淺談伏安法測電阻

劉小瑜

【摘 要】“伏安法測電阻”是高中物理教學(xué)中一個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn)，它不僅包含了歐姆定律和電路連接等知識(shí)，還有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差分析的能力。學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)往往感到原理簡單易懂，但做題時(shí)常常顧此失彼，原因是對(duì)知識(shí)沒有理解透徹，對(duì)方法沒有及時(shí)整理和小結(jié)。

【關(guān)鍵詞】伏安法；測電阻；器材的選擇

“伏安法測電阻”是高中物理教學(xué)中一個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn)，它包含測定值電阻和電表內(nèi)阻，而且電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“描小燈泡的伏安特性曲線”、“測定金屬絲的電阻率”等實(shí)驗(yàn)其核心內(nèi)容仍然是伏安法測電阻。學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)往往感到原理簡單易懂，但做題時(shí)常常顧此失彼，遇到各種各樣的問題。常見的問題有：（1） 不會(huì)選擇器材及電表的量程；（2） 不會(huì)設(shè)計(jì)電路圖；（3）不會(huì)連接實(shí)物圖；（4）不會(huì)寫測電阻的表達(dá)式。本文中筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)學(xué)生的問題，主要從三個(gè)方面談一談?dòng)梅卜y定值電阻。

一、如何選擇器材及電表的量程

對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇，在進(jìn)行正確測量的前提下，一般遵循以下原則：

安全性原則：要保證所用儀器的安全，注意考慮電源的電壓、電表的量程、滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流等。

精確性原則：盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差。選擇電表時(shí)，在保證安全性的前提下，合理選擇量程務(wù)必使指針有較大偏轉(zhuǎn)（一般取滿偏的1/3-2/3左右）。一般能用小時(shí)不用大。

方便性原則：實(shí)驗(yàn)時(shí)需考慮調(diào)節(jié)方便，便于操作。如滑動(dòng)變阻器的選擇，還要考慮阻值大小對(duì)實(shí)驗(yàn)操作中是否調(diào)節(jié)方便的影響。一般能用小時(shí)不用大。

1.電表量程的選擇

（1）如果已知待測電阻的額定電壓和額定電流，根據(jù)額定值選擇表的量程。電壓表的量程近似等于待測電阻的額定電壓，電流表的量程近似等于待測電阻的額定電流。如果題目中電源的電動(dòng)勢為9V，待測電阻的額定電壓為3V，電壓表的量程一般選3V，由于電源的電動(dòng)勢比額定電壓大的多，滑動(dòng)變阻器一般用分壓式接法。

（2）額定值未知，但已知待測電阻的大約值，選擇原則為：A電壓表的量程近似等于電源的電動(dòng)勢，B電壓表的量程除以電流表的量程約等于待測電阻的阻值（主要由這一條約束）比如題目中給出兩個(gè)電源、兩個(gè)電壓表、兩個(gè)電流表，都是二選一，則電壓表的量程近似等于電源的電動(dòng)勢這一條失效，可根據(jù)第三條選擇，分別用兩個(gè)電壓表的量程除以兩個(gè)電流表的量程，得到4個(gè)電阻值，其中一個(gè)阻值約等于待測電阻的阻值，其對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表就是我們要選擇的電表。選定電壓表之后，再根據(jù)電壓表的量程近似等于電源的電動(dòng)勢這一條選擇電源。

2.滑動(dòng)變阻器的選擇

學(xué)生在做題時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到題目中給出2～3個(gè)滑動(dòng)變阻器，如何選擇呢？有兩條可供建議：

（1）如果確定該題目中滑動(dòng)變阻器采用限流式接法，則滑動(dòng)變阻器的最大電阻在待測電阻的2～6范圍內(nèi)選擇，即2Rx

（2）如果確定該題目中滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法，則一般選擇阻值最小的。

二、伏安法測電阻電路的設(shè)計(jì)

用伏安法測定值電阻設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)。根據(jù)部分電路歐姆定律Rx=U/I可知，只要測出被測電阻兩端的電壓U和流過該電阻的電流I，就可求出電阻Rx的大小。所以該實(shí)驗(yàn)的核心就是測待測電阻兩端的電壓U和通過它的電流I。

1.電流表兩種接法的選擇

（1）如果已知待測電阻、電壓表、電流表內(nèi)阻的大約值

A.阻值比較法：先將待測電阻的估計(jì)值與電壓表、電流表內(nèi)阻進(jìn)行比較，若Rx較小，宜采用電流表外接法；若Rx較大，宜采用電流表內(nèi)接法。簡單概括為“大內(nèi)偏大，小外偏小”。

B.臨界值計(jì)算法

（2）如果未知待測電阻、電壓表、電流表內(nèi)阻的大約值

實(shí)驗(yàn)試探法：按如圖所示接好電路，讓電壓表一根接線柱P先后與a、b處接觸一下，如果電壓表的示數(shù)有較大的變化，而電流表的示數(shù)變化不大，則Rx為小電阻，宜采用電流表外接法；如果電流表的示數(shù)有較大的變化，而電壓表的示數(shù)變化不大，則Rx為大電阻，宜采用電流表內(nèi)接法。

2.滑動(dòng)變阻器兩種接法選擇的原則

（1）以下三種情況滑動(dòng)變阻器必須用分壓式接法

A.負(fù)載兩端電壓變化范圍大。

B.負(fù)載兩端電壓要求從0開始變化。（如：描元件的伏安特性曲線）

C.電表量程較小而電源電動(dòng)勢較大。

（2）除了以上三種情況，根據(jù)下面的兩條選擇

三、如何有效的畫電路圖和連接實(shí)物圖

1.先畫電路圖

（1）先畫電路圖，各元件的連接方式（先串再并的連線順序），明確表的量程，畫線連接各元件，鉛筆先畫，查實(shí)無誤后，用鋼筆填，先畫主電路，正極開始按順序以單線連接方式將主電路元件依次串聯(lián)，后把并聯(lián)元件并上。

（2）注意事項(xiàng)：表的量程選對(duì)，正負(fù)極不能接錯(cuò)；導(dǎo)線應(yīng)接在接線柱上，且不能分叉；不能用鉛筆畫。

（3）用伏安法測小電珠的伏安特性曲線：測量電路用外接法，供電電路用調(diào)壓供電。

2.實(shí)物圖連線技術(shù)

無論是分壓接法還是限流接法都應(yīng)該先把伏安法部分接好；即：先接好主電路（供電電路）。

（1）對(duì)限流電路，只需用筆畫線當(dāng)作導(dǎo)線，從電源正極開始，把電源、電鍵、滑動(dòng)變阻器、伏安法四部分依次串聯(lián)起來即可（注意電表的正負(fù)接線柱和量程，滑動(dòng)變阻器應(yīng)調(diào)到阻值最大處）。

（2）對(duì)分壓電路，應(yīng)該先把電源、電鍵和滑動(dòng)變阻器的全部電阻絲三部分用導(dǎo)線連接起來，然后在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端之中任選一個(gè)接頭，比較該接頭和滑動(dòng)觸頭兩點(diǎn)的電勢高低，根據(jù)伏安法部分電表正負(fù)接線柱的情況，將伏安法部分接入該兩點(diǎn)間。

總之，在“伏安法測電阻”的教學(xué)過程中，教師應(yīng)該以教材中的基本實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)原理、器材的選擇、電路的設(shè)計(jì)等方面探究、實(shí)踐，將教材中基本實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為探究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。