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教科成果
测量电阻时限法式 分压式电路究竟如何选
作  者:劉新春
成果項目:论文《测量电阻时限流式 分压式电路究竟如何选》在《中学生导报 教学研究》上发表
頒獎單位/發表途徑:《中学生导报 教学研究》2019.4第9期
榮譽級別:省級及以上
發表日期:2019年04月
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測量電阻時限法式、分壓式電路究竟如何選
劉新春
(大发快三   湖北 荆州 434000)
摘要:通過幾何畫板定量計算,得出測量電阻時,根據待測電阻與可變電阻的關系,確定選擇限法式電路和分壓式電路的依據。
關鍵詞:測量;電阻;限法式;分壓式
用伏安法測量導體的電阻是高中物理中的重要實驗,其中控制電路的選擇是難點。關于伏安法測量導體的電阻實驗中控制電路的選擇依據,在高中物理界至今還沒有形成共識。本文將在其它條件能很好滿足的前提下,應用幾何畫板定量分析限流式電路和分壓式電路的輸出電壓,得出兩種電路中負載電阻與可變電阻的大小關系對輸出電壓的影響,從而找出伏安法測量導體的電阻實驗中控制電路的選擇依據。
    在如圖1所示的限流式電路和如圖2所示的分壓式電路中,電壓表的量程爲3V,電流表與電壓表均爲理想表,匹配較好。電源電動勢爲E,內阻不計。可變電阻的最大電阻爲,允許通過的最大電流滿足實驗要求。接入電路中的電阻爲。
限流式電路中電壓表的示數







分壓式電路中電壓表的示數
取V,1VV,分別取,由幾何畫板畫出與的關系圖象,在電壓表的有效測量範圍1V到3V內取0.5V爲一個計數點,並度量出A、B、C、D、E五個坐標值,如圖3、4、5、6、7、8所示。

                 圖3(限流,)


                  圖4(分壓,)
在限流式电路中,总阻值变化为 4.97-1.00=3.97,最小阻值变化1.40-1.00=0.4。,这个阻值变化几乎不可能调节完成。
在分压式电路中,总阻值变化为 9.10-5.73=3.37,最小阻值变化9.10-8.75=0.35。,这个阻值变化更不可能调节完成。
由上述對比分析可知,當待測電阻爲可變電阻的十分之一時,限流式和分壓式均不合適,相對而言限流式好一點。
總結爲表一,
表一、
電路                    結論
限流式     3.97     0.4     4     都不合適
限流式相對較好
分壓式     3.37     0.35     3.5     
   
     同樣分析得出表二

                        圖5(限流,)

                  圖6(分壓,)

                             图7(限流,)
                    圖8(分壓,)
表二、V
     電路                    結論
2     限流式     8.00     0.80     8     限流式較好
     分壓式     4.81     0.60     6     
3     限流式                    限流式電壓範圍較小
分壓式較好
     分壓式     5.6     0.78     7.8     

由上述對比分析可知,當左右時,限流較好。太小如以下都不合適,大于只能用分壓式電路。
下面再來分析當V時,即電壓表的量程與電源電動勢相等的情況。爲節省篇幅,與的關系圖像只選幾個典型。

                                圖9(限流,)
   
                    圖10(分壓,)


                             图11(限流,)

                  圖12(分壓,)


                             图13(限流,)


                   圖14(分壓,)

表四、V
     電路                    結論
1     限流式     2.00     0.20     2     都不合適
     分壓式     1.82     0.18     1.8     
2     限流式     4.02     0.40     4     都不合適
限流式相對較好
     分壓式     3.16     0.37     3.7     
3     限流式     6.00     0.60     6     限流式較好
     分壓式     4.06     0.45     4.5     
4     限流式     8.00     0.80     8     限流式較好
     分壓式     4.61     0.57     5.7     
5     限流式     10.00     1.00     10     限流式很好
     分壓式     4.99     0.67     6.7     

由圖11和圖13可知,當R大于後,限流式電路測量電壓範圍會變小,且R越大(相對),越不能選用限流式電路。從圖12、14可知,當大于時,應選用分壓式電路,且越大(相對)越要選用分壓式電路。
由上述對比定量分析可知,在伏安法測量導體的電阻實驗中,在其它條件都能很好滿足的前提下,僅從電壓和電流的測量範圍以及電阻的調節是否方便上看:在待測電阻遠小于可變電阻時,限流式電路和分壓式電路均不合適;當待測電阻小于可變電阻時,在電壓表量程和電源電動勢一定的情況下,某個電阻值r附近用限流式電路明顯優于分壓式電路,而這個電阻值r還與電表量程和電源電動勢的關系有關;在待測電阻略小于或大于等于可變電阻時,應選用分壓式電路。
鑒于對高中生的要求,建議題目在分壓式電路與限流式電路的選擇上給出明顯的條件,如要求電流從零開始調節,被測電阻與可變電阻相差不多或大于可變電阻都應選用分壓式電路;當被測電阻小于可變電阻時,在不要求從零開始測量的情況下,分壓式電路或限流式電路均可。教師在設計題目時,應盡量回避被測電阻遠小于可變電阻的情況,以免出現科學性錯誤。