研究性实验报告-伏安法测电阻.docx

基础物理实验研究性报告
伏安法测中电阻
2012年11月27日

目录
摘要 3
关键词 3
伏安法测电阻实验报告 4
1 实验原理 4
1 伏安法测电阻 4
2 电表内阻的测量 4
3 伏安法测高电阻 5
4 电桥法测电阻 6
2 实验仪器 7
3 实验步骤 7
1 伏安法测电阻 7
2 测检流计的内阻及电流常数 7
3 伏安法测高电阻 8
4 惠斯通电桥测中电阻 8
4 实验数据记录与处理 8
1 伏安法测定值 8
2 测检流计的内阻和电流常数 9
3 伏安法测高电阻 10
4 惠斯通电桥测中电阻 10
5 实验内容方法改进 12
6 实验误差分析 12
7 实验感想 13
摘要
本文中的实验内容选取了用伏安法测中电阻,电表内阻的测量以及检流计电流常数的测量,伏安法测高电阻和惠斯通电桥测中电阻。先对本实验的实验原理与实验步骤进行了简单的介绍,而后进行了数据处理和不确定度计算,并对实验数据的误差来源进行了分析。本文还提出了改进伏安法测中电阻的一些想法与建议。
关键词
伏安法电阻检流计惠斯通电桥
伏安法测电阻实验报告
1 实验原理
1 伏安法测电阻
图 1 电流表内接测电阻
伏安法是同时测量电阻两端的电压和电流,由欧姆定律R=VI来求得电阻的值。但是伏安法在测量的时候改变了待测电路的工作状态给测量带来了误差。测量电阻常用的两种方法根据电流表的内接和外接可以分为两种:内接法和外接法。
1 内接法
电流表内接的电路如图 1 电流表内接测电阻所示:
电路测出电压V和电流I则VI=RX+RA
即:RX=VI-RA
由上式可以看出当RA≪RX时电流表的内阻对测量的影响可以忽略,换言之当RA≪RX时应采用内接法
图 2 电流表外接测电阻
2 外接法
电流表外接测量电阻的电路图 2 电流表外接测电阻,按如图所示测出电压V和电流I则VI =RXRVRX+RV
即:RX=VI×RVRV-VI=RX测×RVRV-RX测
由上式可以看出当RV≫RX时电阻的内阻对电阻的测量影响很小,此时可以采用的外接法。
2 电表内阻的测量
测量电表内阻的方法很多,常用的是半偏法和替代法。
1 半偏法测量电表内阻
半偏法的基本电路有两种形式,分别如图 4 恒压半偏法和图 3 恒流半偏法所示。
图 3 恒流半偏法
恒压半偏法中R为可变电阻选择适当的电源调节R=R1使待测表指针满偏Ig=Im;再调节R=R2是待测表半偏
Ig=Im2若电源E的内阻可忽略由欧姆定律不难证明:Rg=R2-2R1若选择合适的电源电压当R1=0时待测表示值为Im则Rg=R2
此方法要求电源端电压不变,常用于测电阻较大的电表。
图 4 恒压半偏法
恒流半偏法如图四所示,断开S2选R1为某值使得待测表满偏,此时电源供给的电流为:I1=ER1+Rg=Ig
然后合上S2调节R2为某值,使待测表半偏,此时电源供给的电流为
I2=ER1+R2RgR2+Rg=1/2I g1/2IgRgR2
两式相除可得:Rg=R1R2R1-R2
若有R1≫R2则Rg=R2这种方法常用来测量内阻较小的电表。
2 替代法测电表内阻
图 5 电流表做指示
图 6 电压表作指示
替代法的原理如图 6 电压表作指示和图 5 电流表做指示用标准的电阻替代被测表并保持回路中的端电压或电流不变,则标准电阻的值就是待测表的内阻。图5是电压表做指示,图6是电流表作指示,替代无方法误差但应根据仪表的具体条件选择合适的电路,以保证足够的灵敏度,否则可能产生较大的误差。一般来说当Rg≫R内时宜采用图6所示的电路;Rg≪R内时宜选用图5所示的电路。
3 伏安法测高电阻
以上电路均针对中值电阻而设计的,若用伏安法测量低电阻和高电阻则需借助检流计实现电流或电压的测量。其中首先要测量检流计的内阻和电流常数,伏安法测量电阻的电路也需要做适当的修改。
用伏安法测高电阻的特殊性在于测量时的工作电流太小,用伏安法测高电阻由于通过电阻的电流太小一般的电流表测不出来,故采用灵敏电流计。
伏安法测量高电阻的电路图如图7所示,其中Rg是检流计内阻,Rs是电阻已知的电阻,主要作用是分流,
Rx是待测电
阻。
由于测量高电阻的时候需要使用灵敏电流计,因此必须先确定灵敏电流计的电流常数Ki和电阻Rg。测量灵敏电流计的电流常数和内阻的电路图如图 8 半偏法侧Rg和Ki所示。
图 7 伏安法侧高电阻
因灵敏电流计不能通过较大电流故采用两次分压电路,第一次分压取自划线变阻器Rs由电压表读出数据,第二次分压取自R1的端电压。
灵敏电流计内阻的测量方法为:设定R2为0,调节某个元件参数(例如R0),使检流计为满刻度,再调节R2并保持R1上的电压