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伏安法测电阻:“内接法”与“外接法”误差分析

更新时间:作者:小小条

在学*了欧姆定律之后我们已经知道用伏安法测电阻的基本原理:R=U/I。我们用一个电压表测出电阻两端的电压,用一个电流表测出通过电阻的电流,一除就能算出电阻值。

但大家有没有想过,电表本身也是有电阻的?当它们接入电路时,会‘打扰’到我们的测量吗?今天,我们就来当一回‘电路侦探’,揭开两种接法背后的小秘密!”

伏安法测电阻:“内接法”与“外接法”误差分析

第一部分:认识两种接法

首先,我们要搞清楚什么是“内接”,什么是“外接”。这里的“内”和“外”,是相对于待测电阻Rx而言的。


通俗解释:

外接法: 电流表“抱着”电压表和电阻一起测量。它测到的电流是 通过电阻的电流 + 通过电压表的电流。

内接法: 电压表“抱着”电流表和电阻一起测量。它测到的电压是 电阻的电压 + 电流表的电压。

第二部分:侦探破案——误差从哪里来?

1. 安培表外接法(“外小精悍”——测小电阻用)

图表 1:外接法误差分析图


侦探推理:

电压表测量的是真实Rx两端的电压,这一点是准确的。但是!电流表“多管闲事”,它把流过电压表的电流也算了进去。所以,我们计算出的电阻是:R测 = U测 / I测 = U_Rx / (I_Rx + I_V)

结论:

由于 I测 > I_Rx,根据 R=U/I,分母变大了,所以 R测 就变小了。
因此,测量值 < 真实值,测量结果偏小。

数据模拟: 假设真实电阻 R_x = 10Ω,电压表内阻 R_V = 3000Ω,电路总电压为3V。

通过Rx的真实电流:I_Rx = 3V / 10Ω = 0.3A 通过电压表的电流:I_V = 3V / 3000Ω = 0.001A 电流表测量到的总电流:I测 = 0.3 + 0.001 = 0.301A 测量出的电阻:R测 = 3V / 0.301A ≈ 9.97Ω 相对误差 = (9.97-10)/10 * 100% = -0.3% (偏小)

记忆口诀: “外小精悍” → 测小电阻时用外接法,测量值精确(小)。

2. 安培表内接法(“大内高手”——测大电阻用)

图表 2:内接法误差分析图


侦探推理:

电流表测量的是真实通过Rx的电流,这一点是准确的。但是!电压表“多管闲事”,它把电流表两端的电压也测了进去。所以,我们计算出的电阻是:R测 = U测 / I测 = (U_A + U_Rx) / I_Rx = R_A + R_x

结论:

测量值 R测 = 真实值 R_x + 电流表内阻 R_A
因此,测量值 > 真实值,测量结果偏大。

数据模拟:
假设真实电阻 R_x = 500Ω,电流表内阻 R_A = 10Ω。

测量值 R测 = 500 + 10 = 510Ω

相对误差 = (510-500)/500 * 100% = 2% (偏大)

记忆口诀: “大内高手” → 测大电阻时用内接法,测量值偏高(大)。

第三部分:总结与选择策略


如何选择?—— “谁小跟谁走” 判断法

给同学们一个在考场上快速决策的方法: 粗略估计待测电阻Rx的阻值。 计算比值:Rx / R_A 和 R_V / Rx。 (R_A 和 R_V 一般题目会给出,或约为零点几欧和几千欧) 比较这两个比值: 如果 Rx / R_A > R_V / Rx,说明Rx相对于电流表内阻来说是个“大电阻”,用 内接法。 如果 Rx / R_A < R_V / Rx,说明Rx相对于电压表内阻来说是个“小电阻”,用 外接法(这也就是课本中为什么选择外接法的原因) 。

简单版: 如果拿不定主意,想想待测电阻是更接近电流表(小电阻)还是更接近电压表(大电阻)?

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