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伏安法测电阻是高中物理的一个重要的电学实验.但因为实际的实验仪器中的电流表(内阻不为零)、电压表(内阻不为无限大)内阻的影响,总会产生不可避免的系统误差,使得电阻的测量值偏大(电流表内接时)或偏小(电流表外接时).如何改善实验,消除这种系统误差呢?
笔者经过多年的物理实验教学实践积累,总结发现了几种可以消除系统误差的实验电路.兹列举三个典型实验改进.
改进1
①实验电路如图1.
②操作步骤、方法
a.闭合电键S1,将电键S2接1,调节RP,使电压表读数尽可能接近满偏.读出此时电压表读数U1,电流表读数I1.设电流表两端电压为UA.则有U1=UA I1R0.
b.将电键S2接2,调节RP,保持电流表读数I1不变,读出此时电压表读数U2,则有U2=UA I1Rx.
②数据处理
由U1=UA I1R0,U2=UA I1Rx.
联立方程组求解得Rx=R0-[SX(]U1-U2[]I1[SX)].
改进2
①实验电路如图2.
②操作步骤、方法
a.S1接通,S2接1,调节RP,使电流表读数尽可能大些,读出此时电流表、电压表读数I1、U1.设通过电压表电流为IV,则I1=IV
改进3
①实验电路如图3.
②操作步骤、方法.
a.闭合电键S1,将电键S2接1,调节RP,r使电压表尽量接近满量程,读出此时电压表读数U1,电流表读数I1.
b.将电键S2接2,调节r,使电压表读数尽可能大些,读出此时电压表读数U2、电流表读数I2.
③数据处理:故
综上:三种实验方法均是在考虑了电流表和电压表内阻的基础上进行实验操作并实现电阻测量的,电阻测量的表达形式也不尽相同,但电阻测量的表达式却均与电流表和电压表内阻毫不相关.可见,采用以上三种实验做法确实能够彻底消除伏安法测电阻中电表非理想(电流表和电压表内阻有限值的存在)带来的系统误差,使这一传统电学实验的精度发生质的飞跃,不失为典型的准确测量电阻的实验方法.
笔者经过多年的物理实验教学实践积累,总结发现了几种可以消除系统误差的实验电路.兹列举三个典型实验改进.
改进1
①实验电路如图1.
②操作步骤、方法
a.闭合电键S1,将电键S2接1,调节RP,使电压表读数尽可能接近满偏.读出此时电压表读数U1,电流表读数I1.设电流表两端电压为UA.则有U1=UA I1R0.
b.将电键S2接2,调节RP,保持电流表读数I1不变,读出此时电压表读数U2,则有U2=UA I1Rx.
②数据处理
由U1=UA I1R0,U2=UA I1Rx.
联立方程组求解得Rx=R0-[SX(]U1-U2[]I1[SX)].
改进2
①实验电路如图2.
②操作步骤、方法
a.S1接通,S2接1,调节RP,使电流表读数尽可能大些,读出此时电流表、电压表读数I1、U1.设通过电压表电流为IV,则I1=IV
改进3
①实验电路如图3.
②操作步骤、方法.
a.闭合电键S1,将电键S2接1,调节RP,r使电压表尽量接近满量程,读出此时电压表读数U1,电流表读数I1.
b.将电键S2接2,调节r,使电压表读数尽可能大些,读出此时电压表读数U2、电流表读数I2.
③数据处理:故
综上:三种实验方法均是在考虑了电流表和电压表内阻的基础上进行实验操作并实现电阻测量的,电阻测量的表达形式也不尽相同,但电阻测量的表达式却均与电流表和电压表内阻毫不相关.可见,采用以上三种实验做法确实能够彻底消除伏安法测电阻中电表非理想(电流表和电压表内阻有限值的存在)带来的系统误差,使这一传统电学实验的精度发生质的飞跃,不失为典型的准确测量电阻的实验方法.