浅谈伏安法测外阻实验电路设计

张龙

中学物理中，直流电路的概念及计算在降低要求的情况下，在初中已有坚实的基础，略有跃迁的是全电路及电动势概念，但全电路体系严密，思路颇顺，不足为虑。唯一使学生困惑的是直流电路设计，且在近几年高考中所占比例有上升趋势。为了使学生少走弯路，走出困惑，特对伏安法测外阻实验电路设计发表一些看法，就教于同行。

笔者认为，伏安法测外阻实验电路应考虑设计以下两方面电路。

第一，伏特表、安培表的接法。常有以下两种电路，如图（1）（2），外接伏安法和内接伏安法。不管采用何种电路，由于电表的接入，不可避免产生系统误差。设计怎样的电路，才尽可能减少误差呢？下面就图（1）（2）应用并联分流，串联分压加以分析。

图（1）中：R测=■，R真=■，因为I>IR，所以R测

图（2）中：R测=■，R真=■

因为U>UR，所以R测>R真，为使测量值尽量接近真值，只能尽量减小UA，据串联分压，只能满足RA≤RX。以上分析表明，伏特表内阻远大于待测电阻阻值，则应设计使用外接伏安法电路。若安培表內阻远小于待测电阻阻值，则应设计使用内接伏安法电路。

第二，控制电路基本原件—滑动变阻器的连接。常有以下两种连接方式，如图（3）（4）分压式接法和限流式接法。图（3）分压式接法中，AB为供电电路输出端。接线特点是电源与滑动变阻器组成闭合电路，而被测电路与滑动变阻器的一部分电阻并联，该接法对被测电路的电压调节范围在不计电源内阻情形下为：0～ε。图（4）限流式接法中，AB为供电电路的输出端。接线特点是电源、滑动变阻器与待测电阻三者串联。对外供电电压最大可调范围为：■～ε。其中RX为待测电阻，R为滑动变阻器的总阻值，电源内阻不计。

以上分析可知，分压接法比限流接法电压调节范围大，且可以从0调起。特别是当RX≥R时，限流法实际起不到调节电压作用。至此则出现一个非常尖锐的问题，是否任何情况下，都可接成分压电路呢？答案是否定的。因为还有一个操作方便的问题。当R≥RX时，当滑动变阻器滑动触头滑至与RX并联部分电阻很大时，再滑动触头对并联部分总电阻影响就极小，从而减缓对电压的调节速度，影响实验的正常进行。因此，在实验中究竟将滑动变阻器如何接入电路要据实验要求和所给器材的规格决定。若实验明确要求电压从0调起，只能选用分压接法。若要求不明确，且电压调节范围不需太大时，两种接法都可以。但一般情况下限流接法中要选用阻值较大的滑动变阻器，分压接法中应选用阻值较小的滑动变阻器。以下特举一例作说明性分析。

例：有一个小灯泡上面标有“6V，1W”字样。现要描绘此灯的I-U图线。下列器材可供选用：A.电压表（0-5V，5KΩ）；B.电压表（0-10V，10KΩ）；C.电流表（0-0.3A，5Ω）；D.电流表（0-0.6A，2Ω）；E.滑动变阻器（30Ω，2A）；F.学生电源（直流9V），还有开关、导线等。

（1）实验中所用电压表应选_____，电流表应选_____。

（2）设计实验原理图。

分析：基本思路，先选仪表，再选电路。

①小灯泡正常发光时，额定电流I=■A=0.167A；额定电压U=6V；电阻R=■=36Ω。因此，电压表选B，电流表选C。

②由于R≤RV（36Ω≤10KΩ），故采用外接伏安法。

③由于描绘灯泡I-U图线，灯泡两端电压要从零调起且应多测几组U、I值。因此，变阻器应接成分压式。原理图如图（5）。