为什么采用滑动变阻器分压接法在这里不讨论)
  
  3? 当待测电阻的阻值完全未知时,常采用试触法,观察电流表和电压表的示数变化情况,原理如图3-1。
  将伏特表的某一接线柱分别接a、b两点,观察两表的示数变化显著与否。判断待测电阻的大小。
  
  当待测电阻Ra、b两点,其示数变化显著。因待测电阻R较小,应采用外接法。
  
  当待测电阻R>RA,与Rv可比拟时,伏特表的分流作用显著,伏特表分别接a、b两点,安培表示数变化显著。因待测电阻R较大,应采用内接法。
  小结:伏特表示数变化显著,说明待测电阻R与RA差不多,较小,应采用外接法;安培表示数变化显著,说明待测电阻R与Rv差不多,较大,应采用内接法。
  例3:某同学用伏安法测一个未知电阻R,用图1所示甲、乙电路各测一次,依甲图测得的典雅、电流值分别是2.9???V?、4.0???mA?,依乙图测得的数据是3.0???V?、3.0???mA?,由此可知图所示的电路测量误差小些,测得的R为???Ω?。
  分析:对电流表所测数据,?Δ?I/I=(4.0-3?0)/4.0=1/4;对电压表所测数据,?Δ?U/U=(3.0-2.9)/2.9=1/29,此时?Δ?I/I>?Δ?U/U,安培表示数变化显著,电阻较大,应采用内接法测量误差小,即乙图所示电路,测得的R=U/I=3.0/3.0×10-3?Ω?=1.0×103?
  
  注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”

标签:误差 电阻 电路 选择