实验五：半偏法测电阻

高中电学实验第一讲：电阻的测量方法及原理一、伏安法测电阻1、电路原理“伏安法”就是用电压表测出电阻两端的电压U，用电流表测出通过电阻的电流I,再根据欧姆定律求出电阻 R= U/I 的测量电阻的一种方法。

电路图如图一所示。

如果电表为理想电表，即 R V=∞，R A=0用图一（甲）和图一（乙）两种接法测出的电阻相等。

但实际测量中所用电表并非理想电表，电压表的内阻并非趋近于无穷大、电流表也有内阻，因此实验测量出的电阻值与真实值不同，存在误差。

如何分析其误差并选用合适的电路进行测量呢？若将图一（甲）所示电路称电流表外接法，（乙）所示电路为电流表内接法，则“伏安法”测电阻的误差分析和电路选择方法可总结为四个字：“大内小外”。

2、误差分析（1）、电流表外接法由于电表为非理想电表，考虑电表的内阻，等效电路如图二所示，电压表的测量值 U 为ab间电压，电流表的测量值为干路电流，是流过待测电阻的电流与流过电压表的电流之和，故：R测 = U/I = Rab = (Rv∥R)= (Rv×R)/(Rv+R) < R(电阻的真实值)可以看出，此时 R测的系统误差主要来源于 Rv 的分流作用，其相对误差为δ外= ΔR/R = (R-R测)/R = R/(Rv+R)（ 2）、电流表内接法其等效电路如图三所示，电流表的测量值为流过待测电阻和电流表的电流，电压表的测量值为待测电阻两端的电压与电流表两端的电压之和，故：R测 = U/I = RA+R > R此时R测的系统误差主要来源于RA的分压作用，其相对误差为: δ内= ΔR/R = (R测-R)/R = RA/R综上所述，当采用电流表内接法时，测量值大于真实值，即"大内"；当采用电流表外接法时，测量值小于真实值，即“小外”。

3、电路的选择（一）比值比较法1、“大内”：当 R >> RA 时，，选择电流表内接法测量，误差更小。

半偏法测电阻原理
半偏法测电阻是一种用于测量电阻值的方法。

它基于电流与电压之间的线性关系，并利用欧姆定律来计算电阻的值。

在半偏法测电阻的实验中，首先需要连接一个电源、一个测量电阻的电阻器和一个测量电流的电流表。

将电源的负极与电阻器的一端相连，再将另一端与电流表相连。

然后，将电源的正极与电阻器的另一端相连，形成一个闭合回路。

接下来，需要调节电源的电压，并通过电流表来测量通过电阻器的电流。

可以根据欧姆定律的公式电流（I）等于电压（V）除以电阻（R）来计算电阻器的电阻值。

半偏法测电阻的原理是利用了电流与电阻之间的线性关系。

当电流通过一个固定电阻时，其大小与通过它的电压成正比。

也就是说，如果电流增加，那么通过电阻器的电压也会增加。

因此，测量电流和电压的值，我们就可以计算出电阻的值。

需要注意的是，在进行半偏法测电阻时，要确保电源的电压是稳定的，并且在一个合适的范围内。

此外，测量时要注意保持电路的稳定，避免其他因素对测量结果的影响。

总之，半偏法测电阻是一种简单而常用的方法，可以用来测量电阻值。

通过电流与电压之间的线性关系和欧姆定律，我们可以计算出电阻的数值。

（4）伏安法、伏伏法、安安法、欧姆表法、半偏法、替代法、电桥法等均可。

（2分某物理兴趣小组要精确测量一只电流表G (量程为1mA、内阻约为100Ω) 的内阻。

实验室中可供选择的器材有：电流表A1：量程为3mA 内阻约为200Ω；电流表A2：量程为0.6A，内阻约为0.1Ω；定值电阻R1：阻值为10Ω；定值电阻R2：阻值为60Ω；滑动变阻器R3：最大电阻20Ω，额定电流1.5A；直流电源：电动势1.5V，内阻0.5Ω；开关，导线若干。

（1）为了精确测量电流表G的内阻，你认为该小组同学应选择的电流表为、定值电阻为。

（填写器材的符号）（2）在方框中画出你设计的实验电路图。

（3）按照你设计的电路进行实验，测得电流表A的示数为I1，电流表G的示数为I2，则电流表G的内阻的表达式为rg= 。

（4）请列出你所知道的测量电阻的方法：。

（至少写出两种）22.2.718 (2.717~2.719均可)；0.060（每空2分）23．(1) A1、R2（每空2分）(2)如图所示（3分）(3)（2分）（4）伏安法、欧姆表法、半偏法、替代法、电桥法等均可。

（2分（12分）某物理实验小组利用实验室提供的器材测量一螺线管两接线柱之间金属丝的长度。

可选用的器材如下：A．待测螺线管L（符号）：绕制螺线管的金属丝电阻率为ρ，阻值RL约为50Ω；B．电流表A1：量程为10mA，内阻r1=40Ω；C．电流表A2：量程为500μA，内阻r2=750Ω；D．电压表V：量程为10V，内阻为10kΩ；E．保护电阻R1：阻值为100Ω；F．滑动变阻器R2：总阻值约为20Ω；G．电源E，电动势约为1.5V，内阻忽略不计；H．开关一个及导线若干。

（1）实验中用螺旋测微器测得金属丝的直径如图所示，其示数D= mm．（2）为了尽可能准确的测量RL，要求电表的指针偏转至少要达到满刻度的，请你设计一种适合的电路，将你设计的电路画在下面的虚线框中，并标明所用器材的代号。

实验电表内阻的测量及改装研究电表内阻的测量一、半偏法这种方法教材中已做介绍。

中学物理实验中常测定J0415型电流表的内阻。

此型号电流表的量程为0—200μA内阻约为500Ω，实验电路如图所示。

操作要点：按图连好电路，S2断开，S1闭合，调节变阻器R，使待测电流表G的指针满偏。

再将S2也闭合，保持变阻器R接在电路中的电阻不变，调节电阻箱R/使电流表G的指针半偏。

读出电阻箱的示值R/，则可认为rg≈R/.实验原理与误差分析：认为S2闭合后电路中的总电流近似不变，则通过电阻箱的电流近似为Ig/2。

所以电流表内阻与电阻箱的示值近似相等。

实际上S2闭合后电路中的总电流要变大，所以通过电阻箱的电流要大于Ig/2，电阻箱的示值要小于电流表的内阻值。

为了减小这种系统误差，要保证变阻器接在电路中的阻值R ≥100R/，从而使S闭合前后电路中的总电流基本不变。

R越大，系统误差越小，但所要求的电源电动势越大。

实验中所用电源电动势为8—12V，变阻器的最大阻值为60kΩ左右。

二、电流监控法实验中若不具备上述条件，可在电路中加装一监控电流表G/，可用与被测电流表相同型号的电流表。

电源可用1.5V干电池，R 用阻值为10kΩ的滑动变阻器，如图所示。

实验中，先将S2断开，S1接通，调节变阻器R的值，使被测电流表G指针满偏，记下监控表G/的示值Ig。

再接通S2，反复调节变阻器R和电阻箱R/，使G的指针恰好半偏，而G/的示值不变。

这时电阻箱R/的示值即可认为等于G的内阻rg。

这样即可避免前法造成的系统误差。

用图所示电路测量电流表G的内阻，也可不用半偏法。

将开关S1、S2均接通，读出被测电流表G的示值Ig、监控表G/的示值Ig、电阻箱的示值R/，则可用公式：G GGg IR II r' -=')(三、代替法按图所示连接电路，G为待测电流表，G/为监测表，S1为单刀单掷开关，S2为单刀双掷开关。

先将S2拨至与触点1接通，闭合S1，调节变阻器R，使监测表G/指针指某一电流值（指针偏转角度大些为好），记下这一示值。

高中物理测量电阻常用的6种方法一、伏安法测电阻伏安法测电阻是电学实验的基础，是高考考查的热点，也是难点。

它渗透在电学实验的各个环节中，如测未知电阻、测电阻率、测各种电表内阻等。

本质上都是伏安法测电阻在不同情景下的具体应用。

主要涉及电压表、电流表的选择以及实物连线等。

[例1] 在伏安法测电阻的实验中，实验室备有下列器材：A ．待测电阻R x 阻值约为10 Ω左右B ．电压表V 1，量程6 V ，内阻约2 k ΩC ．电压表V 2，量程15 V ，内阻约10 k ΩD ．电流表A 1，量程0.6 A ，内阻约0.2 ΩE ．电流表A 2，量程3 A ，内阻约0.02 ΩF ．电源：电动势E ＝12 VG ．滑动变阻器R 1，最大阻值10 Ω，最大电流为2 AH ．滑动变阻器R 2，最大阻值50 Ω，最大电流为0.2 AI ．导线、开关若干(1)为了较精确测量电阻阻值，尽可能多测几组数据，且两表读数大于量程一半。

除A 、F 、I 以外，还要在上述器材中选出该实验所用器材________(填器材前面的字母代号)。

(2)在虚线框内画出该实验电路图。

[解析] (1)两表读数大于量程一半，根据题意电压表选B 。

由欧姆定律知电路电流最大值I ＝U R ＝610A ＝0.6 A ，故电流表选D ，滑动变阻器选阻值较小的G 。

(2)因待测电阻远小于电压表内阻，电流表应用外接法，又变阻器采用分压式接法，电路如图所示。

[答案] (1)BDG (2)见解析图二、伏伏法测电阻已知内阻的电压表可作电流表使用，在缺少合适的电流表的情况下，常用电压表代替电流表使用，这是设计电路中的高频考点。

[例2] 用以下器材可测量电阻R x 的阻值。

待测电阻R x ，阻值约为600 Ω；电源E ，电动势约为6 V ，内阻可忽略不计；电压表V 1，量程为0～500 mV ，内阻r 1＝1 000 Ω；电压表V 2，量程为0～6 V ，内阻r 2约为10 k Ω；电流表A ，量程为0～0.6 A ，内阻r 3约为1 Ω；定值电阻R 0，R 0＝60 Ω；滑动变阻器R ，最大阻值为150 Ω；单刀单掷开关S 一个，导线若干。

几种测量电阻阻值的方法严水洲电阻的测量是中学物理中的基本测量，其中涉及到的物理规律有：部分电路的欧姆定律，闭合电路的欧姆定律，串、并联电路的特点；电学仪器和元件有：电压表、电流表、多用电表、电阻箱、滑动变阻器、标准电阻、开关、导线等；考查内容包括实验原理、实验电路及实验方案的设计、实验器材的选择和正确使用及实验数据的处理，下面对电阻阻值测量的几种方法进行原理和误差的比较。

一、欧姆表测电阻1、常用模拟欧姆表常用模拟欧姆表其原理是闭合电路的欧姆定律，原理如图1所示G 是内阻为g R 满偏电流为g I 的电流表表头，R 是可变电阻，也叫欧姆调零电阻，电池的电动势为E ，内电阻为r ，当红黑表笔相接时，调节R 的阻值，使g g I Rr R E=++，则指针指到满刻度，表明红黑表笔间的电阻为零，当红黑表笔不接触时，电路中没有电流，指针不偏转，即指着电流表的零点，表明表笔间的电阻是无穷大的，当红黑表笔间接入某一电阻x R 时，则通过电流表的电流xg R R r R EI +++=，x R 改变，I 也随之改变，可见每一个x R 的值有一个对应的电流I ，如果我们在刻度盘上直接标出与I 对应的电阻x R 的值，那么只要用红黑表笔分别接触待测电阻的两端就可以从表盘上直接读出它的阻值。

当指针恰好指向表盘刻度中央时，此时2g I I ＝，表示R r R R g x ++=，因此，R r R g ++也称为欧姆表的中值电阻。

由xg R R r R EI +++=也可看出I 与x R 并不是线性关系，因此欧姆表表盘刻度并不均匀。

黑表笔 红表笔 图1—用欧姆表只能粗测电阻，使用时应合理选择量程，使指针指在量程的31~32区域，若使用时，指针偏转较小，则应换用较大的档位，反之，若使用时指针偏转较大，则应换用较小档位，并且每次换档之后都要进行欧姆调零，以便减小测量误差。

欧姆表测电阻由于只能粗测，因此读数时一般只读取两位有效数字。

电阻测量的六种方法电阻的测量是恒定电路问题中的重点，也是学生学习中的难点。

这就要求学生能够熟练掌握恒定电路的基本知识,并能够灵活运用电阻测量的六种方法，从而提高学生的综合分析问题、解决问题的能力。

一．欧姆表测电阻1、欧姆表的结构、原理它的结构如图1,由三个部件组成：G是内阻为Rg、满偏电流为Ig的电流计。

R是可变电阻，也称调零电阻，电池的电动势为E，内阻为r。

图1 欧姆档测电阻的原理是根据闭合电路欧姆定律制成的。

当红、黑表笔接上待测电阻Rx时，由闭合电路欧姆定律可知：I = E/（R+Rg+Rx+r）= E/（R内+R X）由电流的表达式可知：通过电流计的电流虽然不与待测电阻成正比，但存在一一对应的关系，即测出相应的电流，就可算出相应的电阻，这就是欧姆表测电阻的基本原理。

2．使用注意事项：（1）欧姆表的指针偏转角度越大，待测电阻阻值越小，所以它的刻度与电流表、电压表刻度正好相反，即左大右小；电流表、电压表刻度是均匀的，而欧姆表的刻度是不均匀的，左密右稀，这是因为电流和电阻之间并不是正比也不是反比的关系。

（2）多用表上的红黑接线柱，表示＋、－两极。

黑表笔接电池的正极，红表笔接电池的负极，电流总是从红笔流入，黑笔流出。

（3）测量电阻时，每一次换档都应该进行调零（4）测量时，应使指针尽可能在满刻度的中央附近。

（一般在中值刻度的1/3区域）（5）测量时，被测电阻应和电源、其它的元件断开。

（6）测量时，不能用双手同时接触表笔，因为人体是一个电阻，使用完毕，将选择开关拨离欧姆档，一般旋至交流电压的最高档或OFF 档。

二．伏安法测电阻1．原理：根据部分电路欧姆定律。

2．控制电路的选择控制电路有两种：一种是限流电路（如图2）；另一种是分压电路。

（如图3） （1）限流电路是将电源和可变电阻串联，通过改变电阻的阻值，以达到改变电路的电流，但电流的改变是有一定范围的。

其优点是节省能量；一般在两种控制电路都可以选择的时候，优先考虑限流电路。