中学物理实验技能训练讲义正文 - 图文(3)

中学物理实验技能训练讲义

1．若取金属导线直径为0.5mm，用螺旋测径器测量直径d，螺旋测径器的最小分格为0.1mm，则测量的仪器误差?d?0.005mm，因此?d?0.005?1%,正好满足误差

d0.5分配的要求。

2．测长度l是用米尺，米尺的最小分格为1mm，用它测量长度时，正常情况下测得的最大绝对误差?l?0.5mm，?若要使?l?0.1%，则可取1?l?l?500mm，由于 0.1%考虑到电阻值的需要，今取l?900mm，则?l?0.056%远小于分配给该项的误差。测

l量时，长度的起始线要与米尺一端的某一刻度线对齐。

?????在选取l?900mm左右时，镍铬丝直径为0.5mm，其电阻值约5?左右（可由导线的电阻率等算出）。

3．测量电阻的相对误差：?R包括所用测量电路的系统误差和测量电表的误差两

R部分。

???? ①用伏安法测电阻所用测量电路产生的系统误差 ???? 伏安法测电阻所用的电路，有安培表内接法（如图3-1）和安培表外接法（如图3-2）。

VRXVARXAERPK

ERPK 图3-1 内接法 图3-2 外接法

用安培表内接法测电阻RX时，设伏特表的内阻为RV，安培表的内阻为RI，则电阻RX的真实值为RX?U?RA。式中U、I分别为伏特表和安培表的读数。测量中若用部分

I'电路欧姆定律计算，计算值为RX，即：RX?'U。 I? ? 则产生的系统相对误差为

??RXRXR?A?100%。

RXRX?? 可见要使相对误差较小，则应满足RA??RX的条件。 ??? 用安培表外接法电路（图3-2）测电阻ＲX时，其真实值为RX?U。 UI?RV11

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若今计算仍用RX?'UR??RX1， 则产生的系统相对误差为：X，由此可?RIRX1?VRX见，要使系统相对误差较小，必须：RVRX。

?? ?若待测电阻RX为5?左右，若用直流伏特表（J0408?型）的3V量程档测电压，相应的伏特表内阻约3K?，则用安培表外接法，可以使电路的系统相对误差小于0.2％，比用安培表内接法的系统相对误差小得多，所以应该选用安培表外接法电路。?

②伏特表、安培表的测量误差

????测量电阻所用的公式为RX?最大相对误差为:

'U,直接测量量为Ｕ，Ｉ,根据误差理论得，测电阻的I?R?U?I。伏特表精度为2.5级，若用3V量程进行测量，???RUI则产生的最大绝对误差为△Ｕ＝3×2.5％＝0.075（Ｖ）。?安培表的精度也为2.5级，若

用0.6Ａ量程测电流，产生的最大绝对误差为0.?6×2.5％＝0.015（Ａ）。

电表测量结果的相对误差还与测量值有关。若实验中使实际电压在2～3Ｖ，则产生的

?U?I在3.75%~2.5%范围;若实验使实际电流在0.4A~0.6A,则产生在3.75%~2.5%范围?UI总之若测量值取在电表的量程2/3以上，则伏特表、?安培表测电阻的最大相对误差?R。 ?(3.75%?3.75%)?7.5%R?? 若再考虑安培表外接法带来的系统相对误差0.2％，?则测电阻的总的系统误差?R?7.7%也能满足分配的相对误差的要求。 R ??总之，若取直径为0.5mm、长为90cm的镍铬金属导线，?其电阻阻值约为5Ω，采用安培表外接法电路，进行测量电阻，?在测量值为电表的量程的2/3以上范围内，用伏安法测电阻，最终测得的镍铬丝的金属的电阻率的最大相对误差为（2×1＋0.056+7.7）％＝9.8％，不超过10％，完全能满足实验的要求。如果各项误差的总和大于预定的10％要求，则应重新调整误差分配的方案和选用的器材，重新作分析和计算，直到符合预定的要求为止。

????经过以上的分析可知，在满足预定方案的条件下，正常测量的ρ的最大相对误差??应在10%以内教师也可由此确定学生实验结果合格的误差范围??

???【实验内容】

1．研究中学“测定金属的电阻率”实验的目的和实验方案，参照上述误差分析法所用的器材，制定实验方案。

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2．用螺旋测径器，测出镍铬金属丝的直径d，从不同的方向测量３次，再换一个地方同法测３次，求出导线d。

3．测量金属导线的长度ι三次，求出ι。

4．用伏安法测电阻，先用安培表外接法，测出金属导线的电阻RX，并算出其相对误差。

5．如果改用安培表内接法，测出金属导线的电阻RX，?并算出其相对误差。与安培表外接法测得的相对误差作比较，哪一个较大？与理论分析的情况是否一致？

6．用伏安法测电阻，改用不同的电压、电流值进行测量，求出RX。

s?d2,将RX,l,d,代入上式求出ρ，?计算一7．利用测电阻率的公式??R和S?l4下测ρ的相对误差有多大？

8．根据误差理论以及你试做的实验，分析一下，如何指导中学生做好这一实验。 【思考分析】

1．实验中如果用准确度为0.1mm?的游标卡尺去测量金属导线的直径是否可以？为

什么？

2．怎样才能减小电阻通电后使导线发热带来的测量ρ的相对误差？ 3．在指导中学生做这一实验时，应该说明哪些注意事项。? 4．制定进行这一实验的课时计划。

【报告要求】

1. 写出该实验应用于中学物理教学的教学目的和教学要求。 2．正确记录数据，进行严谨的分析处理，得出结论。 3．分析实验误差及其来源。

4．认真分析在中学该如何指导学生做好该实验。

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实验四 用安培表和伏特表测定电池电动势和内阻的研究

?【实验目的】

1．知道高中电学实验“用安培表和伏特表测定电池的电动势和内电阻”的教学目的。 2．掌握根据误差理论分析来确定实验方案、选择实验仪器，进行实验设计的方法。 3．研究如何指导学生做好该实验，如何减小实验误差。 ?【实验器材】

????? 伏特表、安培表、滑动变阻器、电池、电键、导线。

?【实验原理与方案】

?????如图10-1所示，利用闭合电路欧姆定律，改变电路中可变电阻Ｒ的阻值，从伏特表和安培表中读出几组Ｉ、Ｕ值，利用公式： ???????? U1???I1r ???????? U2???I2r

RXAVE图10-1 电路示意图

K

? 求出几组ε，r值，最后分别算出它们的平均值。

????此外，还可以用作图法来处理数据，即在坐标纸上以Ｉ为横坐标、Ｕ为纵坐标。用测出的几组Ｉ、Ｕ画出Ｕ－Ⅰ图象，所得直线跟纵轴的交点即为电动势值。图线斜率的绝对值即为内电阻r的值。

????要做好这个实验，我们至少有以下二个问题需要进一步探讨： （一）实验方案的选择

????用伏安法测定Ｉ、Ｕ的电路可以有两种方案，即安培表内接法与安培表外接法，下面我们来讨论二种方案的误差。 ????（1）对安培表内接法： ????测量值：

????? ??U1?I1r，

??U2?I2r

???U?U2I2U1?I1U2 以及r?1。

I2?I1I2?I1 14

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而真实值则为：

??U1?I1(r?RA)

???????? ??U2?I2(r?RA)

I2U1?I2U2????真I2?I1????????? ??

U?U2?r?1?RA真?I2?I1?可见测量误差：???0，????????（2）对安培表外接法

?????测量值：

r真?r测r真?RA。 r真I2U1?I1U2????I2?I1??????????U1?I1r，??U2?I2r??

?r?U1?U2?I2?I1?I2U1?I1U2????真U1U?U2I2?I1?1?U1?(I1?)r?RVRV??????

U?UU112?r??U2?(I2?)r真U1?U2?RVI?I?21?RV?R真R真?RV。

????而真实值则为：???????实验误差：???0，?r??比较两个方案可能看出，电动势 …… 此处隐藏：1735字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……