用伏安法測電阻的原理是:R=U/I,只要測出內阻兩端的電流和流過電阻的電壓,就可以測出內阻,而在實驗操作中,不管采取什么接法形式,由于水表不是理想的水表,電壓表的內阻不為零,電流表的內阻也不是無窮大,總會導致分流,分壓,電壓或電流畸變,會給實驗帶來偏差。 為了減小偏差,選用伏安法測量電阻值,通常有兩個電路。
電壓和電壓穩定后,電壓表和電壓表的指針不再轉動,電壓表和電壓表為純內阻。
絕對偏差與相對偏差:絕對偏差=|測試值-真值| (即測試值與真實值之差的絕對值); 相對偏差=|測試值-真值|/真值(即絕對偏差占真值的比例)。
一:兩種連接形式
二:偏差分析
1、電流表內接法
Rx的電壓是實的,電流是假的(偏大,包括電壓表的電流),根據Rx=U/I,U偏大,Rx偏大,即“大內太大”大的”。
如果把電壓表和Rx看成一個整體,如圖,
這樣,電壓和電壓都是真實的,但測得的電阻值為串聯內阻Rx+RA,絕對偏差為RA,相對偏差為RA/Rx。
2、電流表外接法
Rx的電流是實的,電壓是假的(偏大,電流表的電壓也算在內),根據Rx=U/I,I偏大,Rx偏小,即“外小”是小”。
如果把電流表和Rx看成一個整體,如圖,
這樣電壓和電壓都是真實的,但是測得的電阻值為并聯內阻Rx Rv/(Rx+Rv),絕對偏差為Rx-[Rx Rv/(Rx+Rv)] 相對偏差為Rx/(Rv+Rx)。
三:電路的選擇
1.定量判別法
相對偏差大小比較:
當內外連接方式的相對偏差相等時,
若RA/Rx>Rx/(Rv+Rx),即內切法相對偏差小于外切法,則采用外切法。
若RA/Rx<Rx/(Rv+Rx),即外內切法相對偏差小于外連法,則采用內切法。
2.試摸法
如果不知道Rx、RA、Rv的阻值范圍電阻的測量方法初中知識,可以用測試接觸法來確定內部和外部的連接方式。
為選擇正確的電路接法以減少偏差,電路可如圖所示接法。
只留下電流表的一個接頭P空著,然后分別用P觸碰a和b,觀察電流表和電壓表讀數的變化:
①如果電壓表示數變化明顯,即△I/I>△U/U,說明電流表的分流作用比較顯著。 Rx可以比作電流表的阻值。 Rx屬于“大內阻”,應采用內接法。 P應接b檢測;
②若電流表示有明顯變化,即△U/U>△I/I,說明電壓表的分壓作用更顯著,可將Rx與電壓表的電阻進行比較。 Rx為“小阻值”,應采用外接法,P接檢測。
為了便于記憶,總結為“內大則大,外小則小”的公式。
示例:有一個未知的內阻 Rx。 為了更準確地測量其阻值,先后采用(a)和(b)所示的兩個電路進行測試。
(a)測得的數據為“2.7V,5.0mA”,(b)測得的數據為“2.8V,4.0mA”。 這樣測得的內阻值比較準確,比實際值大或小的情況是()
A.560Ω,太大
B.560Ω,太小
C.700Ω,太大
D.700Ω,太小
四:已知水表的阻值
電壓表的電阻是已知的。 電壓表既是電壓表又是電流表。 在保證電路安全的情況下可以作為電流表使用,但電壓表的分壓是已知的。
電流表的電阻是已知的。 電流表既是電流表又是電壓表。 在保證電路安全的情況下可以作為電壓表使用,但電流表的分流條件是已知的。
例:用下列儀器檢測內阻R?(900~1000Ω)的阻值:
電源E有一定的電阻,電動勢約為9.0V;
毫安表mA,阻值0~2mA,阻值750Ω;
電流表V,阻值5V,阻值約2500Ω;
滑動變阻器R,最大阻值約為100Ω;
單刀單擲開關S,幾根線。
(1) 為了更準確的檢測內阻R?的阻值,請畫出實線框內的檢測電路原理圖。
(2)如果毫安表的讀數用I表示,電流表的讀數用U表示,則
由已知量和測量量表示 R? 的公式為 R?=_____。
毫安表的電阻是已知的。 這個毫安表既可以知道自己的電壓,也可以知道自己的電流。 因此,可以通過內接法知道分壓情況。
回答:
電路原理圖:
R?=U/I-750Ω
例:用下列儀器檢測待測內阻R的阻值(900~1000Ω):
電源E有一定的電阻,電動勢約為9.0V;
電流表V?,阻值為1.5V,阻值r?為750Ω;
電流表V2,阻值為5V,阻值r2約為2500Ω;
滑動變阻器R?,最大阻值約為100Ω;
滑動變阻器R2,最大內阻約為3000Ω;
單刀單擲開關S,幾根線。
檢測時,要求電流表的讀數不大于其阻值的?,則選用滑動變阻器為___,檢測內阻R?表達式為___(用相應的化學量符號表示),實線框內畫出檢測內阻R?,為實驗電路原理圖。
例:用下列儀器檢測待測內阻R的阻值(900~1000Ω):
電源E有一定的電阻,電動勢約為9.0V;
電流表V?,阻值為1.5V,阻值r?=750Ω;
電流表V2,阻值為5V電阻的測量方法初中知識,阻值r2=2500Ω;
滑動變阻器R,最大阻值約為100Ω;
單刀單擲開關S,幾根線。
(1)測試時,要求電流表的讀數不大于其阻值的?,并試畫出檢測內阻R?的實驗電路原理圖(原理圖中的元器件應在標題中標注相應的英文字母)。
(2)根據自己畫的電路原理圖在實物圖上畫出連線。
(3)若電流表V1的讀數用U1表示,電流表V2的讀數用U2表示,則用已知量和被測量表示R?的公式為R?。
例:某化學實驗小組利用實驗室提供的設備,測試螺線管兩端金屬線的粗細。 可用設備如下:
A、待測電磁鐵L(符號~):線圈電磁鐵的導線內阻為ρ,半徑為D,阻值約為幾十歐姆
B、電壓表A?:阻值10mA,阻值r?=40Ω
C、電壓表A2:阻值500uA,阻值r2=750Ω
D、電流表V:電阻為10V,電阻為10kΩ
E、保護內阻R?:阻值為100Ω
F、滑動變阻器R,:總阻值約10Ω
G、電源E,電動勢約1.5V,忽略電阻
H. 一個開關和幾根線
(1)用多聯水表粗測電磁鐵的電阻值,分別選擇倍率“×1”和“×10”。 正確操作后,兩次測試的多聯水表的刻度盤如圖A所示,金屬絲的內阻約為___Ω。
(2)為盡可能準確地檢測出R?,要求水表的指針偏轉至少達到滿量程的?。 朋友設計了一個合適的電路,如圖B所示,請在圖中標出所選水表的符號。
(3)已知金屬絲的半徑為D,借助上面的電路圖,測得表a的讀數為m,表b的讀數為n。 那么l=___。
五:阻力不夠
在阻力不足的情況下,應安裝水表。
例:為了用伏安法檢測未知內阻Rx(阻值約為6Ω)的阻值,實驗室準備了如下設備:
A.電源,電動勢E=3.0V,不含電阻
B. 電流表V,阻值3V,阻值約5kΩ
C。 電壓表A?,阻值100mA,阻值RA=8Ω
D. 電壓表A2,阻值3A,阻值約0.04Ω
E. 定值內阻R?=2Ω
F。 定值內阻R2=20Ω
G。 滑動變阻器R?,最大阻值5Ω,最大電壓3A
H。 滑動變阻器R?,最大阻值1000Ω,最大電壓1.5A
一、開關S,幾根線
(1)用伏安法檢測內阻的阻值時,要求盡可能準確,則應在上述設備中選用電流表; 應選用定值內阻; 應選用滑動變阻器(設備后面的字母編號填寫)。
(2)如果電壓表的指示為I,電流表的指示為U,在考慮水表電阻的情況下,代入必要的已知數據,電阻值的表達式Rx=為測得的可以通過估計得到。
(3) 請繪制實線框內檢測內阻電阻的實驗電路圖。