当待测电阻阻值R>>甩时,安培表分压很小,选择安培表内接电路。
2、临界值计算比较法:
R是较大还
当待测电阻阻值与电压表、电流表的阻值相差不多时,如何确定被测电阻
是较小呢?
我们要计算两种接法的相对误差,可用-V与—相比较.
R-A
——
当」即R.RvRa时,宜采用电流表外接法;
RRa
RR
当」即RRvR;时,宜采用电流表内接法;
RRa
而RR/RA时,电流表内外接法效果是一样的•此时的被测电阻值R我们称为临界
电阻。
3、测试判断法(试触法)
若Rx、Ra、Rv的大小关系事先没有给定,可借助试触法确定内、外接法.具体做法是:
如图10-6所示组成电路,其中电流表事先已经接好,拿电压表的一个接线柱去分别试
触M、N两点,观察先后两次试触时两电表的示数变化情况。
如果电流表的示数变化比电压表示数变化明显(即1U),说明接M点时电压表
IU
分流作用引起的误差大于接N点时电流表分压作用引起的误差,这时应采用内接法(即电压
表接N点)。
(口决:
“内字中间有个大,大内偏大,小外偏小”,即内接法适合测大电阻且系统误
差偏大,即测量值大于真实值,外接法适合测小电阻且系统误差偏小,即测量值小于真实值,)
②控制电路(即滑动变阻器的接法)的选择,见难点2
(2)电路实验器材和量程的选择,应考虑以下几点:
1电路工作的安全性,即不会出现电表和其它实验器材因过载毁坏现象。
2能否满足实验要求(常常要考虑便于多次测量求平均值)。
3选择器材的一般思路是:
首先确定实验条件,然后按电源一电压表一电流表一变阻器顺
序依次选择。
根据不使电表受损和尽量减少误差的原则选择电表•首先保证流过电流表的电
流和加在电压表上的电压均不超过使用量程,然后合理选择量程,务必使指针有较大偏转(
2
般取满偏度的2左右),以减少测读误差•根据电路中可能出现的电流或电压范围需选择滑
3
动变阻器,注意流过滑动变阻器的电流不超过它的额定值,对大阻值的变阻器,如果是滑动
头稍有移动,使电流、电压有很大变化的,不宜采用•应根据实验的基本要求来选择仪器,
对于这种情况,只有熟悉实验原理,才能作出恰当的选择•总之,最优选择的原则是:
a、方法误差尽可能小.
b、实现较大范围的灵敏调节.
c、在大功率装置(电路)中尽可能节省能量;在小功率电路里,在不超过用电器额定值
的前提下,适当提高电流、电压值,以提高测试的准确度
根据以上原则,电学仪器的选择有如下建议:
1、电源的选择:
选择直流电源,应根据用电器的需要来确定,一般考虑用电器所需的
电压、电路中的电流、电源电动势和允许电流等.在不超过待测器材所允许的最大电压值的
情况下,选择电动势较大的电源(以获得更多的测量数据)。
在相同电动势情况下,通常选
择内电阻较小的电源(以获得较稳定的路端电压),测电源内阻除外。
2、电表的选择:
在不超过电表量程的条件下,选择量程较小的电表(以便测量时示数能在满刻度的2/3左右)。
3、滑动变阻器的选择:
要由电路中所要求或可能出现的电流、电压的范围来选定变阻器,实际流过变阻器的电流不得超过其额定值;如要通过变阻器的电阻改变来读取不同的电流、
电压值时,要注意避免变阻器滑片稍有移动电流或电压就会有很大变化的出现,也要避免出
现滑片从一头滑到另一头,电流或电压几乎没有变化的情况
若控制电路确定为限流接法,则滑动变阻器应选用与实验电路中其它电阻的总阻值相差不大的;若控制电路确定为分压接法,则应选用在额定电流允许的条件下阻值较小的滑动变阻器。
例4:
图10-7为用伏安法测量一个定值电阻阻值的实验所需器材实物图,器材规格如下:
图10-7
(1)待测电阻R(约100Q)
(2)直流电源(输出电压4V,内阻可不计)
(3)直流毫安表(量程0~10mA内阻50Q)
(4)直流电压表(量程0~3V,内阻5KQ)
(5)滑动变阻器(阻值范围0~15Q,允许最大电流
1A)
(6)电键一个,导线若干条
根据器材的规格和实验要求,在实物图上连线。
并用标出在闭合电键前,变阻器的滑动触点应处的正确位置。
【审题】本题不要求选择仪器,只是对已有的仪器进行电路的选择合成,从一定程度上降低
了难度,由已知条件,待测电阻与电压表阻值相差较多,滑动变阻器阻值相对较小。
【解析】因滑动变阻器阻值小于待测电阻R的阻值,所
以滑动变阻器应选用分压接法;待测电阻与电表相比,R的阻值和电压表的阻值相差较多,所以应选用安培表外接电路,实物连接如图10-8所示。
滑动变阻器分压接法时,在闭合电键前,变阻器的滑动触点应置于使负载电压为零处,如图箭头所示。
【总结】
(1)设计测量电阻的电路必须考虑两个方面,首先要确定滑动变阻器是分压电路还是限流电路,再考
虑是安培表外接电路还是安培表内接电路。
(2)连接实物图时,应该先干路,再支路。
滑动变阻器分压接法是要注意电键能控制全电路电流,即断开电键后,电路中无电学仪器仍处于通电状态,电键对支路不起作用是滑动
变阻器分压接法时经常出现的错误。
例5:
某电压表的内阻在20〜50KQ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列可选用的器材:
待测电压表V(量程3V),电流表A1(量程200讪,电流表A2(量程5mA),电流表A3(量程0.6A),滑动变阻器R(最大阻值1kQ),电源E(电源电压为4V),开关S.
(1)所提供的电流表中应选用(填字母代号).
(2)为了尽量减小误差,要求多测几组数据,试在图10-9方框中画出符合要求的实验电
路(其中电源和开关及连线已画出).
【审题】测量电压表的内阻,从已知条件看,需测量通过电压表的电流,因此,需估算通过电压表的最大电流来判断所用电流表的量程。
同时,滑动变阻器的全阻值远小于电压表内阻,控制电路应采用分压接法。
【解析】电压表的示数等于通过电压表的电流与本身内阻的乘积,估算电路中的最大电流为
所以应选电流表A1,与电压表串联在电路中.
滑动变阻器的电阻远小于电压表内阻•如果用滑动变阻器连成限流电路,一则它对电路
的调控作用很不明显,二则是待测电压表分得的最小电压约为
所示.E图10-10
【总结】对于电表的选择,必须先根据已知条件估算电路中的最大电压或电流值,以此确定选用略大于且量程最小的电表。
例6:
有一改装的电流表A需要与一标准电流表A进行校对,采用如图所示10-11的电路,
其中E为电源,R)为一限流电阻,R为一可变电阻,S为电键,限流电阻能够限制电路中的最大电流,使之不超出电流表的量程过多,从而对电流表起保护作用。
实验中已有的器材及其规格如下:
蓄电池E(电动势6v,内阻约为0.3Q),改装电流表A(量程0~0.6A,内阻约为0.1Q)
标准电流表Aa(量程0~0.6A~3A,内阻不超过0.04Q)实验中备有的电阻器规格如下:
A.固定电阻(阻值8Q,额定电流2A)
B.固定电阻(阻值15Q,额定电流2A)
C.滑动变阻器(阻值范围0~20Q,额定电流2A)
D,滑动变阻器(阻值范围0~200Q,额定电流2A)
已知两个表的刻度盘上都将量程均匀分为6大格,要求从0.1A起对每条刻线一一进行
核对,为此,从备用的电阻器中,Fb应选用,R应选用。
(用字母
代号填写)
【审题】本题中给出了固定限流电阻的选择,首先要明确其作用,实验要求电流范围在
0.1~0.6A之间,即电路中仅有限流电阻时的电流要略大于0.6A,同时要配合滑动变阻器,
保证电路中的最小电流不超过0.1A。
【解析】已知改装表量程为0~0.6A,要求从0.1A起对每条刻线进行核对,所以,电路中最
大电流不能小于0.6A,最小电流不能大于0.1A。
电源电动势为6v,根据欧姆定律R总-,电路中最小总电阻不能大于10Q,电路中除固定电阻和滑动变阻器外,其它电阻总阻值等
于0.44Q,所以固定电阻F0应选用A(8Q);又因最大总电阻不能小于60Q,滑动变阻器
应选用D(200Q)。
【总结】
(1)要正确理解限流电阻的限流作用一-使电路中的电流不超过.电流表的量程过多.,
应理解为:
在保证电流表能达到满量程的条件下,通过电流表的电流不过大。
所以限流电阻
的阻值不能大于使电流表达到满偏时的阻值。
(2)注意区分限流电阻与滑动变阻器的作用,限流电阻的作用是使电路中的电流不要
过小(不小于0.6A),而滑动变阻器的作用是使电路中的电流要达到足够小(不大于0.1A)。
例7:
用伏安法测量某一电阻FX的阻值,现有实验器材如下:
A、待测电阻FX(阻值大约为5Q,额定功率为1W
B电流表Ai(0~0.6A,内阻0.2Q)
C电流表A(0~3A,内阻0.05Q)
D电压表V(0~3V,内阻3KQ)
E、电压表V2(0~15V,内阻15KQ)
F、滑动变阻器R(0~50Q)
G蓄电池(电动势为6V)
H电键、导线
为了较准确测量FX的阻值,保证器材的安全,以便操作方便,电压表、电流表应选择,并画出实验电路图。
【审题】本题中待侧电阻的额定功率、电阻估计值已知,可估算通过电阻的电流及其两端电
压,是选择电流表、电压表量程的关键,另外,电流表的内外接法及滑动变阻器的接法也需要计算确定。
2、确定电流表的内、外接法
计算临界电阻“'''■-,R3、确定控制电路
因滑动变阻器的全阻值R)大于被测电阻FX,故首先考虑变阻器的限流接法。
限流接法:
Rx上限流取值范围为:
最小:
a色乂5+5。
"1
最大:
1
额=0.45A
压变化范围为0.55V〜2.25V,安全可行。
若采用变阻器的分压接法,因R)>FX,会操作不方便,因此应选择变阻器的限流接法。
电路如图10-12所示。
【总结】本题需要选择电流表、电压表量程以及测量电路和控制电路,解题时为避免混乱,可分步选择,将题目分解,既明确,又不易遗漏。
4、电阻测量的方法归类
在高中电学实验中,涉及最多的问题就是电阻的测量,电阻的测量方法也比较多,最常
用的有:
(1)欧姆表测量:
最直接测电阻的仪表。
但是一般用欧姆表测量只能进行粗测,为下一步的测量提供一个参考依据。
用欧姆表可以测量白炽灯泡的冷电阻。
(2)替代法:
替代法的测量思路是等效的思想,可以是利用电流等效、也可以是利用电压等效。
替代法测量电阻精度高,不需要计算,方法简单,但必须有可调的标准电阻(一般给定的仪器中要有电阻箱)。
替代法是用与被测量的某一物理性质等效,从而加以替代的方法。
如图10-13所示。
先把双刀双掷开关Sa扳到1,闭合S,调整滑动变阻器,使电流表指针指到某一位置,记下此时的示数I(最好为一整数)。
再把开关Sa扳到2,调整电阻箱R),
使得电流表指针仍指到示数I。
读出此时电阻箱的阻值r,
则未知电阻R的阻值等于r。
说明:
①在此实验中的等效性表现在开关换位后电流表的示数相同,即当电阻箱的阻值为r时,对电路的阻碍作用
与未知电阻等效,所以未知电阻R的阻值等于r。
②替代法是一种简捷而准确度很高的测量电阻的方法,此方法没有系统误差,只要电阻箱和电流表的精度足够高,测量误差就可以忽略。
(3)伏安法:
伏安法的测量依据是欧姆定律(包括部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律)需要的基本测量仪器是电压表和电流表,当只有一个电表时,可以用标准电阻(电阻箱或给
一个定值电阻)代替;当电表的内阻已知时,根据欧姆定律I=U/Rv,电压表同时可以当电流
表使用,同样根据U=IRa,电流表也可以当电压表用。
(4)比例法:
如果有可以作为标准的已知电阻的电表,可以采用比例法测电表的电阻。
用比例法测电表内阻时,两个电流表一般是并联(据并联分流原理),两个电压表一般是串
联(据串联分压原理)。
所谓“比例法”是:
要测量某一物体的某一物理量,可以把它与已知准确数值的标准物体进行比较。
例如,使用天平称量物体的质量,就是把被测物体与砝码进行比较,砝码就是质量数准确的标准物体。
天平的结构是等臂杠杆,因此当天平平衡时,被测物体的质量与标准物体的质量是相等的,这就省去了进一步的计算。
有很多情况下,被测物体与标准物体的同一物理量间的关系并不是相等,而是在满足一
定条件下成某种比例的关系,这种方法又称为“比例法”。
例如,测电流表和电压表的内阻,如果有可以作为标准的已知电阻的电表,都可以使用
比例法。
采用比例法测电阻的依据是:
串联电路电压与电阻成正比,并联电路电流与电阻成
反比。
电压表可显示电阻两端的电压值,电流表可显示电阻中通过的电流,所以测电流表内
阻应把两电流表并联,测电压表内阻应把两电压表串联,电路图分别如图10-14(甲)、(乙)所示。
测电流表内阻时,应调节滑动变阻器使
两电流表的指针都有较大偏转,记录下两电表的示
数Il和丨2,根据并联电路分流原理,若已知电流表A的内阻为ri,则电流表A的内阻r2=21r1。
12
测电压表内阻时,应调节滑动变阻器F02,使两电压表的指针都有较大偏转,记录下两
电表的示数U和U2,根据串联电路分压原理,若已