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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:刘新春
成果项目: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
颁奖单位/发表途径:《中学生导报 教学研究》2019.4第9期
荣誉级别:省级及以上
发表日期:2019年04月
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测量电阻时限法式、分压式电路究竟如何选
刘新春
(湖北省沙市中学   湖北 荆州 434000)
摘要:通过几何画板定量计算,得出测量电阻时,根据待测电阻与可变电阻的关系,确定选择限法式电路和分压式电路的依据。
关键词:测量;电阻;限法式;分压式
用伏安法测量导体的电阻是高中物理中的重要实验,其中控制电路的选择是难点。关于伏安法测量导体的电阻实验中控制电路的选择依据,在高中物理界至今还没有形成共识。本文将在其它条件能很好满足的前提下,应用几何画板定量分析限流式电路和分压式电路的输出电压,得出两种电路中负载电阻与可变电阻的大小关系对输出电压的影响,从而找出伏安法测量导体的电阻实验中控制电路的选择依据。
    在如图1所示的限流式电路和如图2所示的分压式电路中,电压表的量程为3V,电流表与电压表均为理想表,匹配较好。电源电动势为E,内阻不计。可变电阻的最大电阻为,允许通过的最大电流满足实验要求。接入电路中的电阻为。
限流式电路中电压表的示数







分压式电路中电压表的示数
取V,1VV,分别取,由几何画板画出与的关系图象,在电压表的有效测量范围1V到3V内取0.5V为一个计数点,并度量出A、B、C、D、E五个坐标值,如图3、4、5、6、7、8所示。

                 图3(限流,)


                  图4(分压,)
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。
由上述对比分析可知,当待测电阻为可变电阻的十分之一时,限流式和分压式均不合适,相对而言限流式好一点。
总结为表一,
表一、
电路                    结论
限流式     3.97     0.4     4     都不合适
限流式相对较好
分压式     3.37     0.35     3.5     
   
     同样分析得出表二

                        图5(限流,)

                  图6(分压,)

                             图7(限流,)
                    图8(分压,)
表二、V
     电路                    结论
2     限流式     8.00     0.80     8     限流式较好
     分压式     4.81     0.60     6     
3     限流式                    限流式电压范围较小
分压式较好
     分压式     5.6     0.78     7.8     

由上述对比分析可知,当左右时,限流较好。太小如以下都不合适,大于只能用分压式电路。
下面再来分析当V时,即电压表的量程与电源电动势相等的情况。为节省篇幅,与的关系图像只选几个典型。

                                图9(限流,)
   
                    图10(分压,)


                             图11(限流,)

                  图12(分压,)


                             图13(限流,)


                   图14(分压,)

表四、V
     电路                    结论
1     限流式     2.00     0.20     2     都不合适
     分压式     1.82     0.18     1.8     
2     限流式     4.02     0.40     4     都不合适
限流式相对较好
     分压式     3.16     0.37     3.7     
3     限流式     6.00     0.60     6     限流式较好
     分压式     4.06     0.45     4.5     
4     限流式     8.00     0.80     8     限流式较好
     分压式     4.61     0.57     5.7     
5     限流式     10.00     1.00     10     限流式很好
     分压式     4.99     0.67     6.7     

由图11和图13可知,当R大于后,限流式电路测量电压范围会变小,且R越大(相对),越不能选用限流式电路。从图12、14可知,当大于时,应选用分压式电路,且越大(相对)越要选用分压式电路。
由上述对比定量分析可知,在伏安法测量导体的电阻实验中,在其它条件都能很好满足的前提下,仅从电压和电流的测量范围以及电阻的调节是否方便上看:在待测电阻远小于可变电阻时,限流式电路和分压式电路均不合适;当待测电阻小于可变电阻时,在电压表量程和电源电动势一定的情况下,某个电阻值r附近用限流式电路明显优于分压式电路,而这个电阻值r还与电表量程和电源电动势的关系有关;在待测电阻略小于或大于等于可变电阻时,应选用分压式电路。
鉴于对高中生的要求,建议题目在分压式电路与限流式电路的选择上给出明显的条件,如要求电流从零开始调节,被测电阻与可变电阻相差不多或大于可变电阻都应选用分压式电路;当被测电阻小于可变电阻时,在不要求从零开始测量的情况下,分压式电路或限流式电路均可。教师在设计题目时,应尽量回避被测电阻远小于可变电阻的情况,以免出现科学性错误。