中学物理实验中用电压伏安法测电阻的精确度研究论文综述

本科学生毕业论文（设计）文献综述题目中学物理实验中用电压补偿法提高伏安法测电阻的精确度研究2013年3月12日中学物理实验中用电压补偿法提高伏安法测电阻的精确度研究文献综述摘要：伏安法测电阻是中学物理实验中重要的测量电阻方式，由于物理思路清晰，方法简单，所以。但也有系统误差的产生，对于系统误差的产生进行分析，利用电压补偿法对伏安法测电阻的内接法和外接法进行修正，得以减小误差。对于科学研究来讲，实验能够做到科学性，并且能够得到精确的数字是最理想的。这电压补偿法的实验难度有所提高，这如何选用电表和实验链接方法也具有研究性，补偿法的精确测量可以应用于工业生产和实验室科研工作。关键词：伏安法测电阻；电压补偿法；系统误差；（一）研究现状：电阻测量的最基本方法是伏安法，其基本原理是部分电路的欧姆定律，即用伏特表测出电阻两端的电压，用安培表测出流过电阻的电流，根据R=U/I测算出电阻。但由于实际伏特表的电阻不可能是无穷大，实际的安培表的电阻不可能等于零，故无论采用安培表的内接法或者外接法，都存在测量的系统误差，只是在不同的情况下选择安培表的内、外接法能减少相对误差而已。那么能否用伏安法准确测出待测电阻的阻值呢？为此必须首先搞清安培表内外接法测电阻的误差原因在哪里，然后用电压补偿法进行改造。（二）主要参考文献：在《普通物理实验2电磁学部分（第四版）》中，对伏安法测电阻的实验原理和误差分析做出解释。[5]伏安法测电阻内接法和误差分析：电路：如图1。结果：测量值偏大，即R测〈R。定性解释：电流表内接时，电流表的读数与R中的电流相等。但由于电流表的内阻RA≠0，而具有分压作用，使电压表读数大于R两端电压，因此，由R测=U/I算得的电阻偏大。定量分析：因为电压表所量得的是R和RA的串联电压，所以测得值因此，在待测电阻R》RA时(这时电流表的分压很小)，内接法误差小。外接法（电路：如图2）。结果：测量值偏小，即R测〈R。定性解释：电压表的读数与R两端电压相等。但由于电压表内阻RV≠∞，而具有分流作用，使得电流表的读数大于流过R的电流，因此由R测=U/I算得的电阻值偏小。定量分析：因为电流表量得的是通过R和RV的总电流，所以测得值是R和RV的并联等效电阻。因此，在待测电阻R《RV(这时电压表分流很小)时，外接法误差小。分析主要误差是系统误差产生的。在《实验的数据处理》中有对系统误差的分析：1、系统误差对测量结果的影响；2、系统误差的表示和确定；3、系统误差的发现和检验；4、系统误差的限制和消除；[8]在《物理学实验与指导》中有分析：1、系统误差的产生与修正；2、电表量程的选择对测量结果的影响；[1]在《大学物理实验教程》中有对实验线路的比较与选择和电源的使用规则电源使用规则：（1）根据实验线路和具体设备，在接线前首先估计电路中可能出现电流和电压的大小，初步判断所用电表和其他实验器件的规格是否适用。在把握不大情况下，尽可能先用大量程，最后根据实验情况改用适当的量程。（2）使用直流电源时，注意正负极性，按回路连接法连接。（3）在接线过程中，输出电压必须逆时针旋至最小。（4）使用电源要严防短路，短路就是电路电阻极小，致电流极大，使电路烧毁、电源损坏。[2]在《大学物理实验》中有对直流电压表、直流电流表和滑线变阻器的介绍；电表量程的选择做解释；[3]补偿法:定义：采用一个可以变化的附加能量装置，用以补偿实验中某部分能量损失或能量交换，使得实验条件满足或接近理想状态。电压补偿原理：由稳压电源E1和滑线变一阻器R。组成一个分压电路，所分得的电压用电压表V测出。由稳压电源E2、待测电阻Rx二和电流表A组成一闭合回路，当Rx两端电压与分压器分得的电压相等时，检流计G指零。此时电路达到补偿.电压表示数就等于Rx二两端电压。此时的电压表既能测出Rx二两端的电压，又不从E2k2ARx回路中分得电流。所以此时的电压表相当于内阻为无穷大的电压表。而电流表测出的电流就是通过Rx的电流。这样很容易由欧姆定律的公式求出Rx之值。[6]内接法的电压补偿法改装电路图外接法的电压补偿法改装电路图；[7](三)结论伏安法测量电阻时，误差主要是电流表和电压表的内阻带来的系统误差.另外其被测电阻所流过的电流是由电源电压所决定的，在测量中，电压表的最小量程为3V,一般情况电表读数在量程的2/3至满量程的范围内，读数误差最小，但考虑在2V-3V时，流过电阻的电流过大，流过电阻的电流过大使电阻发热，阻值会增加，所以实验中电压最大只取1V.而应用补偿法测量电阻，被测电阻所流过的电流是可以控制的，被测电阻虽仍有微量电流流过，但0.5mA或更微小的电流流过被测电阻所造成的影响是完全可以忽略的.由此可见，利用补偿法测电阻，既能够避免伏安法测电阻时由于电表内阻引入的误差，又可以避免电桥法测电阻时由于比率臂电阻不精确引入的误差，不失为一种精确测量电阻的方法.参考文献[1]陈曙.物理学实验与指导[M](第二版).北京：中国医药科技出版社，2009[2]崔玉广，隋成玉.大学物理实验教程[M].大连：大连理工大学出版社，2012[3]吴建忠，舒象喜等.大学物理实验[M].成都：西南交通大学出版社，2010[4]陶淑芬，李锐等.普通物理实验[M].北京：北京师范大学出版社，2010[5]杨述武，赵立竹等.普通物理实验2电磁学部分[M](第四版).北京：高等教育出版社，2007[6]沙振舜，周进等.当代物理实验手册[M].南京：南京大学出版社，2012[7]蔡燃，陈清梅.伏安法测电阻的电压补偿法研究[D].北京：首都师范大学，2009[8]李耀清.实验的数据处理[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2003