电阻的测量方法及原理

1、电阻的测量方法及原理一、XX法测电阻1、电路原理“XX法”就是用电压表测出电阻两端的电压 U,用电流表测出通 过电阻的电流I,再根据欧姆定律求出电阻 R= U/I的测量电阻的一 种方法。电路图如图一所示甲如果电表为理想电表,两种接法测出的电阻相等。圏一即RV=«, RA=O用图一（甲）和图一（乙）但实际测量中所用电表并非理想电表,压表的内阻并非趋近于无穷大、 电流表也有内阻，因此实验测量出的 电阻值与真实值不同，存在误差。如何分析其误差并选用合适的电路 进行测量呢?xx （甲）所示电路称电流表外接法，（乙）所示电路为电流 表内接法，则“ XX法”测电阻的误差分析和电路选择方法可总结为

2、 四个字：“大内小外”。2、误差分析（1）、电流表外接法由于电表为非理想电表，考虑电表的内阻，等效电路如图二所示， 电压表的测量值U为ab间电压，电流表的测量值 为干路电流，是 流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，故：R测二U/l = Rab=(Rv / R)= (Rv X R)/(Rv+R) < R(电阻的真实值)Ra r图三H可以看出，此时R测的系统误差主要来源于Rv的分流作用，其相对误差为 3夕卜二 R/R = (R-R 测)/R = R/(Rv+R)(2)、电流表内接法其等效电路如图三所示，电流表的测量值为流过待测电阻和电流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流

3、表两端的 电压之和，故: R测=U/l = RA+R > R此时R测的系统误差主要来源于 RA的分压作用，其相对误差为：5 内二 R/R = (R 测-R)/R = RA/R综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即”大 内"当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“小外”3、电路的选择（一）比值比较法1、“大内”：当 R >> RA 时， ，选择电流表内接法测量，误 差更小。“小外”：当 R << Rv 时， ，选择电流表外接法测量，误差更 小。2、“大内”：当 R> 时，应选择电流表内接法进行测量。 “小外”：当 R< 时，应

4、选择电流表外接法进行测量。证明：电流表内、外接法的相对误差分别为 5内二RA/R和5 外 = R/（Rv+R） ，则：（1）若 5 内<5 外 ，RA/R < R/（Rv+R） 即R2>RARv+RARRARv,R>此时，电流表内接法的相对误差小于电流表外接法的相对误差， 故实验电路应选择电流表内接法， 即“大 内”。（2）同上分析可知，当 R< 时， 5 内>5 外 ，实验电路应选择 电流表外接法，即“小外”。3、试触法 当待测电阻的阻值完全未知时， 常采用试触法， 观察电流表和电 压表的示数变化情况："大内":当 1/1> U/

5、U时，电流表的 示数的相对变化大， 说明电压表的分流作用显著， 待测电阻的阻值与电压表的内阻可以相比拟，误差主要来源于电压表，应选择电流表内 接法。 "小外":当 I/IV U/U时，电流表的示数的相对变化 小，说明电流表的分压作用显著，待测电阻的阻值与电流表的内阻可 以相比拟，误差主要来源于电流表，应选择电流表外接法。例：某同学用XX法测一个未知电阻R,用图一所示甲、乙电路各测一次，xx测得的数据是U=2.9V、l=4.0mA,xx测得的数据是3.0V、3.0mA由此可知 所示的电路测量误差小些，测得的 R为Q。分析：对电流表所测数据， 1/1=(4.0-3.0)/4.0

6、=1/4;对电压表所测数据, U/U=(3.0-2.9)/2.9=1/29 ，此时 l/l> U/U，由” 大内"有，电流表内接法的测量误差小，即乙图所示电路，测得的 R= U/I=3.0/3.0 X 10-3 Q =1.0 X 103 Q、替代法测电阻(1)电路如图Ri图七R1图八2、实验原理本实验利用闭合电路欧姆定律，当电流表示数相同时的R1值即等于待测电阻RX的阻值大小误差分析：实验中的误差主要来源于电阻箱接触电阻的存在， 一般测量电路 时选择图1所示的电路图，主要原因是，电阻箱在测量过程中不允许 流过的电流过大。三、半偏法测电阻（一）实验电路（二）实验原理:1、限流式半

7、偏法,图九为限流式半偏法（因变阻器采用的是限流接法）原理为:首先闭合K1、断开K2,调节R1使电流表满偏，再保持K1不变, R1不变，调节器节R2使电流表半偏，则此时变阻器 R2的示数即为 要测量的电流表的阻值。原因，当R1Rg时，R2的引入对于干路电流影响极小，可以 忽略不计，可认为电路 xxI=Ig 不变，所以电流表的电流与流过变阻 器的电流相同，据 xx 电路分流关系可得， R2=Rg。适用条件：本电路仅适用于测量小电阻电流表的内阻。误差分析：电路中，E、r不变，R1不变，R2的引入导致电路的总电阻略有 减小，电路中总电流略有增大，从而使得流过变阻器R2的电流比流过电流表的电流稍大些，

8、因此变阻器的电阻略小于电表内阻。 所以测 量值比真实值偏小。减小误差的方法：电路中电源电动势要大一些，从而使得变阻器R1的阻值尽可能大些。2、分压式半偏法图十为分压式半偏法（因变阻器采用的是分压式连接法）实验原理：如图闭合K1闭合K2,调节器节R1,使电压表满偏，保持R1不 变，断开K2,调节R2使电压表半偏，当RVR1时，接入R2,时可 认为分压电路部分电压不变，据 xx电路的分压特点可得，RV=R2应用条件：本电路仅适用于测量大阻值电表内电阻。误差分析：接入R2时，导致分压电路总电阻略有增大，从而使分压电路分 压略有增大，而电压表的示数仅为U/2则R2两端的电压应略大于U/2, 所以R2&

9、gt; RV即电压表的测量值略大于真实值。减小误差的方法：1、UgR1, R1越小，Ug越大误差越小2、电源电动势E大，则分压电阻越小，误差越小。四、电桥电路测电阻1、电路原理如图图十图十二2、电路原理当电路中xx电流计的示数为零时则有电阻利用此关系可进行电阻的测量，在测量时可把电路转换为如下图 所示。即把R3 R4换成一根长直均匀电阻丝，RX为待测电阻，R0为标 准电阻，R0和RX间接入一 xx电流计，滑动触头P可在电阻丝ABxx 任意移动，且接触良好，当电流表 xxI=0时测出AP BP两段电阻丝的xx，由下式Ro xiRx X2可得出Rx的阻值大小。3、误差分析：该设计电路中的误差主要决

10、定于电流表的灵敏度和电路中的接触电阻的大小。五、利用电表的非常规接法测电阻电表的非常规接法一般是指利用电流表与电阻的 xx 来测量低值 电阻，或是电压表与电阻的 xx 来测量高值电阻。此种接法在近几年 的高考中经常出现，应引起重视。电路如图1、 电流表的非常规接法即利用已知阻值的电流表与待测电阻 xx 来测量电阻此种接法实质是 xx 法测电阻：但在测量时要求知道电表的内阻图 1xx 电路 xx 要求知道电流表 A1 的内阻；图 2xx 电路 xx 要求知道两只电流表的内阻；适用范围：在测量电路中由于电流表的内阻一般较小， 故本电路一般仅适用于测量低值电值。2、电压表的非常规接法即利用已知阻值的

11、电压表与待测电阻 XX来测量电阻电路如图：图1xx式xxR1电压表U1的内阻图1xx式xxR1、R2为电压表U1、U2的内阻该设计电路中由于电压表一般内阻较大， 故本电路一般用于测量高阻值电阻阻值。六、利用xx原理测电阻1、 xx原理电路图:2、原理：利用闭合电路欧姆定律。ERoRiRgr Rx(1)首先将红黑表笔短接，调节R1使电流表满偏I=Ig，R0R1Rg r令 R 内二R0+R1+Rg+ r保持R1不变，接入待测电阻RX则每一个RX对应于一个电流值I，即ER内Rx利用I与Ig的比值关系可得出表盘上每一刻度所对应的电阻值，即为改装后的xx。其中当I=Ig时RX=R即中值电阻等于内阻。对于

12、 xx在测量电阻时待测 电阻阻值在中值电阻附近时测量值较准确， 误差较小，所以一般要求 在测量时，阻值在中值电阻附近，可通过换档调零来调节。3、误差分析：xx引入的误差主要在于两点：i.由于电池用久以后会导致电源的电动势下降，而内阻增大,导致中值电阻阻值增大，不能调零，从而导致测量值大于 真实值。ii.由于表盘的刻度不均匀，读数误差大，只能用于粗略地测量电阻的阻值。二、控制电路分析一般在高中物理电学实验中控制电路有两种：变阻器的限流式 接法、变阻器的分压式接法对变阻器的两种接法分析如下：（一） 变阻器的限流式接法1、电路如图十八Rx1 /*-RL-1 1图十八2、电路分析：在限流式电路中当变阻

13、器阻值 R比待测电阻Rx大得多时,变阻器对电路的控制作用明显。待测电阻 Rx两端的电压范围为RxURxR电流范围为：I UUIR Rx Rx电路特点：由于电路中变阻器的阻值较大，所以在同等条件 下电路中的总电流较小，电路发热较小，功率损耗较小。电路设计选用要求：电流小，功耗小或给出条件 R>RX时选且R越大其限流作用越明显（二）变阻器的分压连接法1、电路如图十九2、电路分析在限流式电路中当变阻器阻值 R比待测电阻Rx小得越多时,变阻器对电路的控制作用越明显。待测电阻Rx两端的电压范围为U =0 > U通过待测电阻的电流范围为:I =0 >URX电路特点：RvRX时选择且R比R

14、X小得越多，其分压作用越明显, RX两端的电压越接近于线性变化。电路中电压的调节范围较大且连续可调，由于电路中的总电阻较小，电路中通过的电流相对较大， 电路功率消耗较大，发热较多。电路设计选用要求：当电路仪器，电表等的最大量程不够时电路中要求电压范围大且连续可调时R<RX时选择小得多时，必须选择分压式三、电学实验设计：电器元件的选择和实验电路的选择与连接一、电阻的测量方法3、测量电阻的基本方法：(1)伏安法测电阻:(2)等效替代法:(3) 半偏法：(4) 电桥电路法:厂A、电流表外接法L B、电流表内接法CD比值比较法试触法A、限流式半偏：测小电阻电表内阻B、分压式半偏：测大电阻电表内阻

15、(5)欧姆表原理测电阻:(6)电表的非常规接法测电阻:A、电流表的并联连接B、电压表的串联连接、控制电路原理与分析及选用条件1、限流式连接法：特点：R>RX时选且R越大其限流作用越明显电路中通过的电流较小，电源的功率较小，电路中功率损 耗较小，节能选用要求：电流小，功耗小R>RX时选且R越大其限流作用越明显2、 分压式连接法：特点：R<RX时选择且R比RX小得越多，其分压作用 越明显，RX两端的电压越接近于线性变化。电路中电压的调节范围较大且连续可调,由于电路中的总电阻较小，电路中通过的电流相对较大， 电路功率消耗较大，发热较多。选用要求：当电路仪器， 电表等的最大量程比电源

16、电动势小得多 时电路中要求电压范围大且由 0 开始连续可调时R<RX 时选择，当小得多时，必须选择分压式三、 电学仪器元件的选择原则与实验设计方法：（1）xx 原则：如通过电源和内阻和电流不能超过基允许 的最大值；电路中电器元件上的电流、电压、电功率不能超过 额定值，电表的量程等（2）精确性原则：在实验条件和所给的电路元件中选择满 足实验要求的器材， 使实验原理更完善， 实验过程尽可能简单， 误差尽可能小结果尽可能精确。如：电表的偏转要求，导体对 温度的要求，电表内阻的影响等：（3）可操作性：指操作要方便简单，读数准确误差小，数据处理简便。可对于滑动变阻器在电路中的应用。此外：在实际的电

17、路设计中考虑电路尽可能简单， 所需要 电路元件少，消耗的电能要少等因素。注：以上只是电学实验设计中的一些基本原则， 在实际的 实验设计中应充分理解题意， 根据实际需要， 在原则允许的条 件下来进行仪器的选择与电路的设计、连接。例3、欲用xx法测定一段阻值约为5Q左右的金属导线的电阻，要求测量结果尽量准确，现备有以下器材：A、电池组（3V,内阻1Q ）B、电流表（0,内阻0。0125Q）C、电流表（00。，内阻0。125Q ）D、电压表（03V,内阻3KQ ）E、 电压表（0 15V,内阻15KQ）F、滑动变阻器（020 Q，额定电流）G、 滑动变阻器（02000Q，额定电流0。）H、开关，导线

18、若干；1）上述实验器材中应选用的是：2）试画出实验电路，并连接实物图分析：由题分析可知，本题是用 xx 法测电阻，待测电阻阻值为 5Q，电源只有A必选，故电压表只能选D,而电流范围在00。之 间，故电流表只能选用C,再依据xx法测电阻的比值比较原则可得 只能选用电流表外接法。而变阻器最小为 20 Q比待测电阻大，从实 际看一般选用限流式控制电路。答案：A C、DE、H测量电路：如右图所示例4:要用xx法来测定一个阻值在25kQ左右的电阻Rx的较准 确的阻值，备用的器材如表格所示。器材代号规格宜流电流表為0-100M内阻为脸。Aa0-500M 内阻为直鹹电压義Vi0-10V 内忸为100vaQJQV 内恫为500k直流稳压电 源u输出电压1.5V额定电 流1貞滑动变阻器RCM R0额定功率1W电樓K将合实验要求符合尖脸要求为了要使测量的结果达到较高的准确度，则（1）测量电路应选择（填xx表内接法或xx表外接法）（2）控制电路应采用（填限流电路或分压电路）（3） 电流表应选用（填代号）电压表应选用（填代号）（4）画出实验电路