电阻测量的六种方法.doc
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电 阻 测 量 的 六 种 方 法 江苏省扬中高级中学 212200 祝伟 电阻的测量是恒定电路问题中的重点,也是学生学习中的难点。这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法,从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。 一.欧姆表测电阻 图1 1、欧姆表的结构、原理 它的结构如图1,由三个部件组成:G是内阻为Rg、 满偏电流为Ig的电流计。R是可变电阻,也称调零电阻, 电池的电动势为E,内阻为r。 欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。 当红、黑表笔接上待测电阻Rx时,由闭合电路欧姆定律可知: I = E/(R+Rg+Rx+r)= E/(R内+RX) 由电流的表达式可知:通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比,但存在一一对应的关系,即测出相应的电流,就可算出相应的电阻,这就是欧姆表测电阻的基本原理。 2.使用注意事项: (1) 欧姆表的指针偏转角度越大,待测电阻阻值越小,所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反,即左大右小;电流表、电压表刻度是均匀的,而欧姆表的刻度是不均匀的,左密右稀,这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。 (2)多用表上的红黑接线柱,表示+、-两极。黑表笔接电池的正极,红表笔接电池的负极,电流总是从红笔流入,黑笔流出。 (3)测量电阻时,每一次换档都应该进行调零 (4)测量时,应使指针尽可能在满刻度的中央附近。(一般在中值刻度的1/3区域) (5)测量时,被测电阻应和电源、其它的元件断开。 (6)测量时,不能用双手同时接触表笔,因为人体是一个电阻,使用完毕,将选择开关拨离欧姆档,一般旋至交流电压的最高档或OFF档。 二.伏安法测电阻 图2 1.原理:根据部分电路欧姆定律。 2.控制电路的选择 控制电路有两种:一种是限流电路(如图2); 另一种是分压电路。(如图3) (1)限流电路是将电源和可变电阻串联,通过改变电阻的阻值,以达到改变电路的电流,但电流的改变是有一定范围的。其优点是节省能量;一般在两种控制电路都可以选择的时候,优先考虑限流电路。 图3 (2)分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来,再从可变电阻的两个接线柱引出导线。如图3,其输出电压由ap之间的电阻决定,这样其输出电压的范围可以从零开始变化到接近于电源的电动势。在下列三种情况下,一定要使用分压电路: ① 要求测量数值从零开始变化或在坐标图中画出图线。 ② 滑动变阻器的总值比待测电阻的阻值小得多。 ③ 电流表和电压表的量程比电路中的电压和电流小。 3.测量电路 由于伏特表、安培表存在电阻,所以测量电路有两种:即电流表内接和电流表外接。 (1)电流表内接和电流表外接的电路图分别见图4、图5 图6 图4 图5 (2)电流表内、外接法的选择, ①、已知RV 、 RA及待测电阻RX的大致阻值时 若>,选用内接法,<,选用外接法 ②不知RV 、 RA及待测电阻RX,采用尝试法,见图6,当电压表的一端分别接在a、b两点时,如电流表示数有明显变化,用内接法;电压表示数有明显变化,用外接法。 (3)误差分析: 内接时误差是由于电流表分压引起的,其测量值偏大,即R测 >R真; 外接时误差是由于电压表分流引起的,其测量值偏小,即R测<R真。 4.伏安法测电阻的电路的改进 如图7、图8的两个测电阻的电路能够消除电表的内阻带来的误差,为什么?怎样测量? 图8 0 图7 0 图9 A B · · 三.桥式电路测电阻 1. 原理:如图9的电路称为桥式电路,一般情况下, 电流计中有电流通过,但满足一定的条件时,电流计中 会没有电流通过,此时,称为电桥平衡。 处于电桥平衡时,图中A、B两点电势相等,因此电路 结构可以看成:R1R2和R3R4分别串联,然后并联; 或R1R3和R2R4分别并联,然后再串联。 2.电桥平衡的条件:R1×R4=R2×R3(自己推导) 图10 3.测量方法 如图10,连接电路,取R1、R2为定值电阻, R3为可变电阻箱(能够直接读出数值), Rx为待测电阻。调节R3,使电流计中的 读数为零,应用平衡条件,求出Rx。 四.半偏法测电阻 1.半偏法测电流表内阻 (1) 测量方法:电流表半偏法测电阻的电路图如图11, 。 G R R0 S2 图11 。 S1 R为滑动变阻器,R0为电阻箱,G为待测电流表内阻。 实验时,先合上S1,断开S2,调节R使电流计的指针 满偏;再合上S2,调节R0使电流计的读数为满刻度的 一半,这时,电阻箱的数值即为电流计的内阻。 (注意:实验前,变阻器的阻值应放在最大位置; 调节R0时,R不动) (2)测量原理:S2打开时,设电流表满偏电流Ig=, 因为R》Rg,R》r,所以Ig≈E/R,当S2闭合时,R0和Rg并联, 并联后总阻值R并<Rg《R,故S2闭合后,电路中总电流几乎不变,即Ig≈E/R,调节R0使电流表半偏为Ig/2,所以流过R0的电流也为Ig/2,所以R0=Rg (3)器材选择:从上述原理可知,S2打开与闭合,近似认为干路中电流不变,前提是R》Rg。故实验器材选择应满足①电源电动势尽可能大,②R尽可能大。 (4)误差分析(略) S2 图12 V 。 。 。 。 S1 r E R1 R0 P 2.半偏法测电压表的内阻 电路如图12:实验时,将R1的滑动片P放在左边, 合上S1和S2,调节R1,使电压表的读数满偏;保持 R1不变,断开S2,调节R0,使电压表的读数为满刻 度的一半。则RV = R0。请同学们自己分析其实验原 理、器材选择与误差分析。 五.等效替代法测电阻 1.等效替代法就是在测量的过程中,让通过待测电阻的电流(或电压)和通过电阻箱的电流(或电压)相等。电路如图13,将单刀双掷开关调到a,闭合S1调节R,使安培表读数为I0,保持R不动,将单刀双掷开关打到b,调节R0使安培表读数仍为I0,则电阻箱的读数就是待测电阻的数值。 2.测量原理:图14是用伏特表完成的实验,同学们自己分析测量原理。 图15 S1 S2 图14 3.注意:主要元件为电阻箱和单刀双掷开关。虚线框内可用分压控制电路。 图13 六.公式计算法测电阻 公式计算法主要是应用串并联电路的特点和全电路的知识进行分析,并求出待测电阻的数值。图15是测量电阻Rx的电路, Rx为待测电阻,R为保护电阻,其阻值未知,R1为已知的定值电阻,电源电动势为E未知,S1、S2均为单刀双掷开关,A为电流表,其内阻不计。(1)测量Rx的步骤为:S2向d闭合,S1向 a 闭合,记下电流表的读数I1,再将S2向c闭合,S1向 b 闭合,记下电流表读数I2。(2)计算Rx的公式为Rx= 分析解答:当S2接d,S1接a时,Rx的电压Ux=I1Rx 当S2接c,S1接b时,R1上的电压U1=I2R2 在不改变电阻R的情况下,Ux=U1 所以I1Rx=I2R1, 以上电阻测量的六种方法,同学们在平时解题时可视具体情况灵活选用。 6- 配套讲稿:
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