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        伏安法測小燈泡電阻實驗研究

        2015-09-10 07:34:46張金花
        新課程(中學) 2015年8期
        關鍵詞:電壓表電流表伏安

        張金花

        (安徽省合肥市第五十六中學)

        在伏安法測量小燈泡電阻實驗中,電路的接線方式有兩種,一種是電流表外接方式,另一種種是電流表內(nèi)接方式,在實際實驗過程中,采用哪種電路接線方式取得的效果更好,則需要通過實驗進行詳細的分析。

        一、實驗階段

        1.實驗器材與實驗準備

        在伏安法測量小燈泡電阻實驗中,需要用到的實驗器材主要有:電壓表、電流表、滑動變阻器、2.5V小燈泡、導線、開關、干電池等。在實驗前,首先要按照電流表外接方式將各個實驗器材連接起來,并對“+”“-”接線柱的連接進行檢查,然后對電壓表和電流表的量程進行檢查,確保電壓表的量程在0~3V,電流表的量程在0~0.6A。電流表外接方式如圖1所示。

        圖1 電流表外接式

        在實驗過程中,將滑動變阻器連接起來,并移動滑動變阻器的滑片。

        圖2 電流表外接電路圖

        2.實驗操作

        在實驗過程中,首先將開關閉合,對電壓表、電流表的指針讀數(shù)進行記錄,然后開始移動滑片,觀察電壓表和電流表的讀數(shù),并做好記錄,最后利用歐姆定律R=U/I計算小燈泡電阻。其記錄表如下所示。

        實驗記錄表

        二、分析與結(jié)論

        1.實驗分析

        在用伏安法測量小燈泡電阻實驗中,電壓表和電流表本身具有一定的電阻,在測量過程中,電壓表和電流表的內(nèi)電阻必然會對電壓和電流造成一定的影響,從而增加測量結(jié)果的誤差。在電流表內(nèi)接方式中,受電流表內(nèi)電阻的影響,會產(chǎn)生分壓作用,這也就意味著電壓表的讀數(shù)是小燈泡電阻兩端電壓和電流表兩端電壓的總和,而不是小燈泡電阻兩端的電壓,也就是說電壓表讀數(shù)U=Ux+UA,此時,根據(jù)歐姆定律Rx=U/I=(Ux+UA)/I計算出來的測量電阻就會比真實的小燈泡電阻Rx大。電流表內(nèi)接方式圖3所示。

        圖3 電流表內(nèi)接方式

        在電流表外接方式中,電壓表會起到分流作用,此時,電流表的讀數(shù)等于通過電壓表電流IV和通過小燈泡電流IX的總和,而不是等于通過小燈泡的電流,也就是說I=IV+IX,根據(jù)歐姆定律Rx=U/I=U/(IV+IX)計算出來的電阻會比小燈泡的真實電阻Rx小。

        在實際測量過程中,由于電壓表和電流表本身的內(nèi)電阻是保持不變的,在電流表內(nèi)接方式中,如果小燈泡的電阻Rx比電流表的內(nèi)電阻大很多,此時的電流表分壓作用是可以忽略的,這時電壓表的讀數(shù)將會更加接近燈泡兩端的實際電壓,也就是說測量出來的電阻更加符合實際情況,因此,對于電阻比較大的燈泡,采用電流表內(nèi)接方式的測量結(jié)果更加準確。在電流表外接方式中,當小燈泡的電阻要比電壓表的內(nèi)電阻小很多時,電壓表的分流作用可以不用計算,也就是說電流表的讀數(shù)更加接近小燈泡兩端的電流,測量出來的電阻更加符合實際情況,因此,對于電阻比較小的燈泡,采用電流表外接方式的測量結(jié)果更加準確。

        由于在實際測量過程中,無法對小燈泡的電阻進行初步判斷,也就導致無法準確的判斷采用哪種電路連接方式,為避免這種現(xiàn)象,在實驗過程中,可以先按照圖連接電路,然后將電壓表的一端接線C空出來,用空出來的接線C先后接觸電流表的A、B接線,并對兩次電表的讀數(shù)進行比較。如果在實驗過程中,發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)發(fā)生了明顯的變化,這說明電流表的分壓作用比較明顯,因此,要將空出的接線C連接在電流表的A接線上,采用電流表外接方式;如果在實驗過程中,發(fā)現(xiàn)電流表的讀數(shù)發(fā)生了明顯的變化,這說明電壓表的分流作用比較強,需要將空出的接線C連接在電流表的B端,采用電流表內(nèi)接方式。

        2.實驗中常見故障分析

        在實驗過程中,經(jīng)常會遇到一些故障,從而對實驗結(jié)果的準確性造成一定的影響,因此,對這些常見故障進行分析是十分重要的。

        (1)實驗過程中,電流表沒有讀數(shù),而電壓表的讀數(shù)與電源電壓比較接近,造成這種現(xiàn)象的原因是電壓表串聯(lián)在電路中,或者小燈泡燈絲斷開。

        (2)電壓表的讀數(shù)為零,隨著滑片P的移動,電流表的讀數(shù)發(fā)生改變,造成這種現(xiàn)象的主要原因是小燈泡出現(xiàn)短路現(xiàn)象。

        通過實驗可以看出,采用伏安法測量小燈泡電阻時,由于小燈泡的電阻比較小,采用電流表外接式電路能獲得更加準確的測量結(jié)果,因此,在實際實驗過程中,要盡量采用這種電路,從而最大限度地減小測量誤差。

        [1]嵇建中.伏安法測小燈泡電阻與電功率[J].中學生數(shù)理化:嘗試創(chuàng)新版,2014(04):39.

        [2]喻奇林,謝偉.伏安法測量小燈泡的電阻[J].中學生數(shù)理化:八年級物理:人教版,2010(02):132-133.

        [3]劉亮.伏安法測電阻應注意的問題[J].中學教學參考,2013(02):141-142.

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