于愛萍

摘 要：通過對中職口腔修復工藝專業(yè)物理電學實驗的分析與研究及實例分析，使學生理解并綜合運用知識，解決儀器的選擇、連接、電阻測量的思想方法。

關鍵詞：中職物理電學實驗 電阻測量 器材選擇研究

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-02

引言

作為中等口腔衛(wèi)生學校，解決口腔工藝專業(yè)技工室中的電學問題，最基礎的是如何準確進行電阻的測量、電流表的改裝、電源內阻和電動勢的測量等。電學實驗是教學的重點和難點，學會電阻測量及儀器選擇，對學生核心素養(yǎng)的提高，具有重要的作用。而學生在見到此類問題時常感到無從下手，本文將從各種電阻的測量來說明實驗器材的選擇及研究的思想方法。

一、電阻測量的總體思想

電阻測量的基本原理是利用了電阻的定義：R=U /I，所以測量電阻的核心是巧妙設計，準確測量加在電阻R上的電壓和通過電阻R的電流，這也就是我們通常所說的伏安法。

二、電流表的內接與外接

在伏安法測電阻的具體實踐中，由于電流表和電壓表內阻的存在，會對實驗結果產生系統(tǒng)誤差，為了減小電流表和電壓表內阻對實驗結果的影響，實驗中電路會有兩種不同的接法，即電流表的外接法和內接法。如圖1所示，甲圖為電流表的外接法，乙圖為電流表的內接法。

甲圖中電壓表測得的是電阻R上電壓的準確值，即U測=U真，而由于電壓表的分流，使得電流表測量的電流不是通過電阻R的準確值，即I測>I真，故當用R=U /I來計算時，電阻值則偏小。同理，在乙圖中由于電流表的分壓，電流值是真實值，而電壓值偏大，測量出的電阻值就偏大。以上測量產生的誤差，即系統(tǒng)誤差。要減小誤差，只有根據(jù)所給定的儀器來進行合理的接法選擇，這就要求我們對所給的儀器參數(shù)進行分析，設計合理的電路。

優(yōu)化設計的目的是為了減小實驗誤差，設計的思想是看用哪種電路帶來的誤差較小。一般當電壓表內阻RV>>R時，由于電壓表的分流造成的誤差較小，電流較準確，用甲圖電路，即電流表的外接。當R>>RA（電流表內阻）時，由于電流表的分壓較小，電壓較準確，用乙圖電路，即電流表的內接。

三、滑動變阻器的接法與選擇

1.滑動變阻器的結構及連接

滑動變阻器是電學實驗中一個常用的儀器，它可以連續(xù)調節(jié)電路中的電流或用電器上的電壓?；瑒幼冏杵饔兴膫€接線柱（如圖2），當A、B接入電路時，其電阻值是固定值。當A、D（或A、C）接入時，電阻值為A、P間的電阻。當B、C（或B、D）接入電路時，其電阻值為B、P間的電阻值，電阻隨觸點P的變化而變化。

如果在實驗中，只把A、D（或B、C）串入電路，此接法稱為限流接法，如果把A、B串入電路，而把用電器并在A、C（或B、D）之間，稱為分壓式電路。如圖3所示，甲圖為限流接法，乙圖為分壓式接法。

2.滑動變阻器兩種接法的選擇

（1）一般情況下，沒有很高的要求，僅從安全性和精確性角度分析，兩者均可采用時，可用安裝簡便、節(jié)能的限流式接法。

（2）有下列情況之一者必須選用分壓式接法

（A）要求回路中待測部分電路電流或電壓需要從零開始可連續(xù)調節(jié)的，即大范圍內測量時，必須采用分壓式接法。

（B）當用電器的電阻R遠大于滑動變阻器的最大值R0時，必須采用分壓接法。

（C）若采用限流接法，電路中實際電壓（或電流）的最小值仍超過用電器或儀表的額定值時，只能采用分壓接法。

四、儀表的選擇

儀表的選擇，一般遵循安全、精確的原則。

安全的原則要求：通過儀表的電流或電壓，不能超過其最大量程。保證電表的正常測量。

精確的原則要求：所估算的最大電壓值和電流值應在所用儀表滿刻度的2/3以上的位置，否則會造成讀數(shù)誤差過大。

五、應用分析

1.電阻的測量

例1、在“測定金屬的電阻率”的實驗中，電阻絲的電阻值約為40～50Ω，可供選擇的主要器材如下：

A.電壓表（內阻20kΩ，量程0～10V）；B.電流表（內阻約20Ω，量程0～50mA）；

C.電流表（內阻約4Ω，量程0～300mA）；D.滑動變阻器（額定電流1A、阻值100

Ω）；E.滑動變阻器（額定電流0.3A，阻值為1700Ω）；F.電池組（電動勢為9V，內阻為0.5Ω）。則：

（1）電流表應選________ ，滑動變阻器應選________。

（2）試畫出實驗原理圖。

解析：（1）首先我們選擇儀表，從題上看，電源電動勢是9V，待測電阻在40～50Ω間，可以估算通過待測電阻的電流最大值為225mA，故電流表應選C。

再看電流表與電壓表的接法，電壓表內阻是待測電阻的500倍，待測電阻是電流表內阻的10倍，所以選擇電流表的外接誤差較小。

最后看滑動變阻器的選擇和連接，題中沒有要求從零開始測量，也沒有多測幾組數(shù)據(jù)的要求，而且兩個滑動變阻器的電阻值都大于待測電阻值，故我們選擇滑動變阻器的限流接法即可，D和E的選擇上，我們選擇D即可，原因是D在調節(jié)上比E方便。

（2）設計電路原理圖（如圖4）。

2.電流表內阻的測量

電流表內阻的測量方法有多種，但要準確測量，還需用伏安法進行，但明確電流表是可以讀出自身電流的電阻，所以，問題的關鍵是如何準確測出電流表上的電壓值。

例2、某同學為了測電流表A1的內阻r1的精確值，有如下器材：電流表A1，量程300mA，內阻約為5Ω；電流表A2，量程600mA，內阻約為1Ω；電壓表V，量程15V，內阻約為3KΩ；定值電阻R0，阻值5Ω；滑動變阻器R1電阻0～10Ω，額定電流為1A；滑動變阻器R2電阻0～250Ω，額定電流為0.3A；電源E，電動勢為3V，內阻較小，導線、電鍵若干。

（1）要求電流表A1的示數(shù)從零開始變化，且能多測幾組數(shù)據(jù)，盡可能減少誤差。請設計實驗電路。畫出測量用的電路圖。

（2）若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算電流表A1的內阻r1，則所用電流表A1的內阻r1表達式r1=；

解析：（1）該題是測量電流表的內阻，題干中給了兩個電流表和一個電壓表，有同學就想到伏安法測量，并有幾種設想：

①用電流表A2 和電壓表V分別測出通過電流表A1的電流和電壓；

②電流表是可以讀出自身電流的，只要用電壓表V測出電流表A1 上的電壓即可；

③用半偏法進行測量。

第①中方法顯然不妥，因為伏安法測量是有系統(tǒng)誤差的，不能達到題中“精確值”的要求。而第②種方法也不妥，經估算，電壓表上的電壓降最多只有1.5V，可電壓表的量程是15V，讀數(shù)誤差會很大，實難精確測量。而第③種半偏法一是有系統(tǒng)誤差，二是提供的儀器不滿足半偏法實驗的要求（沒有電阻箱）。所以，我們就應該把問題重點放在如何準確測量待測電流表的電壓上。

題中給了一個定值電阻R0，我們利用并聯(lián)的特點，把R0與電流表A1并聯(lián)，如果知道已知電阻R0的電流，也就知道了R0上的電壓，同時就知道了待測電流表A1的電壓，如圖5甲所示。由于題中要求“電流表A1的示數(shù)從零開始變化”，于是選接滑動變阻器的分壓式接法，而題中給了兩個滑動變阻器，應選擇R1，這樣調節(jié)比較方便。測量電路如圖5乙。

（2）r1=（I2-I1）R0/I1

3.電壓表的內阻測量

電壓表的特點是電壓是可以從表上讀出的，通過巧妙的辦法測出通過電壓表上的電流是解決問題的關鍵。

例3：為了測量量程為3V的電壓表V的內阻（內阻約2000Ω），實驗室可以提供的器材有：①電流表A1，量程為0.6A，內阻約0.1Ω；②電壓表V2，量程為5V，內阻約3500Ω；③變阻箱R1，阻值范圍為0-9999Ω；④變阻箱R2，阻值范圍為0-99.9Ω；⑤滑動變阻器R3，最大阻值約為100Ω，額定電流1.5A；⑥電源E，電動勢6V，內阻約0.5Ω；⑦單刀單擲開關K，導線若干。

（1）請從上述器材中選擇必要的器材，設計一個測量電壓表V的內阻的實驗電路，在虛線方框中畫出電路原理圖，要求測量盡量準確。

（2）寫出計算電壓表V的內阻RV的計算公式為RV=____________。

解析：（1）此題好像把電流表和電壓表直接串聯(lián)就可以測量，但是，待測電壓表V允許通過的最大電流僅有1.5mA，遠沒有達到電流表滿量程的2/3的要求，讀數(shù)誤差會很大。所以要另行設計。重點是精確測出通過電壓表V的電流。我們可以把待測電壓表V與電阻箱串聯(lián)，再和電壓表V1并聯(lián)如圖5甲。電壓表V1可讀出變阻箱R與待測電壓表V的總電壓，這個總電壓減去V的電壓值，就是R上的電壓準確值，用歐姆定律求出通過R的電流值，即通過V的準確電流值，而待測電壓表V的電壓值可由自身讀出，也就可以用歐姆定律計算出其電阻的準確值，如圖5乙所示。變阻箱兩個，由于R2較小，為保護V，故選擇R1。由于被測量部分的電阻都很大，遠大于滑動變阻器的電阻，滑動變阻器不能控制電路電流的變化，所以應選擇滑動變阻器的分壓式接法，如圖5乙。

（2）電壓表V的內阻RV的計算公式：RV=R1 V /（V1-V2）

從上面的例子可看出，電路測量及儀器的選擇是對電學知識的綜合應用，它有效的考察了學生知識綜合應用能力和分析問題解決問題的能力。但如果能抓住基礎，仔細審題，全面分析，就能迎刃而解。