電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件一、引言電阻是電路中最基本的參數(shù)之一，電阻測(cè)量是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)技能，也是理解電路特性、分析電路功能的重要手段。本實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)多種方法測(cè)量電阻值，使學(xué)生掌握基本的電阻測(cè)量原理、儀器使用方法及數(shù)據(jù)處理技巧，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和科學(xué)的分析能力。無(wú)論是基礎(chǔ)的伏安法，還是更精確的電橋法，其原理和操作都蘊(yùn)含著豐富的物理思想和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)智慧，對(duì)后續(xù)電路分析、電子技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)具有重要的鋪墊作用。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握用伏安法測(cè)量電阻的基本原理和兩種接線(xiàn)方法（電流表內(nèi)接法、電流表外接法），理解其適用條件及誤差來(lái)源。2.掌握惠斯通電橋法測(cè)量中值電阻的原理和操作步驟，理解其提高測(cè)量精度的機(jī)制。3.熟悉常用電學(xué)儀器（如電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、電橋等）的基本結(jié)構(gòu)和正確使用方法。4.學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、處理與誤差分析方法，能正確表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5.培養(yǎng)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣、獨(dú)立思考能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。三、實(shí)驗(yàn)原理（一）電阻的定義與歐姆定律電阻（R）是表征導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用大小的物理量。根據(jù)歐姆定律，在一段純電阻電路中，當(dāng)導(dǎo)體兩端加上恒定電壓（U）時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流（I）與電壓成正比，與電阻成反比，即：R=U/I這是測(cè)量電阻的基本依據(jù)。通過(guò)測(cè)量電阻兩端的電壓U和流過(guò)電阻的電流I，即可計(jì)算出電阻值R。（二）伏安法測(cè)電阻伏安法是基于歐姆定律，利用電壓表和電流表分別測(cè)量電阻兩端的電壓和通過(guò)電阻的電流，進(jìn)而計(jì)算電阻的方法。根據(jù)電壓表和電流表接入電路方式的不同，可分為電流表內(nèi)接法和電流表外接法。1.電流表內(nèi)接法*電路組成：電流表與待測(cè)電阻Rx串聯(lián)，再與電壓表并聯(lián)。電壓表測(cè)量的是待測(cè)電阻Rx與電流表內(nèi)阻RA串聯(lián)后的總電壓。*測(cè)量值計(jì)算：U測(cè)=Ux+UA，I測(cè)=Ix。因此，測(cè)量得到的電阻值R測(cè)=U測(cè)/I測(cè)=Rx+RA。*誤差分析：測(cè)量值大于真實(shí)值，相對(duì)誤差約為RA/Rx。當(dāng)Rx遠(yuǎn)大于RA時(shí)，電流表分壓很小，誤差較小。因此，內(nèi)接法適用于測(cè)量大電阻。2.電流表外接法*電路組成：電壓表與待測(cè)電阻Rx并聯(lián)，再與電流表串聯(lián)。電流表測(cè)量的是流過(guò)待測(cè)電阻Rx的電流與流過(guò)電壓表內(nèi)阻RV的電流之和。*測(cè)量值計(jì)算：U測(cè)=Ux，I測(cè)=Ix+IV。因此，測(cè)量得到的電阻值R測(cè)=U測(cè)/I測(cè)=(Rx*RV)/(Rx+RV)。*誤差分析：測(cè)量值小于真實(shí)值，相對(duì)誤差約為Rx/RV。當(dāng)Rx遠(yuǎn)小于RV時(shí)，電壓表分流很小，誤差較小。因此，外接法適用于測(cè)量小電阻。3.兩種方法的選擇：關(guān)鍵在于比較Rx與√(RA*RV)的大小。當(dāng)Rx>√(RA*RV)時(shí)，宜采用內(nèi)接法；當(dāng)Rx<√(RA*RV)時(shí)，宜采用外接法。若Rx≈√(RA*RV)，則兩種方法誤差相近。（三）惠斯通電橋法測(cè)電阻（單臂電橋）伏安法受電表內(nèi)阻影響，測(cè)量精度有限。惠斯通電橋法利用電橋平衡原理，可實(shí)現(xiàn)更精確的電阻測(cè)量，尤其適用于中值電阻（一般為10Ω至10^6Ω）的測(cè)量。1.基本原理：惠斯通電橋的基本電路如圖所示，由四個(gè)橋臂電阻R1、R2（比例臂）、R0（比較臂，標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)電阻）和Rx（待測(cè)臂），一個(gè)檢流計(jì)G（用于指示橋路有無(wú)電流）以及直流電源E組成。*當(dāng)調(diào)節(jié)R0使檢流計(jì)G中無(wú)電流通過(guò)（Ig=0）時(shí)，稱(chēng)電橋達(dá)到平衡。*平衡條件：橋臂兩端點(diǎn)電位相等，即Uac=Uad，Ucb=Udb。因此，I1R1=I2R2，I1Rx=I2R0。兩式相除可得Rx/R1=R0/R2，即Rx=(R1/R2)*R0。*通常將R1/R2設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)的比例系數(shù)K（如0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000等），則Rx=K*R0。2.特點(diǎn)：惠斯通電橋法消除了電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，其測(cè)量精度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)電阻R1、R2、R0的精度和檢流計(jì)的靈敏度，因此測(cè)量精度較高。四、實(shí)驗(yàn)儀器與器材*直流穩(wěn)壓電源*待測(cè)電阻若干（阻值范圍應(yīng)覆蓋不同方法的適用范圍）*直流電壓表（多量程）*直流電流表（多量程）*滑動(dòng)變阻器（用于伏安法中的分壓或限流）*單刀開(kāi)關(guān)*導(dǎo)線(xiàn)若干*惠斯通電橋（或箱式電橋）*檢流計(jì)（若電橋不含）*電阻箱（若電橋需要外接）五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）伏安法測(cè)電阻1.預(yù)習(xí)與準(zhǔn)備：*閱讀儀器使用說(shuō)明書(shū)，了解電壓表、電流表、電源等儀器的操作方法和注意事項(xiàng)。*估算待測(cè)電阻的大致阻值范圍（可先用萬(wàn)用表粗測(cè)）。*根據(jù)估算阻值和電表內(nèi)阻參數(shù)，選擇合適的電表量程及內(nèi)/外接法。2.電流表內(nèi)接法：*按內(nèi)接法原理連接電路。注意：開(kāi)關(guān)先斷開(kāi)，滑動(dòng)變阻器置于分壓最大或限流最小位置。*檢查電路無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變加在Rx兩端的電壓。*從低電壓（或低電流）開(kāi)始，逐次讀取并記錄電壓表和電流表的示數(shù)（建議測(cè)量5-8組數(shù)據(jù)）。*實(shí)驗(yàn)完畢，先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，再拆除電路。3.電流表外接法：*按外接法原理連接電路。同樣注意開(kāi)關(guān)狀態(tài)和滑動(dòng)變阻器初始位置。*檢查電路無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變通過(guò)Rx的電流。*類(lèi)似地，讀取并記錄5-8組電壓表和電流表的示數(shù)。*實(shí)驗(yàn)完畢，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，拆除電路。（二）惠斯通電橋法測(cè)電阻1.熟悉儀器：了解所用惠斯通電橋的面板結(jié)構(gòu)，如比例臂旋鈕、比較臂讀數(shù)盤(pán)、待測(cè)電阻接線(xiàn)柱、檢流計(jì)按鈕、電源按鈕等。2.連接與調(diào)零：*將待測(cè)電阻Rx接入電橋相應(yīng)的接線(xiàn)柱。*估算Rx的大致阻值（若未知，可先用伏安法或萬(wàn)用表粗測(cè)）。*根據(jù)Rx的估算值，選擇合適的比例臂倍率K（使比較臂R0的有效數(shù)字位數(shù)盡可能多）。*先將比較臂R0調(diào)至與估算值相應(yīng)的刻度（根據(jù)比例臂K計(jì)算）。3.調(diào)節(jié)電橋平衡：*先按下電源按鈕（B），再輕按檢流計(jì)按鈕（G），觀察檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向。*根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向，調(diào)節(jié)比較臂R0的讀數(shù)盤(pán)。若指針向“+”方向偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明通過(guò)檢流計(jì)的電流從“+”端流入，即Rx端電位高于R0端，應(yīng)增大R0；反之，則減小R0。*反復(fù)調(diào)節(jié)比較臂R0，直至輕按檢流計(jì)時(shí)，檢流計(jì)指針基本不偏轉(zhuǎn)（或偏轉(zhuǎn)在誤差允許范圍內(nèi)），此時(shí)電橋達(dá)到平衡。*注意：調(diào)節(jié)過(guò)程中，檢流計(jì)按鈕應(yīng)采用“點(diǎn)按”方式，待指針偏轉(zhuǎn)較小時(shí)再長(zhǎng)時(shí)間按下，以保護(hù)檢流計(jì)。4.數(shù)據(jù)記錄：記錄比例臂倍率K和比較臂R0的讀數(shù)。5.重復(fù)測(cè)量：為提高精度，可改變比例臂倍率（如可能），或?qū)ν浑娮柽M(jìn)行多次測(cè)量取平均值。六、數(shù)據(jù)記錄與處理（一）伏安法數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)表格（示例，內(nèi)接法）：序號(hào)電壓U(V)電流I(mA)R測(cè)=U/I(Ω):---:--------:---------:------------12............平均值R內(nèi)(Ω)（外接法數(shù)據(jù)表格類(lèi)似）2.計(jì)算與作圖：*對(duì)每組數(shù)據(jù)，根據(jù)R測(cè)=U/I計(jì)算電阻值。*分別計(jì)算內(nèi)接法和外接法測(cè)量電阻的平均值。*在坐標(biāo)紙上繪制U-I關(guān)系圖（以I為橫坐標(biāo)，U為縱坐標(biāo)）。圖線(xiàn)的斜率即為電阻的測(cè)量值。比較圖解法與計(jì)算平均值法所得結(jié)果。*若已知電表內(nèi)阻，可嘗試計(jì)算兩種接法下電阻的真實(shí)值，并分析測(cè)量誤差。（二）惠斯通電橋法數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)表格：待測(cè)電阻比例臂倍率K比較臂R0(Ω)Rx=K*R0(Ω)測(cè)量次數(shù)平均值Rx(Ω):-------:----------:-----------:--------------:-------:-----------Rx112..................2.計(jì)算：根據(jù)Rx=K*R0計(jì)算每次測(cè)量的Rx值，并求其平均值。（三）結(jié)果比較與分析*將伏安法（內(nèi)接、外接）測(cè)量結(jié)果與惠斯通電橋法測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。*分析不同測(cè)量方法產(chǎn)生誤差的主要原因。*討論伏安法中內(nèi)、外接法的選擇依據(jù)在本實(shí)驗(yàn)中的體現(xiàn)。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.安全第一：注意用電安全，避免電源短路。接線(xiàn)和拆線(xiàn)時(shí)務(wù)必?cái)嚅_(kāi)電源開(kāi)關(guān)。2.儀器保護(hù)：*電表量程選擇應(yīng)合適，避免指針超出量程損壞電表。若不知被測(cè)量大小，應(yīng)先從最大量程試測(cè)。*檢流計(jì)非常靈敏，使用時(shí)輕按按鈕，避免過(guò)大電流沖擊。3.電路檢查：每次接線(xiàn)完畢后，務(wù)必請(qǐng)教師或同學(xué)檢查無(wú)誤后，方可接通電源。4.規(guī)范操作：滑動(dòng)變阻器在電路接通前應(yīng)置于合適的初始位置（分壓最大或限流最小）。5.數(shù)據(jù)記錄：讀數(shù)時(shí)應(yīng)正視刻度，減小視差。原始數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確、清晰地記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上，不得隨意涂改。6.儀器歸位：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，整理好儀器和導(dǎo)線(xiàn)，保持實(shí)驗(yàn)臺(tái)面整潔。八、思考題1.伏安法測(cè)電阻時(shí)，兩種接法的系統(tǒng)誤差來(lái)源是什么？如何減小或修正？2.若一個(gè)待測(cè)電阻的阻值約為幾千歐，而所用電壓表內(nèi)阻為幾十千歐，電流表內(nèi)阻為零點(diǎn)幾歐，此時(shí)應(yīng)采用哪種接法？為什么？3.用惠斯通電橋測(cè)電阻時(shí)，若檢流計(jì)指針總偏向一邊，可能的原因有哪些？4.惠斯通電橋的比例臂選擇原則是什么？為什么？5.比較伏安法和惠斯通電橋法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)、實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)者、學(xué)號(hào)、班級(jí)、同組實(shí)驗(yàn)者（若有）、指導(dǎo)教師。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.實(shí)驗(yàn)原理：簡(jiǎn)述各測(cè)量方法的基本原理，畫(huà)出相關(guān)電路圖。4.實(shí)驗(yàn)儀器與器材：列出所用儀器的名稱(chēng)、型號(hào)、規(guī)格。5.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：簡(jiǎn)要復(fù)述主要實(shí)驗(yàn)步驟。6.數(shù)據(jù)記錄與處理：*清晰列出所有原始數(shù)據(jù)表格。*進(jìn)行必要的計(jì)算、作圖（用坐標(biāo)紙規(guī)范作圖）。*給出各待測(cè)電阻的測(cè)量結(jié)果（平均值）。7.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：*比較不同方法的測(cè)量結(jié)