伏安法测电阻实验中器材选取及其连接方式浅谈

关建国

在电学实验中，学生最棘手的是让自己从所给器材中选出合适器材完成给定的实验，究其原因，大多是不会利用实验的原理分析并解决问题，电学中测电阻的实验，尽管有多方法，但其原理都是从部分电路欧姆定律入手，用合适的方法组成电路，测出待测电阻上通过的电流及加在其两端的电压，并注意电表在电路中的保护和尽量减少误差（包括偶然误差和系统误差），决定选择合适的器材及其正确的连接方式。

例题：现需测定一个额定功率为（1/20）w，阻值约为25ΚΩ电阻的阻值，备用有以下器材。

1、直流电流表三个：

A1 0～50μΑ 内阻2ΚΩ，

A2 0～100μΑ 内阻1ΚΩ，

A3 0～500μΑ 内阻200Ω，

2、直流电压表三个：

V1 0～1V 内阻10ΚΩ，

V2 0～10V 内阻100ΚΩ，

V3 0～50V 内阻500ΚΩ，

3、直流电源三种：

E1 电动势为1.5V的两节干电池，

E2 15V稳压电源，额定电源1A，

E3 50V稳压电源，额定电源2A，

4、滑线变阻器一个“1ΚΩ 1W”

5、电键一个和导线若干

要求：（1）要使实验结果有尽可能高的精确度，应选用哪些器材？

（2）画出实验用的电路图。

解析：首先，按照实验要求，必须准确测出待测电阻上通过的电流和电压，这就要考虑电流表和电压表的接法，因为所给的电压表内阻都不满足Rv>>Rx，则电表应用图1的接法RA<

Um≈ImRx=500×10-6×2.5×104=12.5（V），所以电源选用E2，确定了电源后，考虑到实验中滑线变阻器能降低一部分电压，再者通过Rx的电流应小于500μΑ，则电压表选V2。 如果选V3，量程为50V，而从上述计算可知电压表测量的数据应在12.5V以内，这样V3的指针不能偏转到中央至2/3位置处，只在一个小范围内变化，数据难以读准，偶然误差较大，故不选V3。再看滑线变阻器的连接方法，若按如图2限流式电路接法，滑线变阻器触头的阻值最大处，此时电路中电流最小，其值为

Imin≈E2/R+Rx=6×10-4（A） ，

已超过电流表A3的量程500μΑ，所以不能采用图2的限流式接法，另一方面，这种接法降落在滑线变阻器端的电压约为：

U≈IminR=6×10-4×103=0.6（V）。

此时电压表两端的电压为Uv=15-0.6=14.4（V），超过电流表V2的量程（10V），故滑动变阻器不能串联在电路中使用，根据以上分析知滑动变阻器必须用分压式电路接法，如图3所示， 因滑线变阻器的额定功率为1W， 阻值为1ΚΩ， 所以可知其额定电流I≈0.032（A），在滑线变阻器触头向右滑动的过程中通过计算，其触头以右部分通过的电流（电 路中的总电流）总小于其额定电流，说明图3所示实验电路的接法是正确的，一般情况下，当滑线变阻器最大阻值大于Rx时，滑线变阻器常用限流式接法（如图2）；而当滑线变阻器最大值远小于Rx时，必须用分压式接法（如图3），才能起到保护电路的作用或满足实验要求。