電學:電阻的測量,歐姆定律

2020-12-16 蝸牛談原理

一、概述

1.導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比,跟它的電阻R成反比。公式:I=U/R。

①.歐姆定律的內容:導體中的電路跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。

②.歐姆定律的表達式及單位:I=U/R,其中U為電壓,單位:V;I為電流,單位:A;R為電阻,單位:Ω。公式中三個物理量,必須使用國際單位制中的主單位。

③.適用範圍:歐姆定律所研究的電路不包括電源,是電源外部的一部分或全部電路,並且是純電阻電路。

物理學家——歐姆

④.物理量的同一性:公式中的U、I、R必須都是同一個導體或同一段電路對應的物理量,不同導體的電流、電壓、電阻間不存在公式中的關係。

⑤.物理量的同時性:在同一部分電路上,由於開關的閉合或斷開以及滑動變阻器滑片位置的改變,都將引起電路的變化,從而導致電路中的電流、電壓、電阻的變化,所以公式中的三個量必須是同一時間的值。值得注意的是,在不同電路狀態下,電源電壓和定值電阻可以認為是不變的。

⑥.公式的變形:R=U/I是由歐姆定律公式變形得到的,它表示某段導體的電阻在數值上等於這段導體兩端的電壓與通過導體的電流的比值。由於導體電阻是導體本身的屬性,不隨其兩端的電壓和通過它的電流的變化而變化,所以「R與U成正比,R與I成反比」是不成立的,這也正是物理與數學的不同。U=IR也是由歐姆定律變形得到的。

2.適用條件:適用於金屬導電和電解液導電,對氣體導體和半導體元件並不適用。

3.導體的伏安特性曲線:用橫坐標表示電壓U,縱坐標表示電流I,畫出的U-I關係圖線,它直觀地反映出導體中的電流與電壓的關係。

二、伏安法測電阻

伏安法測電阻電路圖

1.實驗原理

根據歐姆定律的變形公式R=U/I可知,如果用電流表測出通過導體的電流,用電壓表測出導體兩端的電壓,就可以計算出導體的阻值。這種用電流表、電壓表測電阻的方法叫作伏安法。

2.實驗器材電源、電流表、待測電阻Rx、滑動變阻器R′、導線、開關。

3.實驗步驟

①.連接好電路,滑動變阻器的滑片放在阻值最大端。

②.檢查電路無誤後,閉合開關,移動滑動變阻器的滑片,改變待測電阻Rx兩端的電壓為U1、U2、U3,觀察電流表每次對應的數值I1、I2、I3,分別填入設計的記錄表格中。

家庭電路

③.記錄三組電流值和相應的電壓值,根據公式R=U/I計算出待測電阻的阻值R1、R2、R3。

④.最後求出它們的平均值就是待測電阻Rx的阻值,即Rx=(R1+R2+R3)/3。

⑤.實驗結束後,將電路接線拆開,並整理好儀器。

4.實驗注意事項

①.開始連接電路時,要使開關斷開,閉合開關前要把滑動變阻器的滑片置於最大阻值處。開始實驗前要試觸檢查電路,實驗結束,要先斷開開關,再整理電路。

②.實驗時,若閉合開關時發現電流表、電壓表的指針不動,必須檢查開關接觸是否良好,電路的連線是否有誤,導線與各元件的接線柱是否接觸良好。

③.實驗中電壓、電流幾組數據的選取,要在電錶的量程範圍之內,儘可能變化大些,使計算平均值更準確。

5.滑動變阻器在本實驗中的作用

實驗用滑動變阻器

①.保護電路。

②.改變導體兩端的電壓,使其成倍數變化。

③.能夠多次測量取平均值,減小實驗誤差。

6.電錶量程的選擇

①.電阻值和電阻正常工作時的電流未知,則電流表應選大量程;電壓表量程根據電源電壓選擇,若電源電壓未知,則電壓表應選大量程。

②.電阻值和電阻正常工作時的電壓已知,則電壓表根據正常工作時的電壓選擇量程。根據I=U/R算出電阻正常工作時的電流,選擇電流表量程。

③.如果要求兩表指針都要偏過滿刻度的中線,則根據電源電壓與電壓表量程的半值比較選擇電壓表的量程,根據電源電壓與電阻的比值與電流表量程的半值比較選擇電流表的量程。

三、側電阻方法總結

測電阻方法種類

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