電阻的測量內接法與外接法.ppt

擴展：用實驗的方法進行電阻的測量,問題一.實驗設計的總體原則,（1）精確性：在實驗誤差允許的范圍內，應盡可能選擇誤差較小的方案 （2）安全性：實驗方案的實施要安全可靠，不會對器材造成損害，且成功率高 （3）可操作性：實驗應便于操作和讀數(shù)，便于進行數(shù)據(jù)處理,問題二.實驗設計的基本思路,實驗設計的關鍵在于實驗原理的設計，它是進行實驗的依據(jù)和起點，它決定了應選用（或還需）哪些實驗器材，應測量哪些物理量，如何編排實驗步驟而實驗原理的設計又往往依賴于所提供的實驗器材（條件）和實驗要求，它們相輔相成，互為條件,一、替代法測電阻： 替代法的測量電阻的原理是等效的原理，可以是利用電流等效、也可以是利用電壓等效。 替代法測量電阻精度高，不需要計算，方法簡單，但必須有可調的標準電阻（一般給定的儀器中要有電阻箱）。,問題三.電阻測量的不同設計,例題1、設計一個用替代法測量未知電阻Rx（阻值約為幾十歐）的電路。要求：（1）畫出電路圖。（2）說明實驗主要步驟。,分析與解答（1）電路如圖所示。 （2）先把雙刀雙擲開關S2扳到1，閉合S1，調整滑動變阻器，使電流表指針指到某一位置，記下此時的示數(shù)I（最好為一整數(shù)）。再把開關S2扳到2，調整電阻箱R0，使得電流表指針仍指到示數(shù)I。讀出此時電阻箱的阻值r，則未知電阻Rx的阻值等于r。,二.比例法測電阻 所謂“比例法”的原理是：要測量某一物體的某一物理量，可以把它與已知準確數(shù)值的標準物體進行比較。,有很多情況下，被測物體與標準物體的同一物理量間的關系并不是相等，而是在滿足一定條件下成某種比例的關系，這種方法又稱為“比例法”。,閉合開關，用電流表分別測出R0、R1中的電流為I1、I2.,I1,I1,I2,I2,閉合開關，用電流表分別測出R0、干路中的電流為I1、I2.,用電流表兩次接法,1、有理想電流表和一個已知阻值的電阻而測另一個電阻得阻值,I2,I1,I2,I1,2. 開關閉合時，讀出電流表示數(shù)為I2,1. 開關斷開時，讀出電流表示數(shù)為I1,電源電動勢恒定，內阻為零，則可以用電鍵將電阻以不同的形式連入電路進行測量。,1. 開關斷開時，讀出電流表示數(shù)為I1,2. 開關閉合時，讀出電流表示數(shù)為I2,1 、電壓表接在位置甲讀出電壓表示數(shù)UX,2 、電壓表接在位置乙讀出電壓表示數(shù)U,2、有理想電壓表和一個已知阻值的電阻而測另一個電阻得阻值,實驗步驟:,(1)S接a時電壓表的示數(shù)為U1；,(2)S接b時電壓表的示數(shù)為U2；,（3）則Rx=_。,R0,Rx,V,S,b,U2,R0,Rx,V,S,a,U1,U1,U1-U2,(U1-U2)*R0/U2,還可以用單刀雙擲開關實現(xiàn)電表的不同接法,三、伏安法測電阻 伏安法的測量原理：外電路的歐姆定律， 需要的基本測量儀器是： 電壓表、電流表、變阻器、電源、電鍵、導線等.,電流表的內、外接法,實驗器材的選用,滑動變阻器的連接方式,由電路圖連接實物連圖,解決的問題有：,儀表儀器的讀數(shù)問題,（一 ） 電流表內、外接法的選擇 1、要測量Rx的電阻、可采用如圖所示的電表連接形式測量：,2、為什么要選擇連接方式？ 答：由于電流表和電壓表都有內阻，不管電流表內接還是外接都將引起誤差，但被測量的電阻阻值不同，不同的連接方式引起的誤差不同，為了減小誤差我們要選擇電流表的內、外接方式。,3、不同的連接方式引起的誤差分析：,若使用A的內接法，則：,R測Rx,誤差：R內=R測-RX=RA，是由安培表的分壓作用引起的。,若使用A的外接法，則：,R測RX,誤差：,誤差由伏特表的分流作用引起的。,畫出兩種連接方式所引起的誤差隨待測電阻值的變化規(guī)律大致如圖所示。,由圖中啟發(fā)我們怎樣選擇接法。,求誤差的交點坐標：令R內=R外則：,RX0即為兩條誤差曲線的交點,3、如何選擇電流表的內接或外接方式？ 一般當RX較小時，即RXRV時，（RX與RA較接近）采用電流表的外接方式：,誤差由伏特表引起誤差小，采用安培表的外接法。,誤差由安培表引起誤差小，采用安培表的內接法。,一般當RARx時，一般采用電流表的內接方式。,4、內接、外接各對測量結果的影響 答：內接：R測R真 外接：R測R真,5、如果RV、RA均不知大小，可利用試測法，如圖,（1）定性分 析法： 電鍵分別接觸a、b,如果電流表示數(shù)變化明顯，電壓表的示數(shù)幾乎不變，說明電壓表的分流作用明顯，用電壓表引起誤差所產(chǎn)生的誤差大，用電流表引起誤差則誤差小，電流表應：,采用內接法,電鍵分別接觸a、b,如果電壓表示數(shù)變化明顯，電流表的示數(shù)幾乎不變，說明電流表的分壓作用明顯，用電流表引起誤差所產(chǎn)生的誤差大，用電壓表引起誤差則誤差小，電流表應：,采用外接法,（2）定量計算法 設：電鍵接a時，設電流表和電壓表的讀數(shù)分別是（I1、U1），電鍵接b 時，設電流表和電壓表的讀數(shù)分別是（I2、U2），,即：電流表示數(shù)相對變化大于電壓表示數(shù)的相對變化，說明電壓表的分流作用明顯，用電壓表引起誤差所產(chǎn)生的誤差大，用電流表引起誤差則誤差小，電流表應：,采用電流表內接法,即：電壓表示數(shù)相對變化大于電流表示數(shù)的相對變化，說明電流表的分壓作用明顯，用電流表引起誤差所產(chǎn)生的誤差大，用電壓表引起誤差則誤差小，電流表應：,采用電流表外接法,練習： 1、用伏安法測定一定值電阻的器材規(guī)格如下： RX （約 100） A表 （010mA 內阻50 ）V表 （0 3V 內阻5K ） 試確定電流表的連接方式。,2、如果器材如下，電流表如何連接： RX （約 50），A表 （00.6A 內阻0.05 ）， V表 （0 30V 內阻5K ）,（二）、滑動變阻器的連接形式： 1、電路圖：（ 限流） （ 分壓）,2、優(yōu)、缺點：,限流器：,通過研究電阻的電流不能從零開始調節(jié)，電流的調節(jié)范圍較小，但省電,分壓器：,電壓調節(jié)范圍大，但耗電較多,3、選用原則：,（1）無特殊情況，一般使用限流器法，此時滑動變阻器的阻值與待測電阻值差不多或比待測電阻值大。,（2）以下幾種情況只能使用分壓法： 要求用電器、儀表的電壓或電流從零值開始連續(xù)可調，或要求調節(jié)的范圍盡可能大。 變阻器的最大電阻R0待測電阻RX較多時，（如相差一個數(shù)量級）在變阻器調節(jié)過程中，電表讀數(shù)變化不明顯，不滿足實驗測量多組數(shù)據(jù)的要求 限流連接時，若變阻器的阻值達到最大，通過被測電器或使用的儀表的電流或電壓超過額定值或允許的最大值,練習： 用伏安法測定一個定值電阻的器材規(guī)格如下： 待測電阻RX：約100； 直流電流表：0 10mA，內阻50； 直流電壓表：0 3 V ，內阻5k； 直流電源： 輸出電壓3V，內阻不計； 滑動變阻器：0 15 ，允許最大電流1A；電鍵一個，導線若干。 根據(jù)器材的規(guī)格和實驗要求作出實驗電路圖。,畫出的設計電路如圖:,1、安全性原則：要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器，使實驗切實可行，能達到預期目標。另外還要注意測量的物理量不超過儀器的量程，通過電阻類器件、變阻器器件等的電流不能超過其最大允許電流等。,（三）、實驗儀器的選擇原則,2、準確性原則：根據(jù)實驗的需要，選用精度合適的測量工具，但對某個實驗來講，精確程度夠用即可，并不是精度越高越好。,選擇電流表和電壓表： 首先要考慮選擇合適的量程，實際測量中一般要求電表的實際讀數(shù)不小于量程的1/3。 其次滿足選擇用內阻較小的電流表，內阻較大的電壓表，,A.在滑動變阻器作限流器使用時，為使負載RX既能得到較寬的電流調節(jié)范圍，又能使電流變化均勻，選擇變阻器時，應使其總電阻，R0大于RX，一般在25倍為好。 B.在滑動變阻器作為分壓器使用時，一般取滑動變阻器的總電阻R0在0.1RX0.5RX之間為好。,變阻器的選擇：,C.設：在分壓器形式的電路中，某狀態(tài)下變阻器連入電路中的電阻為R0，并聯(lián)后的總電阻為：,若RXR0，則R總R0，電阻RX兩端的電壓UX=IR0，與R0成正比，即：導體兩端的電壓與變阻器的電阻成線性關系，電壓均勻變化。,D.對于大電阻構成的變阻器R0，并聯(lián)后的總電阻接近于待測電阻RX，要是RX兩端的電壓發(fā)生較大的變化，由UX=IR總知道：只有R0接近RX時才有可能，這使R0上有用的部分很 短，在很短的一段上調節(jié)變阻器的觸頭很不方便，不宜選用電阻很大的變阻器。,3、方便性原則： 實驗時需考慮儀器調節(jié)要方便，便于操作。 對滑動變阻器的選擇： 首先考慮它的額定電流要大于電路正常工作的最大電流，保證變阻器的安全。 其次考慮它的阻值范圍對測量結果的影響。 第三.考慮在阻值大小調節(jié)中,變阻器的滑動的移動范圍要盡量的較大為好。,4、對器材的選擇的一般步驟是： 找出唯一性的器材（電源、待測電阻、電鍵等、導線等）； 依題意和測量原理草畫電路圖（暫不把電表接入）； 依據(jù)待測電阻的銘牌估算電流、電壓的最大值；（在限流電路中把變阻器的滑動觸頭調節(jié)在使電路中電阻最?。?依據(jù)估算的電流和電壓值選擇電表 選取電流表和電壓的合適量程使電流表和電壓表盡量達到滿偏的1/3部分。,.依據(jù)問題要求選取變阻器，確定連接形式。,依據(jù)電流表和電壓表的內阻定電表的接法。,（例1）測一阻值約為12的電阻，備有下列器材： A 電流表（量程0 3A， 內阻0.0125）； B 電流表（量程0 0.6A，內阻0.125）； C 電壓表（量程3V， 內阻3k）； D 電壓表（量程6V， 內阻6k）； E 直流穩(wěn)壓電源（電動勢6V，內阻很?。?； F 滑動變阻器（0 20， 額定電流1A）； G 滑動變阻器（0 200，額定電流0.3A）； H 導線若干，電鍵一個。 電流表應選 ，電壓表應選 ，變阻器為 畫出測量電路原理圖。,B,D,F,【例2】用伏安法測量一個定值電阻的阻值，備用器材如下 ： 待測電阻Rx （阻值約為25k） 電流表A1：（量程100A，內阻2k） 電流表A2：（量程500A，內阻300） 電壓表V1：（量程10V，內阻100k） 電流表V2：（量程50V，內阻500k） 電源E：（電動勢15V，允許最大電流1A） 滑動變阻器R：（最大阻值1k） 電鍵S，導線若干 為了盡量減小實驗誤差，要求測多組數(shù)據(jù) （1）電流表應選_，電壓表應選_ （2）畫出實驗電路圖,A2,V1,【例3】 用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值（9001000）： 電源E，具有一定內阻，電動勢約為9.0V； 電壓表V1，量程為1.5V，內阻r1=750； 電壓表V2，量程為5V，內阻r2=2500； 滑線變阻器R，最大阻值約為100； 單刀單擲開關S，導線若干 （1）測量中要求電壓表的讀數(shù)不小于其量程的1/3，試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖(原理圖中的元件要用題圖中的相應的英文字母標注）(2)用鉛筆線代替導線將實物圖連接起來.(3)寫出求RX的計算公式.,四.用多功能電表測電阻：,(一)、認識多功能電表,多功能電表的簡介,(二)、用歐姆檔測電阻,2、測量電阻的原理, 測量前先要觀察表頭的指針是否指在左側的電流為零（電阻為無窮大）處，若沒有，用螺絲刀進行機械調零，調整定位螺絲使指針歸零。,選擇合適的測量電阻的量程,使紅黑表筆接觸，調整歐姆調零旋鈕使指針指到右側電流最大刻度（電阻為零刻度）處。如圖,指針是否指到零刻度 答案：否,調整歐姆調零旋鈕使指針指到電阻為零處,調零的原理圖如圖所示，由閉合電路的歐姆定律知：,將待測電阻接入紅黑表筆兩端，觀察歐姆表的示數(shù)，如圖,讀數(shù) Rx=8K,讀數(shù)8k原理是：由閉合電路的歐姆定律知：,一個RX與一個通過表頭的電流IX相對應，只要將表頭上的IX值換成RX，便制成了歐姆表,計算某些電流值所對應的電阻值，在表盤上標出,歐姆表的特點： 特點1、若多功能電表的電流檔是均勻的，則電阻檔是不均勻的，表盤上的同樣長度，由右向左表示的電阻范圍越來越大。在長度一半處，表示的電阻比均勻時小。 特點2、歐姆表的中值電阻表示電表的內阻。 特點3、紅表筆接電池的負極，黑表筆接的是電池的正極。,3、使用歐姆表注意的事項 歐姆表不估讀 用同一量程測量不同的電阻，只要開始歐姆調零一次便可，若用不同的量程測量，則每換一次量程就要歐姆調零一次。 量程的選擇應使表針盡量向中央刻度附近靠近。若表針偏向右邊很多，說明選擇的量程太大。反之、若表針偏向左邊很多，說明選擇的量程太小,例：已知靈敏電流計的滿偏電流IG = 100A，電源電動勢E=2V。求當電流值分別為I1 = 25 A、I2 = 50A、I3 = 80A時所對應的表盤上的電阻值。,解：依據(jù)滿偏電流和電動勢求內阻 R內=E/IG=2104,當I1=25A時：R1=6104 當I2=50A時：R1=2104 當I3=80A時：R1=0.5104,1.電流表、電壓表各一只，可以測量它們的內阻,五.測電流表和電壓表的內阻,若電壓表的滿偏電壓與電流表的滿偏電壓接近,則,若電壓表的滿偏電流與電流表的滿偏電流接近,則,2.兩只同種電表，若它們的內阻和滿偏電流差異不大,若知其中一只表的內阻，就可以測另一只表的內阻,說明 本題甲圖采用限流電路而乙圖采用分壓電路，這是由于電流表內阻都較小，若采用分壓電路，則滑動變阻器的阻值必須更小，這時電路近似于短路，是不允許的；而電壓表內阻都很大，若采用限流電路，則滑動變阻器的電阻必須更大，這在實際上行不通。,3.兩只同種電表內阻都未知，但量程差異不大,則需要一只電阻箱（或定值電阻）才能測定電表的內阻,V2,V1,R,4 .替代法,5.半偏法,注意：1.實驗操作步驟 .誤差來源和分析,電流半偏