关注电表内阻　翻转电学实验

2016-02-24徐平

物理之友 2016年1期

徐　平

(江苏省海安县南莫中学，江苏　海安　226681)

关注电表内阻翻转电学实验

徐平

(江苏省海安县南莫中学，江苏海安226681)

摘要：在用伏安法测电阻、测定电源的内阻等实验中，判断电流表的内外接是关键步骤.习惯思维是比较待测电阻与电表的内阻关系，当时用电流表外接法，时用电流表内接法，当时用内外接法均可.不少师生常常忽视这种判断方法的前提是只知电表内阻的大约值，如果已知电表内阻的准确值，不理解实验原理一味套用结论将会出错，关注电表内阻的给定情况显得尤为重要.

关键词：伏安法测电阻；测定电源的内阻；电表内阻

“伏安法测电阻”和“测电源电动势与内阻”实验中都要使用到电流表和电压表，但由于实际的电流表和电压表都存在着一定的电阻，使得测量存在着系统误差.有时为了研究问题的方便，假设电表为理想电表，有时只是给出电表内阻的大约值，有时又给出它的确定值，这就给电学实验带来了不小的变化，稍不注意就导致错误.本文就此做一些归纳分析，以供参考.

1伏安法测电阻的常规测量与精确测量

1.1对比分析

对该实验的常规测量和精确测量情况的分析如下表.

比较常规测量精确测量电阻满足的条件RxRARV的大电阻RxRARV电表内阻情况已知两电表内阻的大约值已知电流表内阻的具体值和电压表大约值已知电压表内阻的具体值和电流表大约值选用的电路图(以滑动变阻器的分压式解法为例)产生误差原因及分析由于电压表的分流,R测R真=U-UAI,R测=R真+RA.没有系统误差,R测=UI=R真+RA.没有系统误差,R测=UI为RV与Rx并联的总电阻,R真=URVIRV-U.

1.2典型例题

例1：半导体材料受到外力后，其电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”.如图1所示，研究半导体长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：

图1

A. 电源(3V，内阻约为1Ω)

B. 电流表(0—0.6A，内阻RA=5Ω)

C. 电压表(0—3V，内阻RV约为3kΩ)

D. 滑动变阻器R0

E. 开关S，导线若干

(1) 设计准确测量电阻Rx电路，在图1所示虚线框内补全电路原理图.

(2) 在图1电路中，在水平放置的半导体长薄板电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电流表的读数I，电压表的读数U，图1电路测量电阻的表达式为Rx=.(用字母表示)

图2

图3

点评：伏安法测电阻是电学最基本的核心实验，关于电流表的接法，相当一部分学生死记存在系统误差的实验方法，不能根据题设的具体条件，从最基本的欧姆定律原理着手分析.其原因之一是实验的迁移能力缺失；原因之二是没有认真审题.本题中电流表内阻为5Ω，不是大约值，(1)中要求设计准确测量电阻Rx电路，隐含设计消除了系统误差的电路，考查学生从减小误差的惯性思维翻转到消除系统误差的思维能力.如果平时就建立起这种意识，正确求解就显得十分轻松.

2电源电动势与内电阻的常规测量和精确测量

2.1对比分析

电源电动势与内电阻的常规测量和精确测量的分析如下表，其出发点是闭合电路欧姆定律E=U+IR，其中U为路端电压，I为电路的总电流(或通过电源的电流)，选用的测量电路及拓展都是围绕它展开的.

比较常规测量精确测量电源内阻范围r<>RA(如水果电池内阻大)电表内阻情况已知电流表或电压表内阻的大约值,准确值未知.RA已知,RV未知.RV已知,RA未知.选用的电路图拓展误差及分析由图知E测r真存在着系统误差.将选用电路图的虚线方框中电流表和电源等效为电流源,电动势和内阻能均精确测量,实验中不存在系统误差,E测=E真,r真=r测-rA.将选用电路图的虚线方框中电压表和电源等效为电压源,外电路断开时电压表读数为电动势,E真=E测RVRV+r真(),测量的是电源与电压表并联的总电阻,r真=RVr测RV-r测.

2.2典型例题

例2：在测量一节干电池电动势E和内阻r的实验中，小明设计了如图4所示的实验电路．