電流表內(nèi)外接法的選擇

由于高中學(xué)生在做用伏安法測電阻的實驗時，對于電流表的接法不知道怎么選擇誤差更小，所以本文將對兩種接法以及接法的選擇進(jìn)行闡述。電流表接法的選擇問題不僅出現(xiàn)在本實驗中，而且其他的一些電學(xué)實驗也會遇到，例如《測定金屬絲的電阻率》，《描繪小燈泡的伏安特性曲線》等等。

伏安法是利用電壓表、電流表測電阻的一種方法，其原理是根據(jù)電阻的定義式： 。在使用伏安法時，由于實際電壓表和電流表都不是理想電表，有一定的內(nèi)阻，在電路中用它們?nèi)y量時，不能同時得到待測電阻兩端電壓和待測電阻中電流的真實值。

由此可見，不管采用哪一種接法，都會因為系統(tǒng)誤差而使測量值不準(zhǔn)確，為了減小系統(tǒng)誤差，使電阻的測量值更接近真實值，下面談一談具體在實驗時如何選擇誤差更小的接法。當(dāng)R<< RV時，采用外接法誤差更小，理由是電壓表的分流作用不明顯，電流表測量的電流更接近待測電阻上通過的真實電流。當(dāng)R>>RA時，采用內(nèi)接法誤差更小，原因是電流表的分壓作用不明顯，電壓表測量的電壓更接近待測電阻兩端的真實電壓。若R、RA、RV的大小大致可以估計，但不能確定R<< RV還是R>>RA時，我們可以比較它們的相對大小，即比較 和 的大小關(guān)系。當(dāng) 時，說明R>>RA，所以電流表內(nèi)接法誤差更小當(dāng) 時，說明R<< RV，所以電流表外接法誤差更小當(dāng)二者相等時，即 = ，可求出 我們把這個R值叫做臨界電阻，記為R0，即把電流表分別內(nèi)、外接，如果電流表示數(shù)變化明顯，說明電壓表分流對電路影響大，應(yīng)采用內(nèi)接法；如果電壓表示數(shù)變化明顯，說明電流表的分壓作用對電路影響大，應(yīng)采用外接法；在“測定金屬絲電阻率”的實驗中，如果一段金屬絲的電阻大約為1 ，實驗室提供的電流表內(nèi)阻約為0.1 ，電壓表的內(nèi)阻約為3000 ，則電流表采用 （填“內(nèi)”或“外”）接法。解析：此題由于待測電阻阻值，電流表、電壓表的內(nèi)阻的大概值都是已知的，首先考慮直接比較法，我們發(fā)現(xiàn)待測電阻阻值更接近電流表內(nèi)阻，若采用內(nèi)接法，電流表分壓作用很明顯，因此采用外接法就能減小這一較大誤差，所以此題采用電流表外接法。有一個小燈泡上標(biāo)有“6V 0.2A”字樣，現(xiàn)在要測量該燈泡的伏安特性曲線，提供的器材中，電流表量程為0-0.3A，內(nèi)阻為約0.2 ，電壓表量程為0-3V，內(nèi)阻約為2000 ，則電流表采用 （填“內(nèi)”或“外”）接法。解析：此題由于待測電阻阻值，電流表、電壓表的內(nèi)阻的大概值都是已知的（經(jīng)過計算可知燈泡電阻為30 ），如果采用直接比較法，并不能看出小燈泡電阻更接近哪個電表內(nèi)阻，所以考慮用臨界值法，先計算臨界電阻為20 ，再用待測電阻和臨界電阻相比較，我們發(fā)現(xiàn)待測電阻大于臨界電阻，電壓表的分流作用比較明顯，因此采用內(nèi)接法就能減小這一較大誤差，所以此題采用電流表內(nèi)接法。一個未知阻值的電阻，無法估計其電阻值，某同學(xué)用伏安法測其阻值，用電流表外接法測量時兩電表讀數(shù)分別為2.9V和0.04A，用電流表內(nèi)接法測量時兩電表讀數(shù)分別為3.0V和0.03A，用哪一種接法誤差較小？該電阻的測量值為多少？解析：此題由于待測電阻，兩電表內(nèi)阻都不知道，所以利用試觸法分別測量了兩組電壓、電流值，先計算分析看哪個電表示數(shù)變化更明顯，就能知道哪個電表內(nèi)阻的影響較大，從而對接法做出選擇，但是由于電壓和電流是兩個完全不同的物理量，直接比較沒有可比性，所以為了分析哪個電表示數(shù)變化明顯，我們采用這樣的方法，比較兩個電表示數(shù)變化量的相對大小，即比較 和 的大小，如果前者大，說明電壓表示數(shù)變化更明顯，這是電流表分壓太多導(dǎo)致的，因此這種情況下采用外接法誤差會更小；而如果后者大，說明電流表的示數(shù)變化更明顯，這是電壓表的分流太多導(dǎo)致的，因此這種情況下采用內(nèi)接法誤差會更小；如果兩者一樣大，說明兩種接法誤差也一樣大，因此兩種接法都行。本題采用試觸法來解決，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化更明顯，因此采用電流表內(nèi)接法，所以待測電阻的測量值要根據(jù)內(nèi)接時的數(shù)據(jù)來計算，所以待測電阻的測量值為100 。（單位：陜西省寶雞市麟游縣中學(xué)）