大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)伏安法測(cè)電阻的研究

物理仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱伏安法測(cè)電阻的研究學(xué)院專業(yè)組別學(xué)號(hào)姓名實(shí)驗(yàn)時(shí)間摘要：本文對(duì)大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)——伏安法測(cè)電阻的研究。電阻測(cè)量的基本方法是伏安法,而從伏安法出發(fā)，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件和測(cè)量儀器，設(shè)計(jì)出了很多測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)電路。本文運(yùn)用伏安法測(cè)電阻主要使用了電流表內(nèi)接法和電流表外接法。關(guān)鍵詞：伏安法測(cè)電阻法，電表的內(nèi)外接法，擴(kuò)展性，準(zhǔn)確性，方便性。實(shí)驗(yàn)儀器：不同型號(hào)的電阻，電流表，電壓表，電流，開關(guān)，導(dǎo)線若干。引言：電阻是指物質(zhì)中阻礙電子流動(dòng)的能力屬于物質(zhì)的一種基本屬性，與物質(zhì)的尺寸、材料、溫度有關(guān)。伏安法測(cè)電阻通過同時(shí)測(cè)出流經(jīng)電阻兩端的電流和該電阻兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律計(jì)算求得電阻。伏安法測(cè)電阻主要有外接法和內(nèi)接法，本文對(duì)其兩種接法進(jìn)行對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)，并通過Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出了在不同誤差要求和不同的實(shí)驗(yàn)條件選擇合理的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行測(cè)量。本文探討了在仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上用伏安法測(cè)量電阻的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)原理測(cè)量出通過電阻R的電流I和電阻R兩端的電壓U，根據(jù)下式歐姆定律計(jì)算R但值得注意的是，根據(jù)一段電路電阻的定義：電路兩端的電壓與電流強(qiáng)度的比值定義為這段電路的電阻，電路中的若干電阻可以串聯(lián)、并聯(lián)，還可以是混聯(lián)，表達(dá)式為：R=u（1）電流表的內(nèi)接法電流表和待測(cè)電阻在電壓表測(cè)量端之內(nèi)，稱為電流表的內(nèi)接法。此時(shí)有：或（2）測(cè)量值比待測(cè)電阻實(shí)際值增大了，由此帶來的相對(duì)誤差：（3）（2）電流表的外接法電流表接在電壓表測(cè)量端之外，稱為電流表的外接法。由于電壓表的分流作用，電流表的讀數(shù)為：即（4）測(cè)量值比待測(cè)電阻實(shí)際值減小了，由此帶來的相對(duì)誤差：（5）由上述可知，無論采用內(nèi)接還是外接，都會(huì)產(chǎn)生誤差，但只要選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法，就能減小誤差，對(duì)于系統(tǒng)誤差，只要知道電表的內(nèi)阻和，有（3）和（5）式，便可對(duì)測(cè)量結(jié)果加以修正。測(cè)量方法內(nèi)接法RI≈0；RX≈∞適合測(cè)大電阻仿真實(shí)驗(yàn)電路圖如下所外接法RX>>RI;R≈RX；I=IX+IV;RV≈∞適合測(cè)小電阻仿真實(shí)驗(yàn)電路圖如下所示實(shí)驗(yàn)步驟（1）、將電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電流表、電壓表、待測(cè)電阻用導(dǎo)線連好，連接時(shí)開關(guān)斷開，滑片滑到阻值最大端；

（2）、檢查無誤后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，讀出電流表、電壓表示數(shù)，R=U/I。

（3）、將一個(gè)已知電阻與待測(cè)電阻串聯(lián)在電路中，將電壓表并聯(lián)在已知電阻兩端，讀出示數(shù)為U1，在將電壓表改接在待測(cè)電阻兩端，讀出示數(shù)為U2，則待測(cè)電阻為（U2/U1）*R

（4）、將待測(cè)電阻和一個(gè)已知電阻分別于一個(gè)開關(guān)串聯(lián)后再并聯(lián)，電流表在干路，閉合與已知電阻串聯(lián)的開關(guān)，讀出示數(shù)I1，算出電源電壓U，斷開與已知電阻串聯(lián)的開關(guān)，閉合與待測(cè)電阻串聯(lián)的開關(guān)，讀出示數(shù)I2，則電阻為U/I2。

（5）、按照電路圖連接電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器r，使電路中的電阻較大；接通開關(guān)s，讀出電流表i和電壓表的示數(shù)u；根據(jù)測(cè)量的電壓、電流值算出Rx=u/i的阻值。測(cè)量

（1）電流表內(nèi)阻（）待測(cè)電阻（3000）U（V）I(A）R測(cè)（）相對(duì)誤差E1100.003

29312.3%2200.0073300.0104400.0135500.018電流表內(nèi)阻（50），待測(cè)電阻（3000）U（V）I(A）R測(cè)（）相對(duì)誤差E1100.00331123.7%

2200.0073300.0104400.0135500.016

電流表內(nèi)阻（100），待測(cè)電阻（3000）U（V）I(A）R測(cè)（）相對(duì)誤差E1100.00329312.3%2200.0063300.0104400.0135500.017

2電流表外接法(1)電壓表內(nèi)阻（10000），待測(cè)電阻（100）U（V）I(A）R測(cè)（）相對(duì)誤差E14.980.0599.5

0.50%29.950.10314.930.15419.900.20524.880.25

（2）電壓表內(nèi)阻（30000），待測(cè)電阻（100）U（V）I(A）R測(cè)（）相對(duì)誤差E14.990.0599.860.14%29.980.10314.980.15419.970.20524.960.25

(3)電壓表內(nèi)阻（40000），待測(cè)電阻（100）U（V）I(A）R測(cè)（）相對(duì)誤差E14.990.05

99.740.26%29.980.10314.970.15419.950.20524.940.25誤差分析電流表內(nèi)接法誤差分析因?yàn)镽X=UI，U的測(cè)量值比真實(shí)值偏大，I的測(cè)量值與真實(shí)值相等，所以RX誤差來源：電流表分壓。RX越大，則電流表分壓比例越少，誤差越小，所以該電路適合測(cè)量大電阻，即：RX>>R電流表的情況。在內(nèi)接法中如果知道電流表內(nèi)阻，可消除由電流表內(nèi)阻引起的系統(tǒng)誤差。電流表外接法誤差分析因?yàn)镽X=UI，U的測(cè)量值與真實(shí)值相等，I的測(cè)量值比真實(shí)值偏大，所以RX誤差來源：電壓表分流。RX越小，則電壓表分流比例越少，誤差越小，所以該電路適合測(cè)量小電阻，即：RX<<R電壓表的情況。在外接法中，如果知道電壓表內(nèi)阻，可消除由電壓表內(nèi)阻引起的系統(tǒng)誤差。結(jié)論本實(shí)驗(yàn)采用國外仿真模擬平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)論：由于仿真模擬時(shí)電壓表無內(nèi)阻，所以內(nèi)接法測(cè)量比較準(zhǔn)確。外接法由于受到電流表模擬內(nèi)阻的影響，內(nèi)阻越小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果越精確。分析數(shù)據(jù)可以看出大電阻采用內(nèi)接法時(shí)，最終擬合出來的Rx比較接近于真實(shí)值，而小電阻采用外接法，最終擬合出來的Rx的值比較接近于真實(shí)值。實(shí)驗(yàn)反思在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室里面，我們無法知道電流表和電壓表的阻值，只能把他們看成是理想電表，電流表的內(nèi)阻為零，電壓表的內(nèi)阻為無窮大，而我們都知道，每一個(gè)用電器在使用的過程中都是存在一定內(nèi)阻的，這是不可避免的，所以在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室里面我們做出來的結(jié)論誤差比較大。但在仿真實(shí)驗(yàn)室中，我們可以按照我們想要的阻值自己設(shè)定，可以更好的探究出每一種情況下，測(cè)出來的阻值與真實(shí)值之間的關(guān)系，探究出大電阻用內(nèi)接法，小電阻用外接法，測(cè)出的值更準(zhǔn)確這一個(gè)結(jié)論。真實(shí)實(shí)驗(yàn)室里面，對(duì)我們接線要求很高，很多時(shí)候，線路會(huì)出現(xiàn)很多故障，檢測(cè)起來會(huì)很困難，但在仿真實(shí)驗(yàn)室里面，接線故障的出現(xiàn)幾乎可以避免，這便使得實(shí)驗(yàn)更加的簡(jiǎn)單，方便，更受學(xué)生的喜愛。對(duì)于大電阻的測(cè)量，宜用電流表內(nèi)接法。由于電流表的內(nèi)阻存在會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響(測(cè)量結(jié)果比實(shí)際