伏安法測電阻接法選擇研究

劉兆坤 邢紅軍 朱 南

(首都師范大學物理系 北京 100037)

雷鳳蘭

(北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院物理教研室 北京 102442)

在物理實驗教學中，伏安法測電阻存在內(nèi)、外接兩種方法，通常的判定規(guī)則為：當待測電阻遠大于電流表內(nèi)阻時，采用內(nèi)接法；當待測電阻遠小于電壓表內(nèi)阻時，則采用外接法.待測電阻的估值究竟多大才算是遠大于電流表內(nèi)阻，從而采用內(nèi)接法；究竟多小才算是遠小于電壓表內(nèi)阻，從而采用外接法.一直以來,這一問題始終沒有得到真正解決,本文提出了一種新的解決方案.

圖1 內(nèi)接法電路圖

圖2 外接法電路圖

圖1為電流表內(nèi)接法測量電阻的電路.圖2為電流表外接法測量電阻的電路.設電壓表內(nèi)阻為RV，電流表內(nèi)阻為RA,待測電阻值為Rx.對于電路1(內(nèi)接法)，容易推得相對誤差

(1)

對于電路2(外接法)，同樣可以推得相對誤差

(2)

進一步的研究表明，用伏安法測電阻時，理論上存在著一個在兩種電路中誤差都相等的電阻值，稱為臨界值.當待測電阻值大于這個臨界值時，用內(nèi)接法測量相對誤差較小；當待測電阻值小于這個臨界值時，用外接法測量相對誤差較小.設臨界電阻值為R0，則

δ外=δ內(nèi)

從而

(3)

解得

(4)

一般情況下,RV遠大于RA，所以

(5)

本文的研究把上述理論判定條件實用化，從而可以很容易地選擇測量電路.

在中學物理實驗中，常用電流表的規(guī)格是：當量程是0.6 A時，內(nèi)阻為0.125 Ω；量程是3 A時，內(nèi)阻為0.025 Ω.常用電壓表的規(guī)格是:當量程是3 V時，內(nèi)阻為3 kΩ；量程是15 V時，內(nèi)阻為15 kΩ.

根據(jù)(5)式，可以給出實用化的判定條件，如表1.

表1

(1)當電壓表選用0～3 V擋，電流表選用0～0.6 A擋時，如果待測電阻阻值小于19.365 Ω，則選擇外接法；如果大于19.365 Ω，則選擇內(nèi)接法.

(2)當電壓表選用0～15 V擋，電流表選用0～3 A擋時，選擇同上.

(3)當電壓表選用0～3 V擋，電流表選用0～3 A擋時，如果待測電阻阻值小于8.66 Ω，則選擇外接法；如果大于8.66 Ω，則選擇內(nèi)接法.

(4)當電壓表選用0～15 V擋，電流表選用0～0.6 A擋時，如果待測電阻阻值小于43.301 Ω，則選擇外接法；如果大于43.301 Ω，則選擇內(nèi)接法.

【例1】已知待測電阻估值為50 Ω，采用伏安法測電阻時，應選用內(nèi)接法還是外接法？

解析：待測電阻為50 Ω，應選用電流表的0～0.6 A擋和電壓表的0～3 V擋.根據(jù)本文提出的判定規(guī)則，因為50 Ω>19.365 Ω,待測電阻大于臨界值，可以采用內(nèi)接法.

若采用外接法，相對誤差

采用內(nèi)接法時，相對誤差

δ內(nèi)<δ外,故選擇內(nèi)接法.