大学物理实验伏安法测电阻的研究

物理仿真实验报告实验名称伏安法测电阻的研究学院专业组别学号姓名实验时间摘要：本文对大学物理仿真实验——伏安法测电阻的研究。电阻测量的基本方法是伏安法,而从伏安法出发，根据不同的实验条件和测量仪器，设计出了很多测电阻的实验电路。本文运用伏安法测电阻主要使用了电流表内接法和电流表外接法。关键词：伏安法测电阻法，电表的内外接法，扩展性，准确性，方便性。实验仪器：不同型号的电阻，电流表，电压表，电流，开关，导线若干。引言：电阻是指物质中阻碍电子流动的能力属于物质的一种基本属性，与物质的尺寸、材料、温度有关。伏安法测电阻通过同时测出流经电阻两端的电流和该电阻两端的电压，再根据欧姆定律计算求得电阻。伏安法测电阻主要有外接法和内接法，本文对其两种接法进行对比分析实验，并通过Origin软件进行数据处理，得出了在不同误差要求和不同的实验条件选择合理的实验方案进行测量。本文探讨了在仿真实验平台上用伏安法测量电阻的准确性。实验原理测量出通过电阻R的电流I和电阻R两端的电压U，根据下式欧姆定律计算R但值得注意的是，根据一段电路电阻的定义：电路两端的电压与电流强度的比值定义为这段电路的电阻，电路中的若干电阻可以串联、并联，还可以是混联，表达式为：R=u（1）电流表的内接法电流表和待测电阻在电压表测量端之内，称为电流表的内接法。此时有：或（2）测量值比待测电阻实际值增大了，由此带来的相对误差：（3）（2）电流表的外接法电流表接在电压表测量端之外，称为电流表的外接法。由于电压表的分流作用，电流表的读数为：即（4）测量值比待测电阻实际值减小了，由此带来的相对误差：（5）由上述可知，无论采用内接还是外接，都会产生误差，但只要选择适当的测量方法，就能减小误差，对于系统误差，只要知道电表的内阻和，有（3）和（5）式，便可对测量结果加以修正。测量方法内接法RI≈0；RX≈∞适合测大电阻仿真实验电路图如下所外接法RX>>RI;R≈RX；I=IX+IV;RV≈∞适合测小电阻仿真实验电路图如下所示实验步骤（1）、将电源、开关、滑动变阻器、电流表、电压表、待测电阻用导线连好，连接时开关断开，滑片滑到阻值最大端；

（2）、检查无误后，闭合开关，移动滑片，读出电流表、电压表示数，R=U/I。

（3）、将一个已知电阻与待测电阻串联在电路中，将电压表并联在已知电阻两端，读出示数为U1，在将电压表改接在待测电阻两端，读出示数为U2，则待测电阻为（U2/U1）*R

（4）、将待测电阻和一个已知电阻分别于一个开关串联后再并联，电流表在干路，闭合与已知电阻串联的开关，读出示数I1，算出电源电压U，断开与已知电阻串联的开关，闭合与待测电阻串联的开关，读出示数I2，则电阻为U/I2。

（5）、按照电路图连接电路，调节滑动变阻器r，使电路中的电阻较大；接通开关s，读出电流表i和电压表的示数u；根据测量的电压、电流值算出Rx=u/i的阻值。测量

（1）电流表内阻（）待测电阻（3000）U（V）I(A）R测（）相对误差E1100.003

29312.3%2200.0073300.0104400.0135500.018电流表内阻（50），待测电阻（3000）U（V）I(A）R测（）相对误差E1100.00331123.7%

2200.0073300.0104400.0135500.016

电流表内阻（100），待测电阻（3000）U（V）I(A）R测（）相对误差E1100.00329312.3%2200.0063300.0104400.0135500.017

2电流表外接法(1)电压表内阻（10000），待测电阻（100）U（V）I(A）R测（）相对误差E14.980.0599.5

0.50%29.950.10314.930.15419.900.20524.880.25

（2）电压表内阻（30000），待测电阻（100）U（V）I(A）R测（）相对误差E14.990.0599.860.14%29.980.10314.980.15419.970.20524.960.25

(3)电压表内阻（40000），待测电阻（100）U（V）I(A）R测（）相对误差E14.990.05

99.740.26%29.980.10314.970.15419.950.20524.940.25误差分析电流表内接法误差分析因为RX=UI，U的测量值比真实值偏大，I的测量值与真实值相等，所以RX误差来源：电流表分压。RX越大，则电流表分压比例越少，误差越小，所以该电路适合测量大电阻，即：RX>>R电流表的情况。在内接法中如果知道电流表内阻，可消除由电流表内阻引起的系统误差。电流表外接法误差分析因为RX=UI，U的测量值与真实值相等，I的测量值比真实值偏大，所以RX误差来源：电压表分流。RX越小，则电压表分流比例越少，误差越小，所以该电路适合测量小电阻，即：RX<<R电压表的情况。在外接法中，如果知道电压表内阻，可消除由电压表内阻引起的系统误差。结论本实验采用国外仿真模拟平台进行实验结论：由于仿真模拟时电压表无内阻，所以内接法测量比较准确。外接法由于受到电流表模拟内阻的影响，内阻越小，实验结果越精确。分析数据可以看出大电阻采用内接法时，最终拟合出来的Rx比较接近于真实值，而小电阻采用外接法，最终拟合出来的Rx的值比较接近于真实值。实验反思在真实实验室里面，我们无法知道电流表和电压表的阻值，只能把他们看成是理想电表，电流表的内阻为零，电压表的内阻为无穷大，而我们都知道，每一个用电器在使用的过程中都是存在一定内阻的，这是不可避免的，所以在真实实验室里面我们做出来的结论误差比较大。但在仿真实验室中，我们可以按照我们想要的阻值自己设定，可以更好的探究出每一种情况下，测出来的阻值与真实值之间的关系，探究出大电阻用内接法，小电阻用外接法，测出的值更准确这一个结论。真实实验室里面，对我们接线要求很高，很多时候，线路会出现很多故障，检测起来会很困难，但在仿真实验室里面，接线故障的出现几乎可以避免，这便使得实验更加的简单，方便，更受学生的喜爱。对于大电阻的测量，宜用电流表内接法。由于电流表的内阻存在会对测量结果产生影响(测量结果比实际