伏安法测电阻的实验探究

黄裕洪　陈婷

摘要；伏安法是中学物理电学实验常用的方法，同时也是高考的热点。伏安法测电阻实验是利用欧姆定律的原理去测量电阻的大小。根据欧姆定律的原理，合理设计测量电路接的连接方式有助于减少实验测量误差。

关键词：伏安法；欧姆定律；误差

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）07-0240-02

伏安法测电阻一直以来都是中学物理中非常重要的一个电学实验，同时也是整个中学物理中电学实验的基础，所以有必要掌握伏安法测电阻这个实验的具体设计和思想，以及对实验误差的处理方法，这可以更好地帮助我们更好地学习以后的电学实验。

1实验原理

伏安法测电阻的实验原理是欧姆定律，测出未知电阻两端的电压U和通过它的电流I，将欧姆定律的公式变为（R=U/D，便得到未知电阻的阻值。因电压单位：伏特，电流单位：安培，故名为伏安法。根据电流表与电压表的连接方式不同，存在两种测量方法：外接法和内接法。下图中，甲为电流表内接电路图，乙为电流表外接电路图。

2方法探究

一般情况下需要判断测量的数据是内接法还是外接法所得，在此简单探究两种方法如下：

1）試触法：

当电压表接A点测得一组（UA、IA）；接B点测得分别一组（UB、IB）。由此可得如下结论：

若（UR-UA）/UA>（IA-IB）/m，

则选择A接点，即外接法；

若（UB-UA）/UA<（IA-IB）/IB，

则选择B接点，即内接法。

当R_V/R_V>R_X/R_A或R_X2>R_VR_A，电流表需内接，

当R_Y/R_YX/R_A或R²_XVR_A，电流表需外接。

根据上述方法可以知道不论选取怎样的接法需根据具体情况而定。值得指出的是，内接法测量的电阻值大于真实值；外接法测量的电阻值小于真实值。

此外在实验步骤上也应注意：在连接电路的时候，应先将开关断开并移到滑动变阻器的滑片，使阻值达到最大；测量时闭合开关，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数。为使结果更加准确，需多次测量几组不同的数据，计算出每次测得的电阻值，最后取电阻的平均值。在这里测量多组数据中滑动变阻器就起到了至关重要的作用，通过分压作用，改变被测电阻两端电压，从而改变电路中的电流，多次测量，得到多组电阻值。此外，滑动变阻器也将起到限流作用，防止连接电路时，电阻短路，起到保护电路的作用。实验中需要注意针对具体电路首先判断采用的是外接法还是内接法，注意选择合适得量程，还有就是不要长时间通电，防止因温度变化影响电阻的测量值。

3误差分析

实际情况下，由于电压表和电流表自身有内阻，在数据处理过程中，往往要将其考虑进去。那么在做实验时，如何减少实验误差，则是我们应该注意的。对于减小实验误差的方法，通常情况下以还原法，补偿法为主。法，分别消除电流表的分压和电压表的分流作用。如上图，为还原电压法电路图。将开关K₁闭合，开关K₂接1，分别读出电流表的读数为I，电压表的读数为V；然后使开关K₂接2，移到滑动变阻器的滑片，保持电压表的电压不变，然后记录电流表的读数分别为I₁，I₂；那么电流表的分得的电流为I₁-I₂，所以R_x的准确电流即I-（I₁-I₂），则：

这种方法是利用还原电压法来减小所测量的电阻的实验误差。

接下来看还原电流法的具体操作，同样，开关闭合，断开，读取电压表和电流表的读数V和I；保持墨闭合，将K2闭合，改变滑动变阻器的阻值，使电流表I保持不变，然后读出两电压表示数为V₁、V₂，最后得出电流表的分得的电压为V₁-V₂，所以R的准确电压为V-（V₁-V₂），则：

改变滑动变阻器的阻值使电流表电流I（即还原的电流）不变，此时电压也保持不变，这就是操作还原电流法的步骤。通过上述电流还原法和电压还原法的操作，我们都可以达到减小实验误差的作用。

补偿法也可以在伏安法测电阻实验中达到减小实验测量误差的目的。补偿法是通过补偿电流和电压，消除电流表和电压表的内阻，从而提高被测电阻的准确性的一种方法。为了进一步减少电表内阻带来的误差，常常利用补偿法改进实验。补偿法专门针对电流表外接和内接中存在的不足，实验测得的电流和电压都是真实值，而减小因系统带来的误差。对于减小伏安法测电阻这一实验的误差方法有很多，比如：电桥法、串联电阻法、并联电阻法等等，这里不再一一阐述。

4小结

伏安法测电阻这个实验所涉及的知识面较广，对实验技能的要求也较高。我们在学习这个实验时，核心是要先明白这一实验的原理。在理解实验原理的基础之上，设计合理的电路，进行实验的测量记录。最后根据所选择的电路是内接法还是外接法，采取相应的误差分析方法，减小因为电压表和电流表对实验带来的误差。值得注意的是，实验误差不能完全消除，只能减小。