物理君今天要说一说的是『电流表的内外接法』。在测量电阻的各种方法中,伏安法测电阻是最基本也是最简单的方法。
电流表的内外接法
伏安法测电阻的接线方式有两种,如下图所示。
左边的称为“内接法”,右边的称为“外接法”。对于理想电表来说,两种接法是等效的。理想电流表指的是内阻忽略不计的电流表,理想电压表指的是内阻非常大的电压表。
用电流表测出电流,用电压表测出电压,根据欧姆定律,即可算出待测电阻的阻值。
内外接法的差别
首先弄清楚一个前提:电流表测量的是通过它的电流,而电压表测量的是它两端的电压。
电流表内接法,所测电流确实是通过待测电阻的电流,但电压表测量的却是电流表和待测电阻串联之后的总电压,所以计算出来的结果应该比待测电阻的阻值大。
电流表外接法,所测电压确实是待测电阻两端的电压,但电流表测量的却是电压表和待测电阻并联之后的总电流,所以计算出来的结果应该比待测电阻的阻值小。
哪种更准
两种测量方法都是不准确的,内接法测量出来的结果偏大,外接法测量结果偏小——这是大内小外的第一层意思。虽然测量不准确,但是如果误差较小的话,也还是可以接受的。下面分析一下到底那种测量方法更加合适。
待测电阻一般不会远远小于电流表内阻,也不会远远大于电压表内阻,否则挑选起来就很简单:大内小外。在计算误差的时候,选择相对误差,即用测量值和实际值的差比上实际值。内接法和外接法的误差分别如下:
由上面式子可知,当待测电阻越大,内接法误差越小,而外接法误差越大,所以大电阻用内接法而小电阻用外接法。那临界值又是多少呢?我们可以令,从而解出临界值,如下:
解方程得:
这哪里有解出嘛!很多童鞋在解方程的时候都容易犯这个毛病,解出来的结果,右边还含有未知数。不过,这里并不是想做错误示范,而是真的这么解。如果与已经大小相当的情况下,那是没有选择难度的,直接选择内接法,所以我们只需要讨论的情况,即:
这就是临界值,一般情况下,我们直接那这个临界值来判断:如果待测电阻大于临界值,就用内接法,小于临界值就用外接法。
扯淡结尾
(Ⅰ)准确的临界值是下面那个
不过,在测量待测电阻之前,如果能这么精细地去比较临界值,那也不太可能。所以,一般不需要这个精确的临界值。
(Ⅱ)『大内小外』万一记错了,记成了『大外小内』怎么办?
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