一、分壓法測電阻: RX R0 1、原理:已知R0,電源,伏特表。
由伏特表測出RX上電壓UX及總 UX U 電壓U, 由分壓關(guān)系可得: RX=UR0/(U—UX) 處理:1)當調節R0使UX恰好為U一半時(shí),RX=R0; 2)多測幾組,計算出RX,然后再取平均;處理方法可由圖象法: 由上式可得出 ;即1/UX和R0的圖線(xiàn)為直線(xiàn),從圖象中求出斜率,這樣可得出RX。 2、誤差分析: 伏特表內阻、電源內阻影響; 接觸電阻、儀表的精確度。
3、例題: 有一6伏的穩壓電源、電阻箱、滑動(dòng)變阻器、伏特表(0—6伏,內阻末知) 試用分壓法測出伏特表的內阻。并畫(huà)出實(shí)驗裝置圖。
4、練習: (1) 若在上題中,以UV代表伏特表上電壓, 1/UV (V-1) R0表示電阻箱的電阻;為了減小誤差某同學(xué)進(jìn) 行了多次測量,并繪出如下的圖象,由圖可知: 在實(shí)驗中 數據是錯誤的;該伏特表 的內阻為 KΩ。 R0(KΩ) 二、用伏安法測電阻: 1、原理:根據歐姆定律R=U/I。
處理方法:多次測量取平均值,繪圖。 2、誤差分析: (1) 安外法: (2) 安內法: 3、選擇的基本依據: 4、思考:若實(shí)驗中沒(méi)有安培表(或沒(méi)有伏特表),但有一已知電阻。
則如何進(jìn)行電阻測量。試畫(huà)出實(shí)驗電路圖;并簡(jiǎn)要說(shuō)明如何進(jìn)行測量。
三、半偏法測電阻: R0 1、原理: 按圖所示若I1=I/2,則RX=R0。 RX 思考:當調節R0,使I1=I/2的過(guò)程中I是否發(fā)生 變化,為什么? 2、此實(shí)驗是否一定要知道I1和I的數值,若安培表沒(méi)有示數,只有刻度格,怎樣才能測量RX。
3、例題: 有一穩壓電源、電阻箱、滑動(dòng)變阻器、兩個(gè)相同的微安表(表盤(pán)上均只有刻度線(xiàn),沒(méi)有數值)導線(xiàn)、開(kāi)關(guān)。試設計一實(shí)驗測出其中一個(gè)微安表的內阻大小。
4、練習: (1)從下列器材中選出適當的實(shí)驗器材,設計一電路測量電流表A1的內阻r1,要求方法簡(jiǎn)捷,有可能高的測量精度,并能測得多組數據。 器材:A、電流表A1(量程10mA,內阻約40Ω待測) B、電流表A2(量程500μA,內阻750Ω) C、電壓表V(量程10V,內阻10Ω) D、電阻R1,阻值約100Ω,作保護電阻用 E、滑動(dòng)變阻器R2,總阻值約50Ω 電源,電動(dòng)勢為1.5V,內阻很小 G、開(kāi)關(guān)和導線(xiàn) 10、畫(huà)出電路圖,標出所用器材的代號; 20、若選用測量數據中的一組來(lái)計算r1,則所用的表達式為 ,式中各符號的意義是 。
(2)做電學(xué)實(shí)驗時(shí)需要測定約0.5A的電流,但實(shí)驗室只有一個(gè)量程是0.3A的電流表,如果手邊有12V學(xué)生電源、0—50Ω的滑動(dòng)變阻器、電爐絲以及導線(xiàn)和開(kāi)關(guān),有什么簡(jiǎn)單辦法可以把電流表的量程臨時(shí)近似地改為0.6A的量程。 四、替代法測電阻: 1、原理: 如圖所示,當K扳到A時(shí)電流表的示數為I, R0 K 再將K扳到B時(shí),調節R0(電阻箱)的電阻, RX 使電流表示數仍為I,即RX=R0。
2、誤差: 3、例題: 現有一阻值為10.0Ω的定值電阻,一個(gè)開(kāi)關(guān),若干根導線(xiàn)和一個(gè)電壓表,該電壓表表盤(pán)上有刻度但無(wú)刻度值,要求設計一個(gè)能測定某電源內阻的實(shí)驗方案(已知電壓表內阻很大,電壓表量程大于電源電動(dòng)勢,電源內阻約幾歐姆): (1) 在下邊方框中畫(huà)出實(shí)驗電路圖; (2) 簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗步驟; (3) 寫(xiě)出用測得的量計算電源內阻的表達式r= 。 4、練習: 某同學(xué)用以下器材測量電阻:①電流表、②電阻箱、③單刀雙擲開(kāi)關(guān)、④待測電阻、⑤電源、⑥限流電阻。
如圖,實(shí)驗方法是利用單刀雙擲開(kāi)關(guān)分別將電阻箱和待測電阻接入電路,用電阻替代法測待測電阻的方法來(lái)測定測量電阻的阻值。(1)連接好實(shí)物圖; (2)本實(shí)驗中開(kāi)關(guān)應先接通的是 含有 的電路;用開(kāi)關(guān)變換電 路,調節電阻箱時(shí)應使兩次測量的 大小相等,這時(shí)待測電阻 的阻值可以從 上讀出。
五、平衡電橋法: 1、原理; R1 R3 如圖電路中,當G表頭的示數為零時(shí), R2 R4 有R1/R2=R3/R4 2、誤差: 3、例題: 在平衡電橋法測電阻時(shí),如上圖,已知R1為10Ω,R2為4Ω,R3為電阻箱當調節到某一數值時(shí)G的讀數恰好為零,此時(shí)電阻箱阻值為6.4Ω,則待測電阻R4為多少? 4、練習: 試用兩種方法證明平衡電橋的條件是R1/R2=R3/R4。 六、電壓補償法測電阻: 1、原理: 如圖:當調節兩滑片使G為零,即下電路中電流 不會(huì )通過(guò)V表,即A測量的恰好是通過(guò)電阻的電 流,而V測量的是R上電壓。
這樣就可以準確地 計算R的阻值。 用電勢相等知識分析V測量的是R上的電壓。
2、擴展和應用: 試用電壓補償法測電源的電動(dòng)勢;因把伏特表直接接到電源兩端時(shí),由于電源內阻的影響使測量值比電動(dòng)勢偏小,而采用電壓補償法就能較準確的測量。 七、歐姆表測電阻: 八、特殊方法測電阻:。
1、萬(wàn)用表測量。
2、伏安法測量,即:R=U/I。
3、串聯(lián)法、即:用一個(gè)已知阻值的電阻R0與它串聯(lián),用電壓表分別測出R和R0兩端的電壓分別為U和U0,然后用R=UR0/U0求出電阻。
4、并聯(lián)法,即:用一個(gè)已知阻值的電阻R0與它并聯(lián),用電流表分別測出通過(guò)R和R0的電流為I和I0,然后用R=I0R0/I求出電阻。
5、用R=U^2/P求出電阻(P是它的電功率)。
6、分流法電測量。
具體以伏安法測電阻為例:
1、首先連接電路:結合題意,選擇適當量程的電表即滑動(dòng)變阻器;選擇分壓或限流電路;確定內接法還是外接法;連接電路。
2、操作:調節滑動(dòng)變阻器,依次讀取電流表與電壓表的示數,記錄表格。
3、處理數據:方法a通過(guò)數學(xué)計算,求出各個(gè)電阻再進(jìn)行平均值的計算,得到電阻阻值大小。通過(guò)將讀取的與U分別記錄在坐標紙上,建立U-坐標軸,通過(guò)斜率的計算求解電阻R的數值。
測電阻的注意事項:
(1)在使用萬(wàn)用表之前,應先進(jìn)行“機械調零”,即在沒(méi)有被測電量時(shí) ,使萬(wàn)用表指針指在零電壓或零電流的位置上。
(2)在使用萬(wàn)用表過(guò)程中,不能用手去接觸表筆的金屬部分 ,這樣一方面可以保證測量的準確,另一方面也可以保證人身安全。
(3)在測量某一電量時(shí),不能在測量的同時(shí)換檔,尤其是在測量高電壓或大電流時(shí) ,更應注意。否則,會(huì )使萬(wàn)用表毀壞。如需換擋,應先斷開(kāi)表筆,換擋后再去測量。
(4)萬(wàn)用表在使用時(shí),必須水平放置,以免造成誤差。同時(shí), 還要注意到避免外界磁場(chǎng)對萬(wàn)用表的影響。
(5)萬(wàn)用表使用完畢,應將轉換開(kāi)關(guān)置于交流電壓的最大擋。如果長(cháng)期不使用 ,還應將萬(wàn)用表內部的電池取出來(lái),以免電池腐蝕表內其它器件。
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在我們的日常工作中檢修電氣設備時(shí),往往要測量設備、元件和線(xiàn)路的電阻值。我們把阻值在1Ω以下的電阻稱(chēng)為小電阻,阻值在1Ω~100Ω之間的電阻稱(chēng)為中值電阻,阻值在100Ω以上的電阻稱(chēng)為大電阻。由于被測電阻的阻值的不同,因而有不同的測量方法,測量電阻的方法有直接測量法和間接測量法兩種。
直接測量
這是利用專(zhuān)門(mén)的測量?jì)x表對電阻進(jìn)行測量的方法。例如:用萬(wàn)用表歐姆檔測量電阻,可以直接讀取數據。為了提高測量的準確度也可以采用直流單臂電橋測量電阻,這也屬于直接測量。有些小電阻可以用直流雙臂電橋進(jìn)行測量,直接讀取數據。阻值在100—1000μΩ的電阻可以用微歐計直接測量。采用兆歐表可以直接測量大電阻,但誤差較大。
間接測量
當被測量不能直接測量時(shí),可以先測量與被測量有一定函數關(guān)系的物理量,然后再按函數關(guān)系計算被測量的大小,這種方法稱(chēng)為間接測量。例如,想要測量一盞白熾燈燈泡中鎢絲的電阻,但白熾燈在工作時(shí)帶電,且燈泡中鎢絲的電阻隨溫度變化,我們就無(wú)法用萬(wàn)用表直接測量燈泡中鎢絲的電阻值。這時(shí),我們可用電壓表和電流表分別測量與燈泡中鎢絲電阻有一定函數關(guān)系的物理量:電壓U和電流I,然后根據歐姆定律計算燈泡中鎢絲電阻R。
用電壓表和電流表測量電阻兩端的電壓和通過(guò)電阻的電流,然后根據歐姆定律計算電阻阻值的間接測量方法,叫伏安法。用伏安法測量電阻時(shí),根據電壓表在電路中的位置,測量電路的連接有電壓表前接和電壓表后接兩種方式。
電阻的測量方法有:(1)伏特計一安培計法,(2)諧振法,(3)歐姆表法,(4)直流電橋法,(5)數字式歐姆表法等。
伏特計一安培計法是通過(guò)測出流過(guò)被測電阻的電流和端電壓后,用歐姆定律計算出電阻的方法。這種方法雖簡(jiǎn)單,使用卻不多。
歐姆表法測量電阻器的阻值,雖精度不高,但可滿(mǎn)足一般使用要求。這種方法,由于方便,是最常用的測量阻值的方法。歐姆表的精確度,有賴(lài)于電流表的精確度和電源電動(dòng)勢的穩定性,所以它的精度不高,測量誤差較大。為此,定期對歐姆表進(jìn)行檢查,是十分必要的。常用的檢查方法是通過(guò)測量精密電阻(標準電阻),并進(jìn)行對比后加以修正。
常用的測量電阻器阻值的方法除歐姆表法外,還有電橋法。電橋法的測量精度高于歐姆表法。電橋的種類(lèi)很多,使用最為普遍的電橋是惠斯登電橋和凱爾文電橋。
隨著(zhù)集成電路和數字技術(shù)的發(fā)展,已制成多種新型的電阻測量?jì)x器。數字式歐姆表它們都是把電阻變換成電壓,然后用模/數轉換式電壓表測定電壓,再從電壓來(lái)確定待測電阻R。
可變電阻和電位器的主要測試項目是測定其阻值和調節中心抽頭位置時(shí)有否噪聲出現。阻值的測定方法,常用的噪聲檢測法有歐姆表法和示波器法。
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根據歐姆定律,如果測出電阻兩端的電壓V及通過(guò)電阻的電流I,則可計算出電阻值R (R = V / I )。這種測量電阻的方法稱(chēng)伏-安法。伏安法原理簡(jiǎn)單,測量方便,但由于電壓表和電流表內阻的影響,往往給測量結果帶來(lái)明顯的系統誤差,為減少測量誤差,必須在實(shí)驗中選擇適當的實(shí)驗方法和合適的儀器。
【實(shí)驗概述】
根據歐姆定律,如果測出電阻兩端的電壓V及通過(guò)電阻的電流I,則可計算出電阻值R (R = V / I )。這種測量電阻的方法稱(chēng)伏-安法。伏安法原理簡(jiǎn)單,測量方便,但由于電壓表和電流表內阻的影響,往往給測量結果帶來(lái)明顯的系統誤差,為減少測量誤差,必須在實(shí)驗中選擇適當的實(shí)驗方法和合適的儀器。
【實(shí)驗目的】
1.掌握用伏-安法測電阻的方法;
2.學(xué)會(huì )使用恒流源、穩壓源和數字式萬(wàn)用表;
3.用作圖法處理數據。
【實(shí)驗原理】
伏-安法測電阻的原理如上圖所示,用電表測得電阻的電壓、電流后,通過(guò)歐姆定律 R = V / I ,即可計算出電阻值。伏-安法測電阻有兩種接線(xiàn)方法,由于電表內阻的影響,不論采用哪一種接法總存在方法誤差,但經(jīng)修正后都可獲得正確結果。
答案補充
實(shí)際測量時(shí)常采用多次測量方法,改變測量電路中的電壓和電流,得到一組電壓電流值,做出元件伏安曲線(xiàn)。純電阻的伏安曲線(xiàn)應該時(shí)一條通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn),利用作圖法或者最小二乘法求出直線(xiàn)的斜率即可求出元件的電阻值。
一、伏安法測電阻
伏安法測電阻,它的具體方法是:用電流表測量出通過(guò)待測電阻Rx的電流I,用電壓表測出待測電阻Rx兩端的電壓U,根據歐姆定律的變形公式R=U/I求出待測電阻的阻值RX。如圖1所示,用滑動(dòng)變阻器來(lái)調節待測電阻兩端的電壓,這樣我們就可以進(jìn)行多次測量,在試驗中,滑動(dòng)變阻器每改變一次位置,就要記一次對應的電壓表和電流表的示數,計算一次待測電阻Rx的值。對于測定定值電阻,多次測量的目的是取平均值來(lái)減小誤差,一般測三次。對于測小燈泡的阻值多次測量的目的是:測出小燈泡在不同情況(亮度)下的電阻,從而得出電阻受溫度的影響,溫度越高,小燈泡的電阻越大。
注意:1.連接電路時(shí),開(kāi)關(guān)應斷開(kāi),滑動(dòng)變阻器應調到最大阻值處。
2.滑動(dòng)變阻器的作用:(1)保護電路。(2)改變小燈泡兩端的電壓和通過(guò)的電流。(3)R是定值,不隨電壓、電流的變化而變化燈絲的電阻發(fā)生改變的原因是溫度越高,燈絲電阻越大。
二、伏歐法測電阻
1.器材:電源、電壓表、已知阻值R0的電阻、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導線(xiàn)若干。
從所給的器材來(lái)看,與伏安法相比缺少電流表,而多了一個(gè)定值電阻,思路是怎樣用電壓表和定值電阻組裝電流表,就一切問(wèn)題都迎刃而解,伏歐法測電阻是指用電壓表和已知電阻R0并聯(lián)來(lái)代替電流表測未知電阻Rx的方法。具體做法如下:
如圖所示就是伏歐法測電阻Rx=■R0的電路圖,在圖中,先把電壓表并聯(lián)接在已知電阻R0的兩端,來(lái)代替電流表,記下此時(shí)電壓表的示數U1;然后再把電壓表并聯(lián)接在未知電阻Rx的兩端,記下此時(shí)電壓表的示數U2。根據串聯(lián)電路中電流處處相等,即:U1/R0=U2/RX,所以:RX=U2R0/U1。
用這種方法測電阻時(shí)一只電壓表要連接兩次,若有兩個(gè)電壓表就更簡(jiǎn)單了,只需把上面電路圖中的虛線(xiàn)部分改為實(shí)線(xiàn),同時(shí)測出U1、U2。
2.器材:電源、電壓表、已知阻值R0的電阻、滑動(dòng)變阻器、單刀雙擲開(kāi)關(guān)、導線(xiàn)若干。要求電壓表只能連接一次電路。
從所給的器材來(lái)看,與(1)相比普通開(kāi)關(guān)被單刀雙擲開(kāi)關(guān)所替代,并且要求電壓表只能接一次,思路是怎樣用電壓表和定值電阻組裝電流表,且要利用單刀雙擲開(kāi)關(guān),電壓表能測出兩個(gè)不同的電壓,從而達到與(1)中普通開(kāi)關(guān)和電壓表連接兩次的目的,具體的作法如圖所示是(如圖所示):
1.先閉合S1斷開(kāi)S2讀出電壓表的示數為U1。
2.再閉合S2斷開(kāi)S1讀出這時(shí)電壓表的示數為U2。
根據分壓公式可計算出Rx的值:
三、安歐法測電阻
1.器材:電源、電流表、已知阻值R0的電阻、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導線(xiàn)若干。
從所給的器材來(lái)看,與伏安法相比缺少電壓表,而多了一個(gè)定值電阻,思路是怎樣用電流表和定值電阻組裝電壓表,安歐法測電阻是指用電流表和已知電阻R0串聯(lián)來(lái)代替電壓表測未知電阻Rx的方法(電路圖如右圖所示),具體做法如下:
(1)閉合S,先測出R0的電流I0.
(2)拆下電流表,接到另一支路上,測出Rx的電流Ix。
根據測得的電流值I0、Ix和定值電阻的阻值R0,計算出Rx的值Rx=■R0。
注意:拆下電流表以后還可以把它接在干路中。
2.器材:電源、電壓表、已知阻值R0的電阻、滑動(dòng)變阻器、單刀雙擲開(kāi)關(guān)、導線(xiàn)若干。要求電壓表只能連接一次電路。
從所給的器材來(lái)看,與(1)相比普通開(kāi)關(guān)被單刀雙擲開(kāi)關(guān)所替代,并且要求電流表只能接一次,思路是怎樣用電流表和定值電阻組裝電流表,且要利用單刀雙擲開(kāi)關(guān),電流表能測出兩個(gè)不同的電流,從而達到與(1)中普通開(kāi)關(guān)和電流表連接兩次的目的,具體的作法如圖所示是(如圖所示):
(1)開(kāi)關(guān)擲向b,電流表測量的是通過(guò)RX的電流I1。
(2)開(kāi)關(guān)擲向a,電流表測量的是通過(guò)Rx的電流I2。
(3)通過(guò)計算就有:Rx=■R0。
四、已知最大阻值的滑動(dòng)變阻器和電壓表測電阻
器材:電源、電壓表、已知最大阻值R0的滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導線(xiàn)若干。要求電壓表只能連接一次電路。
從給的器材來(lái)看,與伏安法相比缺少電流表,就必須測兩次不同的電壓,利用電壓和電阻求出電流,筆者總結為滑動(dòng)變阻器左一次電壓,右一次電路(如圖所示),具體方法如下:
1.先把滑動(dòng)變阻器的滑片P調至A端,記下電壓表示數U2。
2.再把滑動(dòng)變阻器的滑片P調至B端,記下電壓表示數U1。
根據測得的電壓值U1、U2和定值電阻的阻值R0,可計算出Rx的值:Rx=■RAB。
方法一:用伏安法(一個(gè)電壓表、一個(gè)電流表)
將電壓表與被測電阻并聯(lián),再與電流表串聯(lián),接電源。
若電壓表測量值為U,電流表值為I,則被測電阻R=U/I
方法二:兩個(gè)電壓表、一個(gè)已知電阻R1。
將電壓表1與電阻R1并聯(lián)、電壓表2與待測電阻并聯(lián),再將它們串聯(lián),接電源。
若兩電壓表值分別為U1、U2,則電路中電流等于I=U1/R1,被測電阻R=U2/I1=(U2/U1)*R1
方法三:直接用一個(gè)歐姆表來(lái)測量。
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