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        高考物理內(nèi)接法和外接法

        2016-04-29 00:00:00艾尼萬·吾斯曼
        小說月刊·下半月 2016年4期

        高考實(shí)驗(yàn)題中電流表的內(nèi)接法和外接法的選擇在每年的高考題中多次出現(xiàn)的熱點(diǎn),所以學(xué)生要關(guān)注電流表的內(nèi)接法和外接法的選擇的實(shí)驗(yàn)。

        根據(jù)歐姆定律的變形公式R=可知,要測某一電阻Rx的阻值,只要用電壓表測出Rx兩端的電壓,用電流表測出通過Rx的電流,代入公式即可計(jì)算出電阻Rx的阻值。

        誤差原因

        由于所用電壓表和電流表都不是理想電表,即電壓表的內(nèi)阻并非趨近無窮大,電流表也存在內(nèi)阻,因此實(shí)驗(yàn)測量出的電阻值與真實(shí)值不同,存在誤差。

        定量分析:因?yàn)殡妷罕硭康玫氖荝和RA的串聯(lián)電壓,所以測得值是R和RA的串聯(lián)等效電阻,R測==R+RAgt;R

        絕對誤差:ΔR內(nèi)=R測-R=RA

        相對誤差:δ內(nèi)=

        因此,在待測電阻Rgt;RA時(shí)(這時(shí)電流表的分壓很小),內(nèi)接法誤差小。

        測量方法

        通常伏安法測電阻的電路有兩個(gè)基本連接方法:內(nèi)接法和外接法(電流表在電壓表的內(nèi)側(cè)還是外側(cè))。

        電路選擇

        采用內(nèi)外接法的簡易判斷方法:

        當(dāng)R=時(shí),內(nèi)接法和外接法測電阻的相對誤差相等;

        當(dāng)Rgt;時(shí),采用內(nèi)接法測電阻產(chǎn)生的誤差較小;

        當(dāng)Rlt;時(shí),采用上接法測電阻產(chǎn)生的誤差較小。

        (2)電流表外接法

        圖6-7

        電路:如圖6-7。

        結(jié)果:測量值偏小,即R測lt;R0。

        定性解釋:電壓表的讀數(shù)與R兩端電壓相等。但由于電壓表內(nèi)阻RV≠∝,而具有分流作用,使得電流表的讀數(shù)大于流過R的電流,因此由R測=U/I算得的電阻值偏小。

        定量分析:因?yàn)殡娏鞅砹康玫氖峭ㄟ^R和的總電流,所以測得值是R和RV的并聯(lián)等效電阻。

        絕對誤:

        相對誤:

        因此,在待測電阻Rlt;Rv(這時(shí)電壓表分流很?。r(shí),外接法誤差小。

        在實(shí)測中,內(nèi)、外接法的選擇并不都是理論上越精確就一定越好。例如:設(shè)待測電阻R=5Ω,電流表電阻RA=0.05Ω,電壓表電阻Rv=10kΩ。

        使用外接時(shí)

        (2)實(shí)驗(yàn)電路(電流表內(nèi)外接法)的選擇

        所謂內(nèi)、外接法是相對電流表的位置而言的.無論哪種接法,都會由于電表的內(nèi)阻影響而帶來測量誤差.從下表的分析可以看出,合理的選擇接法有利于減小誤差.

        (1)若Rx、RA、RV的大小大致可估計(jì),可用以下三種方法來選擇內(nèi)、外接法:

        ①當(dāng)Rx較大,滿足Rx遠(yuǎn)大于RA時(shí),應(yīng)采用內(nèi)接法,因?yàn)榇藭r(shí)電流表的分壓作用很小.

        ②當(dāng)Rx較小,滿足Rx遠(yuǎn)小于RV時(shí),應(yīng)采用外接法,因?yàn)榇藭r(shí)電壓表的分流作用很小.

        ③當(dāng)Rx的大小難以斷定時(shí),可采用計(jì)算臨界值的方法確定大小.即算出臨界電阻R0=,若Rxgt;R0則視為大電阻,若Rxlt;R0則視為小電阻.

        (2)若Rx、RA、RV的大小關(guān)系事先沒有給定,可用圖示試觸法確定內(nèi)外接法.用電壓表的一個(gè)接線柱分別試觸M、N兩點(diǎn),觀察先后兩次試觸時(shí)兩電表的示數(shù)變化情況,如果電流表的示數(shù)變化比電壓表的示數(shù)變化明顯,說明接M點(diǎn)時(shí)電壓表分流作用引起的誤差大于接N點(diǎn)時(shí)電流表分壓引起的誤差,這時(shí)應(yīng)采用內(nèi)接法.反之則應(yīng)采用外接法.

        3.試觸法

        當(dāng)待測電阻的阻值完全未知時(shí),常采用內(nèi)、外接試觸法,連接方式如圖所示。電壓表右端與b相接時(shí)兩表的示數(shù)為(U1,I1),電壓表右端與c相接時(shí)兩表的示數(shù)為(U2,I2),如果,即電流表的示數(shù)相對變化小,說明電流表的分壓作用顯著,待測電阻的阻值與電流表的內(nèi)阻可以相比擬,誤差主要來源于電流表,應(yīng)選擇電流表外接法;如果,即電流表的示數(shù)相對變化大,說明電壓表的分流作用顯著,待測電阻的阻與電壓表的內(nèi)阻可以相比擬,誤差主要來源于電壓表,應(yīng)選擇電流表內(nèi)接法。

        四、應(yīng)用舉例

        例:有一未知的電阻,為較準(zhǔn)確的測出其阻值,先后用如圖3(a)(b)兩種電路進(jìn)行測試,利用(a)測的數(shù)據(jù)為“2.7V、5.0mA”,利用(b)測的數(shù)據(jù)為“2.8V、4.0mA”,那么,該電阻測的較準(zhǔn)確的數(shù)值及它比真實(shí)值偏大或偏小的情況是( )

        (a)

        (b)

        圖3

        A.560Ω,偏大;B.560Ω,偏小;

        C.700Ω,偏小;D.700Ω,偏大。

        解析:比較(a)、(b)兩圖的電壓讀數(shù),可知電壓變化ΔU=0.1V,,電流的變化,ΔI=1mA,,可見,即電流變化明顯一些,可見電壓表內(nèi)阻帶來的影響比電流表內(nèi)阻帶來的影響大,即說明所測電阻是一個(gè)大電阻,故應(yīng)采取電流表內(nèi)接法,即(b)圖測量的較準(zhǔn)確,Rx==700Ω,此種解法測量值偏大,故D正確。

        課堂練習(xí):如圖1所示,電流表事先已經(jīng)接好,拿電壓表的一個(gè)接線柱去分別試觸M、N兩點(diǎn),電流表示數(shù)分別為0.04A和0.03A,電壓表示數(shù)分別為2.9V和3V。則待測電阻的真實(shí)值應(yīng)為( )

        A.比100Ω略大一些

        B.比100Ω略小一些

        C.比72.5Ω略大一些

        D.比72.5Ω略小一些

        答案:B

        分析:因?yàn)間t;,說明待測電阻是阻值大的電阻,所以采用電流表內(nèi)接法測電阻,這時(shí)待測電阻的測量值為100Ω,而電流表內(nèi)接法測電阻時(shí)測量值大于真實(shí)值,故B選項(xiàng)正確。

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