内接法和外接法的选择
在伏安法测电阻的实验中,什么时候选择电流表的外接法,什么时候选择电流表的内接法?
选择的根本原则:对于同一个电阻,哪一种接法的相对误差小就选哪一种
故要通过计算相对误差来进行选择,因为每次做题时不可能都进行相对误差的计算,故需要总结简单的规律,下次有需要时直接用这个规律进行解题。 一. 误差的产生原因
无论是用外接法还是用内接法,所测得的R 测都会与R 真之间存在误差,即是:无论用哪一种接法,R 测≠R 真
用外接法时,电压表的示数就是待测电阻两端的电压,但电压表有电流流过(大小设为I V ),即电流表的示数是流过电压表和R 的总电流,并不是流过待测电阻的真实电流,根据R =
U U
,得R
测=,I I R +I V
而R 真=
U I R
故用外接法时,测得的电阻值会比实际的电阻值小
同理,用内接法时,电压表测得的电压会比待测电阻两端的电压大,故用此法测得的电阻值会比实际的电阻值大 二.可用粗略的方法来判断用内接法还是外接法
根据上面的误差产生原因的分析可知,用外接法时误差的产生原因是电压表有电流流过,但当流过电压表的电流很小很小时,这种误差是可以直接忽略的,也就是说流过电压表的电流很小很小的时候,这种情况下应该选用外接法?那么什么情况下电压表的电流很小到可以忽略?
首先“很小”时相对流过待测电阻的电流而言的,因为电压表和电阻是并联的,由并联电路的电流规律可知,当R V >>R 的时候(小
电阻情况),绝大部分的电流都是流过R 的,也就是说流过电压表
的电流小到可以忽略,此时应用外接法
反之,如果R 和R V 相差不大(大电阻情况),电流表分别内接和外接时的差别就会比较大,比如:假如R V
电流表=R ,
外接时的示数是2A 的话,内接时的电流就只有1A ,相对误差高达50%,这时候只能选择内接。
上面介绍的这种判断方法都是以待测电阻R 的大小作为参考的,当R 远远小于R V 的的时候就用外接(当R 为小电阻时),当R 和R V 相差不大的时候就用内接(当R 为大电阻时),
但R 多大才算大,多少才算小,是以当R >说到
R A R V R A R V
R A R V
作为对比参考的,
时,此时的R 才算是“R 和R V 相差不大”,以下会是怎么得出来的
三.相对误差计算及规律归纳
相对误差计算公式:
(1)外接法:
|示值-真实值||R 测-R 真|
=
真实值R 真
R 测=
R V R 真U V 11
===
I V 11I R I V +I R R V +R 真
++
R V R 真U V U V
相对误差=
(2)内接法
R 测=
|R 测-R 真|
R 真
|=
R V R 真R V +R 真
R 真
-R 真|
=
R 真R 真+R V
U V U R +U A
==R 真+R A I A I A
相对误差=
|R 测-R 真|
R 真
=
R A
R 真
令两种接法的相对误差相等,则有:
R 真R 真+R V
=
R A 2
⇒R 真=R A R V +R A R 真≈R A R V R 真
(真实情况下由于R A 的值很小,而且R 真也不会很大,所以R A R 真的大小可以忽略)
则有,当R >
R
R A R V
时,用外接法(大电阻用外接法),当
R A R V
时用内接法,R =时两法皆可
四.用试触法确定用内接还是外接
方法说明:以上的判断方法都是以知道R V ,R ,R A 的大小为基础的,但如果不知道以上的参数时如何判断?判断的原理还是根据误差的大小来进行判断
如下题:
有一未知的电阻Rx ,为较准确的测出其阻值,先后用如图3(a )、(b )两种电路进行测试,利用(a )测的数据为“2.7V 、5.0mA ”,利用(b )测的数据为“2.8V 、4.0mA ”, 那么,该电阻测的较准确的数值及它比真实值偏大或偏小的情况是( ) A. 560,偏大B. 560,偏小C. 700,偏小D. 700,偏大
解题:由题目可知,分别用两种方法测量时,得到的电压和电流的值都不一样,这时候就需要计算电压和电流谁的变化大了,即是比较
ΔIΔU
和的大小,若前者大时,则说I U
明电压表的分流是比较多的(R 和R V 相差不是很大,属于大电阻情况),这时候只能用内接,若
ΔU
比较大,则说明R 和R A 是相近的(或者说R 和R A 一样是小电阻),所以U
才会造成电流表的分压比较多的情况,此时为了准确测量R 的电阻值,就不能用内接了。 在本题中,通过计算或者口算可以知道电流的变化率比较大(误差大),所以说明这个电阻可以定义为“大电阻”,用内接法,故用(b )测得的数据,算得R =700Ω,用内接法因为所得到的U 比电阻实际两端的电压大,故测量的结果偏大,选D
三. 利用试触法确定内、外接法 当RRRxVA 、、大小都不知道时,可用试触法确定内、外接法。如下图所示的电路,空出电压表的一个接线头,用该接线头分别试触M 、N 两点,观察两电表的示数变化情况, 如果 IIU U
,说明电压表内阻带来的影响大,即电阻跟电压表的电阻相差较小,属于“大电阻”,应采用内接法,如果 UUI I
,说明电流表内阻带来的影响大,即电阻跟电流表的电阻相差较小,属于“小电阻”应采用外接法。
四. 应用举例
例:有一未知的电阻Rx ,为较准确的测出其阻值,先后用如图3(a )、(b )两种电路进行测试,利用(a )测的数据为“2.7V 、5.0mA ”,利用(b )测的数据为“2.8V 、4.0mA ”, 那么,该电阻测的较准确的数值及它比真实值偏大或偏小的情况是( )
A. 560 ,偏大; B. 560 ,偏小; C. 700 ,偏小;
D. 700 ,偏大。 解析:比较(a )、(b )两图的电压读数,可知电压变化 UV 01. , UU 01271 27
.. ,电流的变化 ImA 1, II 15,可见 IIU U
,即电流变化明显一些,可见电压表内阻带来的影响比电流表内阻带来的影响大,即说明所测电阻Rx 是一个大电阻,故应采取电