R2>RARv+RARRARv,
R>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”。
2)同上分析可知,
当R<时,S内>S外,实验电路应选择
电流表外接法,即“小外”
3、试触法
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:
"大内":
当△1/1>△U/U时,电流表的
示数的相对变化大,说明电压表的分流作用显著,待测电阻的阻值与
电压表的内阻可以相比拟,误差主要来源于电压表,应选择电流表内
接法。
"小外":
当△I/IV△U/U时,电流表的示数的相对变化
小,说明电流表的分压作用显著,待测电阻的阻值与电流表的内阻可
以相比拟,误差主要来源于电流表,应选择电流表外接法。
例:
某同学用XX法测一个未知电阻R,用图一所示甲、乙电路
各测一次,XX测得的数据是U=2.9V、l=4.0mA,xx测得的数据是3.0V、
3.0mA由此可知所示的电路测量误差小些,测得的R为
分析:
对电流表所测数据,△1/1=(4.0-3.0)/4.0=1/4
;对电压
表所测数据,△U/U=(3.0-2.9)/2.9=1/29
此时△l/l>△U/U,由”
大内”有,电流表内接法的测量误差小,
即乙图所示电路,测得的R=
U/I=3.0/3.0X10-3Q=1.0X103Q
二、替代法测电阻
2、实验原理
本实验利用闭合电路欧姆定律,当电流表示数相同时的R1值即等于待测电阻RX的阻值大小
误差分析:
时选择图1所示的电路图,主要原因是,电阻箱在测量过程中不允许流过的电流过大。
三、半偏法测电阻
(一)实验电路
图九
图十
(二)实验原理:
1、限流式半偏法,
图九为限流式半偏法(因变阻器采用的是限流接法)原理为:
首先闭合K1、断开K2,调节R1使电流表满偏,再保持K1不变,
R1不变,调节器节R2使电流表半偏,则此时变阻器R2的示数即为要测量的电流表的阻值。
原因,当R1》》Rg时,R2的引入对于干路电流影响极小,可以忽略不计,可认为电路xxI=Ig不变,所以电流表的电流与流过变阻器的电流相同,据xx电路分流关系可得,R2=Rg。
适用条件:
本电路仅适用于测量小电阻电流表的内阻。
误差分析:
电路中,E、r不变,R1不变,R2的引入导致电路的总电阻略有
减小,电路中总电流略有增大,从而使得流过变阻器R2的电流比流过电流表的电流稍大些,因此变阻器的电阻略小于电表内阻。
所以测量值比真实值偏小。
减小误差的方法:
电路中电源电动势要大一些,从而使得变阻器R1的阻值尽可能大些。
2、分压式半偏法
图十为分压式半偏法(因变阻器采用的是分压式连接法)
实验原理:
如图闭合K1闭合K2,调节器节R1,使电压表满偏,保持R1不变,断开K2,调节R2使电压表半偏,当RV》R1时,接入R2,时可认为分压电路部分电压不变,据XX电路的分压特点可得,RV=R2
应用条件:
本电路仅适用于测量大阻值电表内电阻。
误差分析:
接入R2时,导致分压电路总电阻略有增大,从而使分压电路分压略有增大,而电压表的示数仅为U/2则R2两端的电压应略大于U/2,所以R2>RV即电压表的测量值略大于真实值。
减小误差的方法:
1、电路原理如图
图十二
图
2、电路原理
当电路中XX电流计的示数为零时则有电阻
利用此关系可进行电阻的测量,在测量时可把电路转换为如下图所示。
即把R3R4换成一根长直均匀电阻丝,RX为待测电阻,R0为标准电阻,R0和RX间接入一XX电流计,滑动触头P可在电阻丝ABxx
任意移动,且接触良好,当电流表xxI=0时
测出APBP两段电阻丝的xx,由下式
Roxi
RxX2
可得出Rx的阻值大小。
3、误差分析:
该设计电路中的误差主要决定于电流表的灵敏度和电路中的接
触电阻的大小。
电表的非常规接法一般是指利用电流表与电阻的xx来测量低值电阻,或是电压表与电阻的xx来测量高值电阻。
此种接法在近几年的高考中经常出现,应引起重视。
电路如图
即利用已知阻值的电流表与待测电阻xx来测量电阻
此种接法实质是xx法测电阻:
但在测量时要求知道电表的内阻
图1xx电路xx要求知道电流表A1的内阻;
图2xx电路xx要求知道两只电流表的内阻;
适用范围:
在测量电路中由于电流表的内阻一般较小,故本电路一般仅适用于测量低值电值。
2、电压表的非常规接法
即利用已知阻值的电压表与待测电阻XX来测量电阻
电路如图:
图1xx式XXR1电压表U1的内阻
图1xx式XXR1、R2为电压表U1、U2的内阻
该设计电路中由于电压表一般内阻较大,故本电路一般用于测量
高阻值电阻阻值。
2、原理:
利用闭合电路欧姆定律。
I=
Ro+Ri+Rg+r+Rx
(1)首先将红黑表笔短接,调节R1使电流表满偏l=lg,
]_Ro+尺+Rg+r-g
令R内二R0+R1+Rg+r
保持R1不变,接入待测电阻RX则每一个RX对应于一个电流值I,即
I=^-
R内+Rx
利用I与Ig的比值关系可得出表盘上每一刻度所对应的电阻值,即为改装后的XX。
其中当
I=Ig时RX=R即中值电阻等于内阻。
对于XX在测量电阻时待测
在测量时,阻值在中值电阻附近,可通过换档调零来调节。
i.
ii.
控制电路分析
般在高中物理电学实验中控制电路有两种:
变阻器的限流式
接法、变阻器的分压式接法
对变阻器的两种接法分析如下:
(一)变阻器的限流式接法
1、电路如图十八
电流范围为:
R+RxRx
电路特点:
由于电路中变阻器的阻值较大,所以在同等条件
下电路中的总电流较小,电路发热较小,功率损耗较小。
电路设计选用要求:
电流小,功耗小或给出条件R>RX时选且R越大其限流
作用越明显
(二)变阻器的分压连接法
1、电路如图十九
2、电路分析在限流式电路中当变阻器阻值R比待测电阻Rx小得越多时,
变阻器对电路的控制作用越明显。
待测电阻Rx两端的电压范围为
通过待测电阻的电流范围为:
I-U
电路特点:
R电路中电压的调节范围较大且连续可调,
由于电路中的总电阻较小,电路中通过的电流相对较大,电路功率消耗较大,发热较多。
电路设计选用要求:
当电路仪器,电表等的最大量程不够时电路中要求电压范围大且连续可调时
RVRX时选择小得多时,必须选择分压式三、电学实验设计:
电器元件的选择和实验电路的选择与连接
一、电阻的测量方法
—B、电流表内接法
(2)等效替代法:
B、分压式半偏:
测大电阻电表内阻
(4)电桥电路法:
(5)欧姆表原理测电阻:
B、电压表的串联连接
二、控制电路原理与分析及选用条件
1、限流式连接法:
特点:
R>RX时选且R越大其限流作用越明显
电路中通过的电流较小,电源的功率较小,电路中功率损耗较小,节能
选用要求:
电流小,功耗小
R>RX时选且R越大其限流作用越明显
特点:
R电路中电压的调节范围较大且连续可调,
由于电路中的总电阻较小,电路中通过的电流相对较大,电路功率消耗较大,发热较多。
选用要求:
当电路仪器,电表等的最大量程比电源电动势小得多
电路中要求电压范围大且由0开始连续可调时
R电学仪器元件的选择原则与实验设计方法:
1)xx原则:
如通过电源和内阻和电流不能超过基允许
的最大值;电路中电器元件上的电流、电压、电功率不能超过额定值,电表的量程等
2)精确性原则:
在实验条件和所给的电路元件中选择满
足实验要求的器材,使实验原理更完善,实验过程尽可能简单,误差尽可能小结果尽可能精确。
如:
电表的偏转要求,导体对温度的要求,电表内阻的影响等:
3)可操作性:
指操作要方便简单,读数准确误差小,
数据处理简便。
可对于滑动变阻器在电路中的应用。
此外:
在实际的电路设计中考虑电路尽可能简单,所需要
电路元件少,消耗的电能要少等因素。
注:
以上只是电学实验设计中的一些基本原则,在实际的
实验设计中应充分理解题意,根据实际需要,在原则允许的条件下来进行仪器的选择与电路的设计、连接。
例3、欲用XX法测定一段阻值约为5Q左右的金属导线的电阻,
要求测量结果尽量准确,现备有以下器材:
1)上述实验器材中应选用的是:
2)试画出实验电路,并连接实物图
分析:
由题分析可知,本题是用XX法测电阻,待测电阻阻值为5Q,电源只有A必选,故电压表只能选D,而电流范围在0—0。
之间,故电流表只能选用C,再依据XX法测电阻的比值比较原则可得只能选用电流表外接法。
而变阻器最小为20Q比待测电阻大,从实
际看一般选用限流式控制电路。
答案:
AC、DE、H
测量电路:
如右图所示
例4:
要用XX法来测定一个阻值在25kQ左右的电阻Rx的较准确的阻值,备用的器材如表格所示。
器材
代号
规格
直流电流表
A1
0~100M内阻为脸。
民
0~500M内阻为①砥。
直流电压表
V1
0~10V内阻为1Q0Q
孔
0~50V内阻为500k
n
直流稳压电源
V
输出电压15V额定电
S1A
滑动变阻器
R
CMK0额定功率
1W
电犍
符合雑要求
导线
符合实验要求
为了要使测量的结果达到较高的准确度,则
测量电路应选择(填XX表内接法或XX表外接法)
控制电路应采用(填限流电路或分压电路)
电流表应选用(填代号)电压表应选用(填代号)
画出实验电路图。
(其中电源和电键及其连线已画出)
例5、实验室中现有器材如下:
电键S,导线若干.
Re
要求用图甲所示的电路测定电压表的内阻.
(1)用此电路可以精确测量所给三块电压表中哪几块的内阻?
(2)在可测的电压表中任选一个作为测量对象,在实物图乙上连成测量电路.
(3)实验中,你除了要读出电阻箱的阻值外,还需要读出
用所测数据表示待测电压表内阻的计算公式是