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        測量電阻時限法式 分壓式電路究竟如何選
        作  者:劉新春
        成果項目:論文《測量電阻時限流式 分壓式電路究竟如何選》在《中學生導報 教學研究》上發表
        頒獎單位/發表途徑:《中學生導報 教學研究》2019.4第9期
        榮譽級別:省級及以上
        發表日期:2019年04月
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        測量電阻時限法式、分壓式電路究竟如何選
        劉新春
        (湖北省沙市中學   湖北 荊州 434000)
        摘要:通過幾何畫板定量計算,得出測量電阻時,根據待測電阻與可變電阻的關系,確定選擇限法式電路和分壓式電路的依據。
        關鍵詞:測量;電阻;限法式;分壓式
        用伏安法測量導體的電阻是高中物理中的重要實驗,其中控制電路的選擇是難點。關于伏安法測量導體的電阻實驗中控制電路的選擇依據,在高中物理界至今還沒有形成共識。本文將在其它條件能很好滿足的前提下,應用幾何畫板定量分析限流式電路和分壓式電路的輸出電壓,得出兩種電路中負載電阻與可變電阻的大小關系對輸出電壓的影響,從而找出伏安法測量導體的電阻實驗中控制電路的選擇依據。
            在如圖1所示的限流式電路和如圖2所示的分壓式電路中,電壓表的量程為3V,電流表與電壓表均為理想表,匹配較好。電源電動勢為E,內阻不計?勺冸娮璧淖畲箅娮铻,允許通過的最大電流滿足實驗要求。接入電路中的電阻為。
        限流式電路中電壓表的示數







        分壓式電路中電壓表的示數
        取V,1VV,分別取,由幾何畫板畫出與的關系圖象,在電壓表的有效測量范圍1V到3V內取0.5V為一個計數點,并度量出A、B、C、D、E五個坐標值,如圖3、4、5、6、7、8所示。

                         圖3(限流,)


                          圖4(分壓,)
        在限流式電路中,總阻值變化為 4.97-1.00=3.97,最小阻值變化1.40-1.00=0.4。,這個阻值變化幾乎不可能調節完成。
        在分壓式電路中,總阻值變化為 9.10-5.73=3.37,最小阻值變化9.10-8.75=0.35。,這個阻值變化更不可能調節完成。
        由上述對比分析可知,當待測電阻為可變電阻的十分之一時,限流式和分壓式均不合適,相對而言限流式好一點。
        總結為表一,
        表一、
        電路                    結論
        限流式     3.97     0.4     4     都不合適
        限流式相對較好
        分壓式     3.37     0.35     3.5     
           
             同樣分析得出表二

                                圖5(限流,)

                          圖6(分壓,)

                                     圖7(限流,)
                            圖8(分壓,)
        表二、V
             電路                    結論
        2     限流式     8.00     0.80     8     限流式較好
             分壓式     4.81     0.60     6     
        3     限流式                    限流式電壓范圍較小
        分壓式較好
             分壓式     5.6     0.78     7.8     

        由上述對比分析可知,當左右時,限流較好。太小如以下都不合適,大于只能用分壓式電路。
        下面再來分析當V時,即電壓表的量程與電源電動勢相等的情況。為節省篇幅,與的關系圖像只選幾個典型。

                                        圖9(限流,)
           
                            圖10(分壓,)


                                     圖11(限流,)

                          圖12(分壓,)


                                     圖13(限流,)


                           圖14(分壓,)

        表四、V
             電路                    結論
        1     限流式     2.00     0.20     2     都不合適
             分壓式     1.82     0.18     1.8     
        2     限流式     4.02     0.40     4     都不合適
        限流式相對較好
             分壓式     3.16     0.37     3.7     
        3     限流式     6.00     0.60     6     限流式較好
             分壓式     4.06     0.45     4.5     
        4     限流式     8.00     0.80     8     限流式較好
             分壓式     4.61     0.57     5.7     
        5     限流式     10.00     1.00     10     限流式很好
             分壓式     4.99     0.67     6.7     

        由圖11和圖13可知,當R大于后,限流式電路測量電壓范圍會變小,且R越大(相對),越不能選用限流式電路。從圖12、14可知,當大于時,應選用分壓式電路,且越大(相對)越要選用分壓式電路。
        由上述對比定量分析可知,在伏安法測量導體的電阻實驗中,在其它條件都能很好滿足的前提下,僅從電壓和電流的測量范圍以及電阻的調節是否方便上看:在待測電阻遠小于可變電阻時,限流式電路和分壓式電路均不合適;當待測電阻小于可變電阻時,在電壓表量程和電源電動勢一定的情況下,某個電阻值r附近用限流式電路明顯優于分壓式電路,而這個電阻值r還與電表量程和電源電動勢的關系有關;在待測電阻略小于或大于等于可變電阻時,應選用分壓式電路。
        鑒于對高中生的要求,建議題目在分壓式電路與限流式電路的選擇上給出明顯的條件,如要求電流從零開始調節,被測電阻與可變電阻相差不多或大于可變電阻都應選用分壓式電路;當被測電阻小于可變電阻時,在不要求從零開始測量的情況下,分壓式電路或限流式電路均可。教師在設計題目時,應盡量回避被測電阻遠小于可變電阻的情況,以免出現科學性錯誤。
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