淺談伏安法測外阻實驗電路設計

張龍

中學物理中，直流電路的概念及計算在降低要求的情況下，在初中已有堅實的基礎，略有躍遷的是全電路及電動勢概念，但全電路體系嚴密，思路頗順，不足為慮。唯一使學生困惑的是直流電路設計，且在近幾年高考中所占比例有上升趨勢。為了使學生少走彎路，走出困惑，特對伏安法測外阻實驗電路設計發表一些看法，就教于同行。

筆者認為，伏安法測外阻實驗電路應考慮設計以下兩方面電路。

第一，伏特表、安培表的接法。常有以下兩種電路，如圖（1）（2），外接伏安法和內接伏安法。不管采用何種電路，由于電表的接入，不可避免產生系統誤差。設計怎樣的電路，才盡可能減少誤差呢？下面就圖（1）（2）應用并聯分流，串聯分壓加以分析。

圖（1）中：R測=■，R真=■，因為I>IR，所以R測

圖（2）中：R測=■，R真=■

因為U>UR，所以R測>R真，為使測量值盡量接近真值，只能盡量減小UA，據串聯分壓，只能滿足RA≤RX。以上分析表明，伏特表內阻遠大于待測電阻阻值，則應設計使用外接伏安法電路。若安培表內阻遠小于待測電阻阻值，則應設計使用內接伏安法電路。

第二，控制電路基本原件—滑動變阻器的連接。常有以下兩種連接方式，如圖（3）（4）分壓式接法和限流式接法。圖（3）分壓式接法中，AB為供電電路輸出端。接線特點是電源與滑動變阻器組成閉合電路，而被測電路與滑動變阻器的一部分電阻并聯，該接法對被測電路的電壓調節范圍在不計電源內阻情形下為：0～ε。圖（4）限流式接法中，AB為供電電路的輸出端。接線特點是電源、滑動變阻器與待測電阻三者串聯。對外供電電壓最大可調范圍為：■～ε。其中RX為待測電阻，R為滑動變阻器的總阻值，電源內阻不計。

以上分析可知，分壓接法比限流接法電壓調節范圍大，且可以從0調起。特別是當RX≥R時，限流法實際起不到調節電壓作用。至此則出現一個非常尖銳的問題，是否任何情況下，都可接成分壓電路呢？答案是否定的。因為還有一個操作方便的問題。當R≥RX時，當滑動變阻器滑動觸頭滑至與RX并聯部分電阻很大時，再滑動觸頭對并聯部分總電阻影響就極小，從而減緩對電壓的調節速度，影響實驗的正常進行。因此，在實驗中究竟將滑動變阻器如何接入電路要據實驗要求和所給器材的規格決定。若實驗明確要求電壓從0調起，只能選用分壓接法。若要求不明確，且電壓調節范圍不需太大時，兩種接法都可以。但一般情況下限流接法中要選用阻值較大的滑動變阻器，分壓接法中應選用阻值較小的滑動變阻器。以下特舉一例作說明性分析。

例：有一個小燈泡上面標有“6V，1W”字樣。現要描繪此燈的I-U圖線。下列器材可供選用：A.電壓表（0-5V，5KΩ）；B.電壓表（0-10V，10KΩ）；C.電流表（0-0.3A，5Ω）；D.電流表（0-0.6A，2Ω）；E.滑動變阻器（30Ω，2A）；F.學生電源（直流9V），還有開關、導線等。

（1）實驗中所用電壓表應選_____，電流表應選_____。

（2）設計實驗原理圖。

分析：基本思路，先選儀表，再選電路。

①小燈泡正常發光時，額定電流I=■A=0.167A；額定電壓U=6V；電阻R=■=36Ω。因此，電壓表選B，電流表選C。

②由于R≤RV（36Ω≤10KΩ），故采用外接伏安法。

③由于描繪燈泡I-U圖線，燈泡兩端電壓要從零調起且應多測幾組U、I值。因此，變阻器應接成分壓式。原理圖如圖（5）。