浅谈中学物理中未知电阻的测量方法

丁三红 朱增辉 黔南民族师范学院

引言

电阻是电学部分非常重要的元件，表示导体对电流阻碍作用的大小，通过改变电路中的阻值来改变流过电路中的电流，从而达到目的。中学物理电学部分中对未知电阻大小的测量，是电学最重要的实验，测量的基本原理是利用欧姆定律，由于实验仪器的选择多样，所以实验方法灵活多变，可以为学生提供广阔的空间。另外通过实验可以激发学生学习物理的兴趣和求知欲望，提高学生的观察能力、实践能力、独立操作能力，培养学生的科学态度和创新精神。在中学物理中测量未知电阻的方法主要有以下几种：

1 伏安法

伏安法测量未知电阻是高中物理电学部分非常普遍而且最为简单的方法之一。因为实验仪器的安装简单、操作方便，可以快捷、准确的读出数据，利用欧姆定律就可以快速的计算出未知电阻的阻值，所以，在物理学中我们直接用电压表测量未知电阻两端的电压U，用电流表测出流过未知电阻的电流I，则利用欧姆定律就可以计算出未知电阻Rx=U/I，由于电压表和电流表分别具有分流和分压的作用，直接用用欧姆定律计算未知电阻会存在很大的误差，为了更加精准的测得未知电阻的阻值和减少误差，因此，又可以将伏安法分为外接法和内接法，这两种方法的选择要根据已知条件来判断。

2 电流表法

当没有电压表时，电路中用电压恒定的电池组、电流表、已知电阻、开关和若干导线来测量未知电阻的方法叫做电流表法。

2.1 电流表直接测量法

图1

图2

2.2 开关控制法

电路由一个电压恒定的电池组、导线若干、未知电阻Rx、电流表一个、已知电阻R0一个、开关S1、S2组成。电路的连接如图2所示，已知电阻R0和未知电阻Rx并联，接在干路上测总电流，开关S1控制已知电阻R0这条支路，开关S2控制未知电阻Rx这条支路，当断开开关S2闭合开关S1时，读出电流表的示数为I1；当断开开关S1闭合开关S2时，读出电流表的示数为I2，由于未知电阻Rx和已知电阻R0并联，Rx两端的电压就可以直接用已知电阻R0和I1来表示，未知电阻Rx两端的电压为I1R0，流过未知电阻Rx的电流为I2，导出未知电阻 。

3 电压表法

当没有电流表时，电路中用电压恒定的电池组、电压表、已知电阻、未知电阻、开关和若干导线来测量未知电阻的方法叫做电压表法。

3.1 开关控制法

电路由电压恒定的电池组一个、已知电阻R0一个、电压表一个、未知电阻Rx、导线若干和开关S1、S2只组成。电路图如图3所示，开关S1控制总电路，开关控制法主要是由开关S2来控制已知电阻是否接在电路中，最终控制电压表测总电压还是未知电阻两端的电压。由于已知电阻R0和未知电阻Rx串联，所以电路中的电流可以直接通过已知电阻R0和它两端的电压来表示。总电压用U表示，未知电阻Rx两端的电压用U1表示。当闭合S1断开S2时，读出电压表的示数是未知电阻Rx两端的电压为U1，当S1S2同时闭合时，读出电压表的示数为U，所以已知电阻R0两端的电压应该为总电压减去未知电阻Rx两端的电压为 U-U1，所以电路中的电流为，则导出未知电阻的阻值

图3

图4

3.2 移动电表法

电路由电压恒定的电池组一个、未知电阻Rx、已知电阻R0一个、电压表一个、开关一只和导线若干组成。电路图如图4所示，未知电阻Rx和已知电阻R0串联，通过用已知电阻R0和用电压表测量电阻R0、Rx两端的电压来表示，未知电阻两端的电压就直接用电压表来测量。所以在闭合开关之前，先把电压表并联在未知电阻Rx两端，然后闭合开关读出电压表的示数为U1，再把电压表并联在R0两端读出电压表的示数为U0， 流过电路中的电流，所以未知电阻

4 等效替代法

利用电阻箱、电表、滑动变阻器，电阻箱和未知电阻并联，再与滑动变阻器串联，利用双闸开关控制电阻箱和未知电阻的调节，保持电表前后的示数不变，然后记下此时电阻箱的阻值，利用这种方法测量未知电阻的方法叫做等效替代法。

4.1 电压表与电阻箱法

电路由电压恒定的电池组一个、电压表一个、未知电阻Rx、导线若干、滑动变阻器R一个、开关S、S1和一个电阻箱R0组成。电路如图5所示，为了确保电路的安全，在闭合开关S之前，先把电阻箱的阻值调节到最大。先把开关S1连接到a端，再闭合开关S，调节滑动变阻器，使电压表偏转到适当的位置，记下此时电压表的示数为U。接着先断开S，再把S1连接到b端，继续闭合S，滑动变阻器的阻值保持不变，调节电阻箱的阻值，直到电压表的示数为U，记下此时电阻箱的阻值为R0，所以未知电阻的阻值Rx=R0。

图5

图6

4.2 电阻箱与电流表法

电路由电压恒定的电池组一个、电流表一个、未知电阻Rx、导线若干、滑动变阻器R2一个、开关两只S1、S2和电阻箱R1一个组成。电路图如图6所示，为了确保电路的安全，在闭合电路之前，先把电阻箱的阻值调节到最大。先把S1连接到1，再闭合S2，调节滑动变阻器，使电流表偏转到适当的位置，记下此时电流表的示数为I。接着先断开S2，再把S1连接到2，继续闭合S2，滑动变阻器的阻值仍然保持不变，调节电阻箱的阻值，直到电流表的示数为I，记下此时电阻箱的阻值为R0，所以未知电阻的阻值Rx=R0。

5 结论

伏安法是中学物理电学部分测量未知电阻作为最简单的测量方法，电路简单，电路只由电流表、电压表、滑动变阻器、未知电阻Rx、导线和开关组成，操作也简单，虽然电压表的阻值很大，但也具有分流的作用，同样的电流表的电阻很小，但也具有分压的作用，所以为了减小未知电阻值的测量误差，又分为内接法和外接法。电流表法和电压表法是测量未知电阻最为基本的方法，在缺少电流表或电压表时，我们可以间接的来获得电流值或电压值，这样我们也可以测量出未知电阻的阻值。等效替代法是利用变阻箱来等效未知电阻，而电路中的电压表或电流表不是用来测量电流或电压，而是起到标准的的作用。