用伏安法测电阻的原理是:R=U/I,只要测出内阻两端的电流和流过电阻的电压,就可以测出内阻,而在实验操作中,不管采取什么接法形式,由于水表不是理想的水表,电压表的内阻不为零,电流表的内阻也不是无穷大,总会导致分流,分压,电压或电流畸变,会给实验带来偏差。 为了减小偏差,选用伏安法测量电阻值,通常有两个电路。
电压和电压稳定后,电压表和电压表的指针不再转动,电压表和电压表为纯内阻。
绝对偏差与相对偏差:绝对偏差=|测试值-真值| (即测试值与真实值之差的绝对值); 相对偏差=|测试值-真值|/真值(即绝对偏差占真值的比例)。
一:两种连接形式
二:偏差分析
1、电流表内接法
Rx的电压是实的,电流是假的(偏大,包括电压表的电流),根据Rx=U/I,U偏大,Rx偏大,即“大内太大”大的”。
如果把电压表和Rx看成一个整体,如图,
这样,电压和电压都是真实的,但测得的电阻值为串联内阻Rx+RA,绝对偏差为RA,相对偏差为RA/Rx。
2、电流表外接法
Rx的电流是实的,电压是假的(偏大,电流表的电压也算在内),根据Rx=U/I,I偏大,Rx偏小,即“外小”是小”。
如果把电流表和Rx看成一个整体,如图,
这样电压和电压都是真实的,但是测得的电阻值为并联内阻Rx Rv/(Rx+Rv),绝对偏差为Rx-[Rx Rv/(Rx+Rv)] 相对偏差为Rx/(Rv+Rx)。
三:电路的选择
1.定量判别法
相对偏差大小比较:
当内外连接方式的相对偏差相等时,
若RA/Rx>Rx/(Rv+Rx),即内切法相对偏差小于外切法,则采用外切法。
若RA/Rx<Rx/(Rv+Rx),即外内切法相对偏差小于外连法,则采用内切法。
2.试摸法
如果不知道Rx、RA、Rv的阻值范围电阻的测量方法初中知识,可以用测试接触法来确定内部和外部的连接方式。
为选择正确的电路接法以减少偏差,电路可如图所示接法。
只留下电流表的一个接头P空着,然后分别用P触碰a和b,观察电流表和电压表读数的变化:
①如果电压表示数变化明显,即△I/I>△U/U,说明电流表的分流作用比较显着。 Rx可以比作电流表的阻值。 Rx属于“大内阻”,应采用内接法。 P应接b检测;
②若电流表示有明显变化,即△U/U>△I/I,说明电压表的分压作用更显着,可将Rx与电压表的电阻进行比较。 Rx为“小阻值”,应采用外接法,P接检测。
为了便于记忆,总结为“内大则大,外小则小”的公式。
示例:有一个未知的内阻 Rx。 为了更准确地测量其阻值,先后采用(a)和(b)所示的两个电路进行测试。
(a)测得的数据为“2.7V,5.0mA”,(b)测得的数据为“2.8V,4.0mA”。 这样测得的内阻值比较准确,比实际值大或小的情况是()
A.560Ω,太大
B.560Ω,太小
C.700Ω,太大
D.700Ω,太小
四:已知水表的阻值
电压表的电阻是已知的。 电压表既是电压表又是电流表。 在保证电路安全的情况下可以作为电流表使用,但电压表的分压是已知的。
电流表的电阻是已知的。 电流表既是电流表又是电压表。 在保证电路安全的情况下可以作为电压表使用,但电流表的分流条件是已知的。
例:用下列仪器检测内阻Rₓ(900~1000Ω)的阻值:
电源E有一定的电阻,电动势约为9.0V;
毫安表mA,阻值0~2mA,阻值750Ω;
电流表V,阻值5V,阻值约2500Ω;
滑动变阻器R,最大阻值约为100Ω;
单刀单掷开关S,几根线。
(1) 为了更准确的检测内阻Rₓ的阻值,请画出实线框内的检测电路原理图。
(2)如果毫安表的读数用I表示,电流表的读数用U表示,则
由已知量和测量量表示 Rₓ 的公式为 Rₓ=_____。
毫安表的电阻是已知的。 这个毫安表既可以知道自己的电压,也可以知道自己的电流。 因此,可以通过内接法知道分压情况。
回答:
电路原理图:
Rₓ=U/I-750Ω
例:用下列仪器检测待测内阻R的阻值(900~1000Ω):
电源E有一定的电阻,电动势约为9.0V;
电流表V₁,阻值为1.5V,阻值r₁为750Ω;
电流表V2,阻值为5V,阻值r2约为2500Ω;
滑动变阻器R₁,最大阻值约为100Ω;
滑动变阻器R2,最大内阻约为3000Ω;
单刀单掷开关S,几根线。
检测时,要求电流表的读数不大于其阻值的⅓,则选用滑动变阻器为___,检测内阻Rₓ表达式为___(用相应的化学量符号表示),实线框内画出检测内阻Rₓ,为实验电路原理图。
例:用下列仪器检测待测内阻R的阻值(900~1000Ω):
电源E有一定的电阻,电动势约为9.0V;
电流表V₁,阻值为1.5V,阻值r₁=750Ω;
电流表V2,阻值为5V电阻的测量方法初中知识,阻值r2=2500Ω;
滑动变阻器R,最大阻值约为100Ω;
单刀单掷开关S,几根线。
(1)测试时,要求电流表的读数不大于其阻值的⅓,并试画出检测内阻Rₓ的实验电路原理图(原理图中的元器件应在标题中标注相应的英文字母)。
(2)根据自己画的电路原理图在实物图上画出连线。
(3)若电流表V1的读数用U1表示,电流表V2的读数用U2表示,则用已知量和被测量表示Rₓ的公式为Rₓ。
例:某化学实验小组利用实验室提供的设备,测试螺线管两端金属线的粗细。 可用设备如下:
A、待测电磁铁L(符号~):线圈电磁铁的导线内阻为ρ,半径为D,阻值约为几十欧姆
B、电压表A₁:阻值10mA,阻值r₁=40Ω
C、电压表A2:阻值500uA,阻值r2=750Ω
D、电流表V:电阻为10V,电阻为10kΩ
E、保护内阻R₁:阻值为100Ω
F、滑动变阻器R,:总阻值约10Ω
G、电源E,电动势约1.5V,忽略电阻
H. 一个开关和几根线
(1)用多联水表粗测电磁铁的电阻值,分别选择倍率“×1”和“×10”。 正确操作后,两次测试的多联水表的刻度盘如图A所示,金属丝的内阻约为___Ω。
(2)为尽可能准确地检测出R˪,要求水表的指针偏转至少达到满量程的⅓。 朋友设计了一个合适的电路,如图B所示,请在图中标出所选水表的符号。
(3)已知金属丝的半径为D,借助上面的电路图,测得表a的读数为m,表b的读数为n。 那么l=___。
五:阻力不够
在阻力不足的情况下,应安装水表。
例:为了用伏安法检测未知内阻Rx(阻值约为6Ω)的阻值,实验室准备了如下设备:
A.电源,电动势E=3.0V,不含电阻
B. 电流表V,阻值3V,阻值约5kΩ
C。 电压表A₁,阻值100mA,阻值RA=8Ω
D. 电压表A2,阻值3A,阻值约0.04Ω
E. 定值内阻R₁=2Ω
F。 定值内阻R2=20Ω
G。 滑动变阻器R₃,最大阻值5Ω,最大电压3A
H。 滑动变阻器R₄,最大阻值1000Ω,最大电压1.5A
一、开关S,几根线
(1)用伏安法检测内阻的阻值时,要求尽可能准确,则应在上述设备中选用电流表; 应选用定值内阻; 应选用滑动变阻器(设备后面的字母编号填写)。
(2)如果电压表的指示为I,电流表的指示为U,在考虑水表电阻的情况下,代入必要的已知数据,电阻值的表达式Rx=为测得的可以通过估计得到。
(3) 请绘制实线框内检测内阻电阻的实验电路图。