【伏安法测电阻的电路设计及实物图】大学伏安法测电阻实验报告

  1 滑动变阻器分压与限流接法的选择�      (1)如图1所示电路中变阻器起限流作用,变阻器电阻调到最大时,电路中仍有电流,电路中电流变化范围为ER+R�X~ER�X,负载R�X的电压调节范围为ER�XR�X+R~E(电源内阻不计)。如果R�x>>R,电流变化范围很小,变阻器起不到变阻作用,此时采用该接法就不能满足多次测量的要求。一般来说,以下三种情况不能采用限流接法而采用分压接法:①电路中最小电流仍超过电流表量程或超过被测元件的额定电流;②要求被测电阻的电压、电流从零开始连续变化;③被测电阻值远大于变阻器的全部电阻值。�
  (2)变阻器采用分压接法如图2所示,负载R�x上电压变化范围是0-E(不计电源内电阻),电压调节范围比限流接法大。但是当通过负载R�x的电流一定时,图2中干路电流大于图1中干路电流,图2中电路消耗的功率较大。而且图2的接法没有图1简单。通常变阻器以采用限流接法为主。
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  关于变阻器的选择,应针对不同的连接方式和电路中其他电阻的大小选择不同的变阻器。在分压接法中,变阻器应选择电阻较小而额定电流较大的;在限流接法中,变阻器的阻值应与电路中其他电阻比较接近。�
  2 电流表内,外接法的选择�
  由于电流表、电压表内阻的影响,不管采用电流表内接还是外接的方法都将引起误差,误差的原因分析如下:�
  电流表外接法中(如图3),U�测=U�R,I�测=I�X+I�V,可见电压表分流是产生误差的原因,
  越大,电压表分流越小,误差越小。�
  电流表内接法中(如图4所示), I�测=I�R,U�测=U�X+U�A电流表分压是产生误差的原因,RR�X越大,电流表分压越小,误差越小。�
  由以上分析可知,R�VR�X>R�XR�A即R�xR�AR�V,采用电流表内接法误差小。当R�x=R�AR�V,电流表内、外接法皆可。�
  如果R�A、R�V是未知的,可用试触法判定电流表内、外接法,如图5所示,伏特表接线一端固定,另一端试触a、b,若发现○�V�表示数有显著变化,而○�A�示数无明显变化,则○�A�应采用外接误差较小,若发现○�A�示数有显著变化,而○�V�示数无明显变化,则安培表○�A�应采用内接较好。�
  在“描绘小电珠的伏安特性曲线”实验中,因为小电珠(即小灯泡)的电阻较小,所以应该选用安培表外接法。小灯泡的电阻会随着电压的升高,灯丝温度的升高而增大,所以U―I曲线不是直线。为了反映这一变化过程,灯泡两端的电压应该由零逐渐增大到额定电压。所以滑动变阻器必须选用分压接法。在上面电路图中应该选用图2,开始时滑动触头应该位于左端(使小灯泡两端的电压为零)。�
  由实验数据作出的I―U曲线如右,说明灯丝的电阻随温度升高而增大(若用U―I曲线,则曲线的弯曲方向相反。)�
  例1 用伏安法测金属电阻R�x(约为5�Ω�)的值,已知电流表的内阻为1�Ω�,量程为0 6�A�,电压表的内阻为几�kΩ�,量程为3�V�,电源电动势为9�V�,滑动变阻器的阻值为0~6�Ω�,额定电流为5�A�,试画出测量R�x的电路图。�
  分析 ①经估算,电流表应外接(先算临界电阻R�0=R�AR�V)�
  ②如果变阻器采用限流接法,负载R�x的电压变化范围是4511~9�V�,所提供的电压表量程显然不够。应采用分压接法,电路如图7所示。�
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  例2 测一个阻值约为25�kΩ�的电阻,备有下列器材:�
  �A �电流表(量程100�μA�,内阻2�kΩ�);�
  �B �电流表(量程500�μA�,内阻30�Ω�);�
  �C �电压表(量程10�V�,内阻100�kΩ�);�
  �D �电压表(量程50�V�,内阻500�kΩ�);�
  �E �直流稳压电源(电动势15�V�,允许最大电流1�A�);�
  �F �滑动变阻器(最大电阻1�kΩ�,额定功率1�W�);�
  �G �导线若干。�
  (1)电流表应选,电压表应选。�
  (2)画出测量电阻R�x的电路图。�
  分析 (1)本题中由于电压表C的量程小于电源电动势,而且其内阻也比电压表D的内阻小,所以有很多学生在选择电压表时很自然地选择D。实际上,上述两个问题都可以通过选择恰当的电路加以解决。首先应考虑的是电压表D的量程远大于电源电动势,在测量时电压表的实际读数最大也达不到量程的13,所以选择D不恰当。而如果我们采用变阻器的分压接法和电流表的内接法(R�A~R�x),选择电压表C就比较恰当,既不会烧坏电表,也不会引起较大误差。�
  再根据I�m=U�mR�m=102 5×10�4A�
  =4×10��-4�A,�
  电流表应选择B。�
  (2)电路图如图8所示。�
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  3 实物图连线技术 �
  
  如图9所示,无论是分压接法还是限流接法都应该先把伏安法部分接好;对限流电路,只需用笔画线当作导线,从电源正极开始,把电源、电键、滑动变阻器、伏安法四部分依次串联起来即可(注意电表的正负接线柱和量程,滑动变阻器应调到阻值最大处)。对分压电路,应该先把电源、电键和滑动变阻器的全部电阻丝三部分用导线连接起来,然后在滑动变阻器电阻丝两端之中任选一个接头,比较该接头和滑动触头两点的电势高低,根据伏安法部分电表正负接线柱的情况,将伏安法部分接入该两点间。�
  �(栏目编辑 王柏庐)
  
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