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1、大連民族學院大學物理實驗教學中心作 者 鄭 建 洲 大連民族學院大學物理實驗教學中心實 驗 七 伏 安 法 測 電 阻Experiment 7 Determining resistance using the Voltmeter-ampere method Chapter 3 Fundamental physical experiment 大連民族學院大學物理實驗教學中心 電 阻 ， 英 文 名 resistance， 它 是 物 質(zhì) 的 一 種 基本 性 質(zhì) ， 是 物 質(zhì) 中 阻 礙 電 子 流 動 的 能 力 ， 與 物 質(zhì) 的 尺寸 、 材 料 、 溫 度 有 關(guān) ， 電 阻 的 主

2、要 性 質(zhì) 就 是 阻 礙 電 流流 過 . 在 電 子 產(chǎn) 品 中 所 指 的 電 阻 ， 是 指 電 阻 器 這 樣 一 種 元 件 。 電 阻 器 的 種 類通 常 分 為 三 大 類 ： 固 定 電 阻 ， 可 變 電 阻 ， 特 種 電 阻 大連民族學院大學物理實驗教學中心 在 電 子 產(chǎn) 品 中 ， 以 固 定 電 阻 應(yīng) 用 最 多 。 而 固 定 電阻 以 其 制 造 材 料 又 可 分 為 好 多 類 ， 但 常 用 、 常 見 的 有 型 碳 膜 電 阻 、 型 金 屬 膜 電 阻 、 型 線 繞 電阻 等 。 可 變 電 阻 又 稱 為 電 位 器 ，特 種 電 阻 大連

3、民族學院大學物理實驗教學中心 如 萬 用 表 法 、 數(shù) 字 歐 姆 表 法 、 電 橋 法 、 電 位 差計 法 、 伏 安 法 等 。 伏 安 法 的 優(yōu) 點 、 缺 點 ： 伏 安 法 一 般 只 用 于 通 電 回 路 中 ， 或 用 于 測 量非 線 性 電 阻 在 某 一 電 流 時 的 電 阻 值 。方 法 誤 差 ： 是 由 接 線 方 法 不 完 善 造 成 的 ；儀 表 誤 差 ： 是 由 電 壓 表 和 電 流 表 的 準 確 度 不 高 造 成 的 。電 阻 的 測 量 Determining resistance 大連民族學院大學物理實驗教學中心 【 實 驗 目 的

4、experimental purpose】 掌 握 用 伏 安 法 測 電 阻 的 原 理 和 方 法 。 學 會 正 確 選 擇 和 使 用 穩(wěn) 定 壓 電 源 、 電 流 表 、 電 壓 表 、 滑 線 變 阻 器 等 電 學 常 用 儀 器 。3 了 解 和 掌 握 減 小 這 兩 種 誤 差 的 途 徑 和 方 法 ， 并 根 據(jù) 測 量 不 確 定 度 的 要 求 合 理 選 擇 電 壓 表 和 電 流 表 的 參 數(shù) 。 大連民族學院大學物理實驗教學中心 【 實 驗 原 理 experimental principle 】1.方 法 誤 差 method error 大連民族學院大

5、學物理實驗教學中心 外 接 法 VX XII UIUR 測 XXX IUR 外 接 法 測 量 的 相 對 誤 差 ： VX XX X RR RR RRE 測外待 測 電 阻 阻 值 用 下 面 修 正 公 式 ： 式 中 為 外 接 法 測 量 時 電 壓 表 、 電 流表 的 讀 數(shù) VVXXX RUI UII UIUR 大連民族學院大學物理實驗教學中心 內(nèi) 接 法 AXX AX RRI UUIUR 測測 量 的 相 對 誤 差 ： XAX X RRR RRE 測內(nèi)待 測 電 阻 阻 值 的 修 正 公 式 ： AAX RIURRR 測 大連民族學院大學物理實驗教學中心 對 于 給 定 的

6、 待 測 電 阻 及 已 選 定 的 電 流 表 、 電壓 表 究 竟 采 用 內(nèi) 接 法 還 是 外 接 法 來 測 定 待 測 電 阻 ，可 依 據(jù) 下 面 的 內(nèi) 容 來 進 行 判 定 ：VAx RRR VAx RRR 若 內(nèi) 接 法 誤 差 小 于 外 接 法 誤 差 ；則 外 接 法 的 誤 差 小 于 內(nèi) 接 法 的 誤 差 。 若 VAX RRR 若 待 測 電 阻采 用 內(nèi) 接 法 測 量 或 外 接 法 測 量 待 測 電 阻 都 可 以 其 中 電 壓 表 的 內(nèi) 阻 和 電 流 表 的 內(nèi) 阻 由 實 驗 室 給 出 大連民族學院大學物理實驗教學中心 儀 器 誤 差 i

7、nstrument error 電 壓 表 和 電 流 表 的 最 大 允 許 誤 差 決 定 于 它 們 的 準確 度 等 級 。 若 電 壓 表 、 電 流 表 的 準 確 度 等 級 (degree of accuracy )分 別 是 aU 和 aI mU UaU %電 流 表 的 最 大 允 許 誤 差 ： 電 壓 表 的 最 大 允 許 誤 差 ： mI IaI %其 中 ， U 是 電 壓 表 的 量 限 ， 是 電 流 表 的 量 限 大連民族學院大學物理實驗教學中心 電 壓 的 不 確 定 度 和 電 流 的 不 確 定 度 分 別 取 ：mUU Uau %31 mII Ia

8、u %31此 時 的 置 信 概 率 是 0.683。aU 和 aI分 別 為 電 壓 表 、 電 流 表 的 準 確 度 等 級 ，實 驗 室 給 出 ， aU=0.5， aI=0.5。 大連民族學院大學物理實驗教學中心 用 伏 安 法 測 電 阻 ， 其 電 阻 的 不 確 定 度 ， 由 兩 個分 量 組 成 ， 一 個 是 電 壓 分 量 和 的 電 流 分 量 ，得 電 阻 的 相 對 不 確 定 度 為 :書 公 式 （ 3.7.12）22 IuUuRU IUR若 要 求 電 阻 的 相 對 不 確 定 度 0.5%, 可 證 兩 表 指 針偏 轉(zhuǎn) 量 應(yīng) 同 時 大 于 滿 度

9、的 1/2?？?見 兩 表 指 針 偏 轉(zhuǎn) 量 應(yīng) 越 接 近 滿 偏 ，電 阻 的 相 對 不 確 定 度 則 越 小 。 大連民族學院大學物理實驗教學中心 【 實 驗 儀 器 experimental device】直 流 穩(wěn) 壓 電 源 大連民族學院大學物理實驗教學中心 滑 線 變 阻 器 大連民族學院大學物理實驗教學中心 直 流 電 流 表 大連民族學院大學物理實驗教學中心 直 流 電 壓 表 大連民族學院大學物理實驗教學中心 【 實 驗 任 務(wù) experimental assignment】分 別 測 量 標 稱 值 為 20、 220及 510的 電 阻的 實 際 阻 值 ， 并

10、 要 求 測 量 結(jié) 果 的 相 對 不 確 定 度%5.0RUR 大連民族學院大學物理實驗教學中心 【 實 驗 步 驟 experimental step】1 根 據(jù) 待 測 電 阻 RX的 標 稱 值 分 別 選 擇 合 適 的 電 壓 表 、電 流 表 量 限 ， 使 Um Im與 被 測 電 阻 的 標 稱 值 接 近 。如 ： Rx =20， 選 Im=75mA、 Um=1.5V， 20075.0 5.1 mmIUIm=15mA： RA 1.7；Im=30mA： RA 0.9；Im=75mA： RA 0.4；RA與 RV值 實 驗 室 給 出 : Um=1.5V： RU 1.5k；U

11、m=3.0V： RU 3.0k；Um=7.5V ： RU 7.5k； 大連民族學院大學物理實驗教學中心 2 根 據(jù) 待 測 電 阻 的 標 稱 值 及 相 應(yīng) 的 RU、 RA值 ， 與UARR 的 數(shù) 值 比 較 ， 決 定 采 用 內(nèi) 接 法 或 外 接 法 。3 按 照 “ 走 線 合 理 、 操 作 方 便 、 易 于 觀 測 、 實 驗 安 全 ”的 原 則 布 置 儀 器 ， 并 按 圖 2接 好 線 路 （ 電 路 圖 可 自 行 設(shè)計 ） （ 穩(wěn) 壓 電 源 應(yīng) 首 先 旋 至 輸 出 較 低 位 置 ， 滑 線 變 阻器 也 應(yīng) 調(diào) 至 適 當 位 置 ） 。4 根 據(jù) 待

12、測 電 阻 的 標 稱 值 及 確 定 的 接 法 ， 把 K 2打 向左 側(cè) 或 右 側(cè) ， 用 單 次 測 量 法 依 次 分 別 測 量 各 電 阻 。 大連民族學院大學物理實驗教學中心 大連民族學院大學物理實驗教學中心 RxV mAREK K 大連民族學院大學物理實驗教學中心 U(v) I (m A) 測 量 值 Rx 修 正 值 Rx 相 對 不 確 定 度 UR/R 結(jié) 果 表 達 式 ： 測 得 的 數(shù) 據(jù) 記 入 下 列 表 格 中 。采 用 _法 ， 表 的 量 程 Vm _ ,Im _, RA _ ,RV _ %1001(/ RURR RXX說 明 ： 5組 讀 數(shù) 都 要

13、 從 表 的 半 偏 開 始 讀 數(shù) 。 最 后 一 格 按 電 流 表 、 電 壓 表 先 滿 偏 為 準 測 另 一 項 。 大連民族學院大學物理實驗教學中心 電 壓 的 不 確 定 度 和 電 流 的 不 確 定 度 分 別 取 ：mUU Uau %31 mII Iau %31aU 和 aI分 別 為 電 壓 表 、 電 流 表 的 準 確 度 等 級 ，實 驗 室 給 出 ， aU=0.5， aI=0.5。電 阻 的 相 對 不 確 定 度 為 :書 公 式 （ 3.7.12 ） 22 IuUuRU IUR 大連民族學院大學物理實驗教學中心 電 表 的 準 確 度 等 級 分 為 ：a

14、=0.1， 0.2， 0.5， 1.0， 1.5， 2.5， 5.0七 個 等 級 。電 流 表 的 準 確 度 等 級 的 定 義 ： 如 在 電 流 表 的 所 有指 示 值 I的 刻 度 上 檢 驗 它 與 客 觀 值 I0的 差 異 ， 這 個差 異 就 是 表 的 誤 差 I= I I0。 在 不 同 的 刻 度 下誤 差 不 同 。 其 中 最 大 的 誤 差 項 用 Im 表 示 （ 可 正亦 可 負 ） 。 被 校 表 的 等 級 數(shù) 為 ：100 mmI IIa其 中 ， Vm 、 Im 是 電 壓 表 、 電 流 表 的 量 限 100 mmV VVa同 理 電 壓 表 的 準 確 度 等 級 的 定 義 ： return