电阻测量是高中物理阶段最重要也是最灵活的一个实验之一,方法多,考察点多,知识琐碎,从今天开始我们用大概一周的时间去探讨这个问题。
伏安法测电阻的器材主要有两个伏特表和安培表(也可以是可以等效为伏特表或安培表的器材)。测量方法主要有以下三个方法,我们逐一说明。
一、安培表内接法
如图所示,电流表和待测电阻首先连接,处于电压表的两个接线点之内,就是内接法。内接法适用于电压表电流表内阻已知、待测电阻的大概值已知且待测电阻值远大于电流表内阻(此时认为待测电阻值近似等于待测电阻与电流表内阻之和)或待测电阻值大于电流表内阻和电压表内阻乘积的平方根(关于平方根的事情,我们外接法中说)。此时,由欧姆定律知Rx的真实值=(U测-U)/I测<Rx的测量值=U测/I测。可见该方法有系统误差,且测量值偏大。
二、安培表外接法
如图所示,电压表和待测电阻首先连接,电流表处于电压表的两个接线点之外,就是外接法。外接法适用于电压表电流表内阻已知、待测电阻的大概值已知且待测电阻值远小于电压表内阻(此时认为待测电阻的电流近似等于待测电阻和电压表的电流之和)或待测电阻值小于电流表内阻和电压表内阻乘积的平方根(选择内接还是外接,关键是看谁的相对误差小,相对误差=(测量值-真实值)/真实值。内接的相对误差是(RA/Rx),外接的相对误差是Rx/(Rv Rx)因为电压表内阻远大于待测电阻,所以相对误差近似等于Rx/Rv)。如果令两种方法的相对误差相等此时可以近似得出Rx=根号下RvRA。所以待测电阻到底是大还是小,应该用待测电阻的阻值与根号下RvRA比较,这样说大或者小才更合理。更便于操作或者记忆的是RA/Rx和Rx/Rv比较,哪个比值大就和谁先连接。
此时,由欧姆定律知Rx的真实值=U测/(I测-I)大于Rx的测量值=U测/I测。可见该方法有系统误差,且测量值偏小。
三、试触法
当电压表电流表待测电阻的阻值都不知道,则选用试触法。若电压表变化明显,说明待测电阻和电流表内阻差不多,误差较大,采用外接法。若电流表变化明显,说明待测电阻和电压表内阻差不多,误差较大,采用内接法。为了防止万一,我们还要啰嗦一下什么是变化明显?真正的变化明显是电压或者电流的变化量与其两种情况下电压或者电流平均值得比值。
结论:大(待测电阻大)内(内接法)高手本领大(系统误差大)。
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