电流表内、外接法选择依据的理论分析.docVIP

电流表内、外接法选择依据的理论分析 1 内、外接法都存在误差 设电流表内阻为rA，电压表内阻为rV，用图1所示两种方法分别测量电阻时，测量值和真实值相比是大还是小? 1．1外接法存在误差 按图l(a)连接电路，即电流表外接法，电压表和待测电阻并联，因此电压表的示数就是电阻两端的电压，即 UV=UR 。电压表电阻很大，但是它还是分得了很小的一部分电流，即电流表的示数就是通过待测电阻R和电压表的电流之和，有IRIA。由欧姆定律知，测量值比真实值小。外接法测出的电阻值R1是待测电阻R和电压表内阻rV并联的阻值，即 测量的绝对误差 测量的相对误差 当R远小于rV时，得 1．2内接法存在误差 按图l(b)连接电路，即电流表内接法，电流表和待测电阻串联，因此电流表示数就是通过电阻的电流，即IA=IR 。电流表阻值虽小，但它还是分得了一部分电压，电压表示数就是待测电阻和电压表的电压之和，有URUV由欧姆定律知，测量值比真实值大。即内接法测出的电阻值R2是待测电阻R和电流表内阻rA串联的阻值，即 R2=R+rA 测量的绝对误差 ΔR2= R2-R 测量的相对误差 ? 2 内、外接法选择依据的理论推导 上文已经指出，内、外接法都存在系统误差。在实际操作中，我们应该选择误差小的接法。那么“误差小”应如何确定呢? 在物理实验中，必须遵循微小偏差原则和实验误差一般控制在5％ 以内的原则，其中微小偏差原则是指，若采用近似方法给测量带来的系统误差小于实际测量所产生的误差的1/3时，则这一近似方法是合理的，可以被实验所采用。笔者将在上述两个原则的基础上，推导出内、外接法的选择依据。 由上述两原则得，当采用内接法时 解得 ?? ??R≥60rA?? ???????????????????(4) 当采用外接法时 解得 ? 在误差允许范围内[即满足(4)、(5)式]，假设两种接法使用相同的电压表和电流表，即r V、rA相同，当El=E2时，两种接法引起的相对误差相等此时的电阻称为临界电阻RL，联立(1)、(3)，有 ? 一般而言，常有rV远大于rA，故Rg与(RaRv)^(1/2)成正比，设待测电阻的估计值为Rx ，当E2E1时，应选用内接法，此时有 当E2El时，应选用外接法，此时有 (6)、(7)式必须分别满足(4)、(5)式，即 ? (8)式是采用内、外接法测电阻时，电流表内阻rA，电压表内阻rV能否达到系统误差要求的判据. 3 结论 综上所述，可以得到以下结论： (1)在用伏安法测电阻时，如果rA、rV不满足(8)式，那么应按(8)式重新配置电压表和电流表，才能进行实验。 (2)在命制或解答有关选择内、外接法测电阻的试题时，应首先检验rA、rV是否满足(8)式，如果不满足，那么应该怀疑该试题的科学性；如果满足，则比较Rx与(RaRv)^(1/2)的大小，依据(6)、(7)式选择接法。