Transcript 课件ppt - 物理实验中心

设计用伏安法测电阻
（采用补偿原理）
理学院物理实验中心
魏怀鹏
设计实验背景
• 根据教育部、教育厅和河北工业大学的教育教学改革、创新的指示精神，
根据新的物理实验教学体系，把大学物理实验分为4个层次：即“基础性实
验、提高性实验，综合性实验、研究性和创新性实验”，并将“设计性、
开放性”贯穿于上述4个层次始终。
•培养“基础知识扎实、动手能力强，有创新精神”高素质人才，在实践教
学中，必须特别加强设计性实验的力度。
•本设计用伏安法测电阻实验，就是利用学过的电学实验基本知识、基本技
能和基本方法，自行设计测量电阻的一个设计性实验。
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设计实验目的
1、进一步学习、熟练掌握补偿原理及伏安法测电阻的方法和特点。
2、利用所学过的电学实验知识、方法和技能，自行设计用补偿原理及
伏安法测电阻的实验电路图。
3、写出设计实验预习报告。
4、处理数据：包括画出伏安特性曲线，并根据伏安特性曲线求电阻阻
值，进行实验数据分析。
5、写出设计实验报告。（含设计实验目的、设计原理、使用仪器、实
验内容及步骤、数据处理、实验结果及其分析讨论等）。
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设计性实验一般方法
提前一周布置选题：
实验中心给出一组题目（含实验要求、原理提示），实验室指定或学生从中选择
一个适合自己的题目。 （在提前一周时间内完成）
2. 实验课前查阅文献资料、确定实验原理、设计实验方案：
包括选择实验方法、实验仪器、画出实验电路图或光路图，拟定实验操作步骤等
。
（在提前一周时间内完成）
3. 提交设计实验报告：所提交的原始设计实验报告，经教师审查并帮助修正设计实
验方案，然后发还学生。 （在布置选题后，第二周时间内完成）
4．在提前预定的时间内，独立（或合作）实施设计实验方案并完成实验报告（小论
文）：
在课堂上通过与教师的交流进一步修改与完善实验方案并最后实施，采集数据，
进行数据处理，完成实验报告。（在完成设计实验操作后，下一周时间内提交正
式报告）
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设计实验的一般程序步骤
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（一）选择设计课题
（二）查阅文献资料
（三）设计实验方案
1. 要灵活运用物理规律。
2. 选择适当的测量仪器。注意仪器的匹配，根据不确定度均分原则估算各个测量对主要
结果精度的影响，选择一套符合精确度的而且有经济、实用的仪器装置。
3. 选择适当实验方法、方案。
4. 选择适当实验测量方法。
（四）实施实验方案
（五）实验数据处理与分析讨论
1.数据表格及数据处理方法。包括：列表法、作图法、线性回归法、逐差法等。
2.误差分析、讨论探索等。
（六）完成设计实验报告（小论文）
设计报告应包含有：目的与要求，原理（包括电路图公式等）说明，仪器设备的选择和使用，
实验内容及步骤，所测的原始数据及其数据处理、最后的结果及对结果的分析和评价等。
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设计实验仪器
用伏安法测电阻设计实验的仪器主要有：
直流稳压电源1台（量程0—24伏）
滑线变阻器2个（例如1000欧姆、280欧姆）
单刀单向开关两个
电压表一只
电流表一只
检流计（或万用表）一只
附保护电阻的开关一只
待测电阻板1个
导线若干
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设计实验原理
用伏安法测电阻设计实验的原理提示：
1、欧姆定律。用伏安法较准确地测量通过待测电阻的电流，同
时较准确地测量待测电阻两端的电压，利用欧姆定律计算待测电阻
的大小。
2、补偿原理。即利用电压平衡原理，如图所示,当待测电动势
Ex=Es时，Ig=0（mA）,电路达到补偿状态；同样，换做待测电阻Rx
时，当Ux等于Rx两端电压时，Ig=0（mA）,电路达到补偿状态 。电
压表读出的电压值就是Rx两端的电压，电流表读出的电流值就是通
过Rx的电流，可以避免由于电压表的分流而产生的系统误差，使待
测电阻两端的电压和通过待测电阻的电流测量结果更为准确。
3、参考实验：
测线性和非线性电阻伏安特性曲线
单臂电桥测电阻实验
电位差计测电池电动势实验
模拟静电场实验
Es
Ig
Ex
Ux
Ig
Rx
mA
E
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设计实验电路及基本要求：
•画出完整的实验电路图，
•标出各仪器设备的
•符号、规格、量程、
•+、-极性等
•如图为参考设计实验电路图。
•根据实验电路图，叙述采用电压补偿
法（平衡原理）测电阻的原理。
•要求讲明该电路是如何实现电压平衡
（电压补偿原理）即可。
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设计实验内容及步骤
设计实验内容及主要步骤提示（以上图为例）：
• 1、首先按照实验电路图，摆好仪器。
• 2、用回路法正确连接好线路。
• 3、（经老师）检查线路无误后，先把两个分压电路的分压Ui和U2调到最小。
• 4、然后，分别先后调整上下两个分压电路的滑线变阻器R1和R2。当调整R1给电压
表V两端加分压Ui，再调整R2使待测电阻RX两端的电压URx和Ui相等；即电压表V两端
的电压Ui和待测电阻Rx两端的电压 URx 相等（即Ui = URx ）。此时，通过mA表的
电流I完全通过待测电阻RX ，而通过检流计G内（或万用表）的电流I G=0mA，则该
电路达到平衡状态（或补偿状态）。
• 5、记下此时相应的电压表读数 Ui和通过 mA表（即待测电阻）的电流值IG。则由
欧姆定律，即可算出测电阻Rx的值。
• 6、根据数据，画出伏安特性曲线；并根据伏安特性曲线斜率、求电阻阻值；
• 7、进行实验数据分析、总结等。
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设计实验数据处理及结果分析
例如： 电源E=8V，滑线变阻器R1=1k
滑线变阻器R2=280Ω
电压表型号： C43型 量程：7.5V
分度值：0.1 V 准确度等级：0.1
毫安表型号： C43型 量程：15 mA 分度值：0.2 mA 准确度等级：0.1
U （V）
0.00
1.50
3.00
4.50
6.00
7.50
I+ （mA）
（1）用列表法处理数据，包括画出实验数据表格，正确填写实验数据。选
择实验点，计算处理数据，并给出待测电阻Rx值、不确定度和结果表示。
（2）用作图法处理数据，包括在坐标纸上正确完整地画出I～U 伏安特性曲
线，并求其斜率和待测电阻值Rx。
（3）分析讨论。
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（1）选择实验点处理数据
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（2）作图法处理数据
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设计实验分析讨论、思考题
1． 何谓补偿原理？为什么用补偿法测电压就没有电表的接入误
差？
2． 根据线性电阻的伏安特性曲线计算斜率求电阻值时，在图线
上取点的原则是什么？
3． 在补偿法测电压的电路中，如果不用保护电阻，如何保证检
流计不会被损坏？
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谢
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