《大学物理实验》课程教学资源（教案）补偿法测电阻

大学物理实验教案补偿法测电阻实验题目实验性质3教师陈长鹏基本实验实验学时1.学会正确使用电流表，电压表，电阻箱，变阻器，检流计等仪表。教学目的2，学会分析伏安法测电阻的各种不同接线方法所引起的系统误差。3.学习用补偿法测量电阻。重点补偿法的原理和检流计的使用1．补偿法的原理难点2．检流计的使用课前的准备：1.仪器设备的检查，注意检流计“电计”键必须弹起。时间的掌握：留由5分钟2.数据表格的设计。机动的时间。课上教学的设计：一、课上的常规检查（预习报告、数据表格的设计等）。（5分钟）二、讲解的设计(30分钟）1、引言通电待测电阻Rx温度一定时，用电压表，安培表分别测出Rx两端的电压U和通过R的电流I，可以利用欧姆定律计算出待测电阻R的值U教R =学过然而，当使用伏安法测量电阻时，由于忽略了通过电压表支路的电流，程造成电流表测量的电流值比实际通过待测电阻的电流值大，导致最终电阻值比的实际的电阻值偏小。设2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计计原则实验原理

大 学 物 理 实 验 教 案 实验题目 补偿法测电阻 实验性质 基本实验 实验学时 3 教师 陈长鹏 教学目的 1. 学会正确使用电流表，电压表，电阻箱，变阻器，检流计等仪表。 2 . 学会分析伏安法测电阻的各种不同接线方法所引起的系统误差。 3. 学习用补偿法测量电阻。 重 点 补偿法的原理和检流计的使用 难 点 1． 补偿法的原理 2． 检流计的使用 教 学 过 程 的 设 计 课前的准备： 1.仪器设备的检查，注意检流计“电计”键必须弹起。 2.数据表格的设计。 课上教学的设计： 一、课上的常规检查 （预习报告、数据表格的设计等）。 (5 分钟) 二、讲解的设计 (30 分钟) 1、引言 通电待测电阻 Rx 温度一定时，用电压表，安培表分别测出 Rx 两端的电 压 U 和通过 Rx 的电流 I，可以利用欧姆定律计算出待测电阻 Rx 的值 x U R I = 然而，当使用伏安法测量电阻时，由于忽略了通过电压表支路的电流， 造成电流表测量的电流值比实际通过待测电阻的电流值大，导致最终电阻值比 实际的电阻值偏小。 2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计 原则 实验原理 时间的掌握： 留由 5 分钟 机动的时间

由图3-12-5可知，调节R，使检流计G无电流通过时，电压表所测电压Ubd等于Rx两端的电压Uac，电流表测得的电流I正是通过Rx的电流，因而由.R.=Ud/I算得的正是待测电阻的值。3、实验的拓展：（由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学生利用现有的设备拓展出新的实验内容，培养学生的创新思维和创新能力。）用本实验中的电压表测量图7中R上的电压低于3V，这是为什么？要准确测出R上的电压降，应如何利用本实验中的仪器进行测量？试画电路图并说明测量方法。100E=6V4.数据的测量与处理数据处理步骤如下：1.算出电阻的平均值261=l2.求出电阻的A类不确定度

由图 3-12-5 可知，调节 R3 使检流计 G 无电流通过时，电压表所测电压 Ubd 等于 Rx 两端的电压 Uac，电流表测得的电流 I 正是通过 Rx 的电流，因而由 R U I x bd = 算得的正是待测电阻的值。 3、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学 生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新能力。) 用本实验中的电压表测量图 7 中 R1 上的电压低于３V，这是为什么？要准 确测出 R1 上的电压降，应如何利用本实验中的仪器进行测量？试画电路图并 说明测量方法。 4.数据的测量与处理 数据处理步骤如下： 1. 算出电阻的平均值 6 1 1 6 i i R R = =  2. 求出电阻的 A 类不确定度

R -R)u, (R)=6(6-1)3.分三步求出电阻的B类不确定度第一步：求出由仪器误差引起的电流和电压测量的B类不确定度A (U)△夜(1)us (U)= u ()=V3V3第二步：求出电阻的B类相对不确定度[us()Ur (R)= "s (R)uB(U)R.U.1YL根据不确定度取值应取可能值中的最大值的原则，U,和1,应取测量结果为最小值的一组代入上式进行电阻的B类相对不确定度的计算。第三步：求出电阻的B类不确定度UBe (R)=Rurer(R)4.求出电阻的合成不确定度u.(R)=Ju(R)+u (R)5.算酸求出电阻的扩展不确定度(k=2)U(R)=2xu. (R)6.写出结果表达式和相对不确定度R=R±U(R)u (R)=U(R)（要求用百分数表示）R5.介绍主要仪器设备与使用1．安培表C31-A量程7.5mA~30A，共12挡：内阻上压降：27~45mV：准确度等级0.52.伏特表C31-V量程：45mV~600V，共10挡：准确度等级：0.5；内阻值如表3-12-2所示。表3-12-2伏特表内阻值量程45mV75mV内阻1503003.检流计AC5/2型

( ) ( ) 6 2 1 ( ) 6 6 1 i i A R R u R = − = −  3. 分三步求出电阻的 B 类不确定度 第一步：求出由仪器误差引起的电流和电压测量的 B 类不确定度 ( ) ( ) 3 B i I u I  = 仪 ( ) ( ) 3 B i U u U  = 仪 第二步：求出电阻的 B 类相对不确定度 ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 Bc i B i B i rel i i i i u R u U u I u R R U I     = = +         根据不确定度取值应取可能值中的最大值的原则， Ui 和 i I 应取测量结果 为最小值的一组代入上式进行电阻的 B 类相对不确定度的计算。 第三步：求出电阻的 B 类不确定度 u R R u R Bc i i rel i ( ) = ( ) 4. 求出电阻的合成不确定度 ( ) ( ) ( ) 2 2 c A Bc i u R u R u R = + 5. 算酸求出电阻的扩展不确定度 U R u R ( ) = 2 k=2 c ( ) ( ) 6. 写出结果表达式和相对不确定度 R R U R =  ( ) ( ) ( ) rel U R u R R = （要求用百分数表示） 5．介绍主要仪器设备与使用 1. 安培表 C31-A 量程 7.5mA~30A，共 12 挡；内阻上压降：27~45mV；准确度等级： 0.5 2. 伏特表 C31-V 量程：45mV~600V，共 10 挡；准确度等级：0.5；内阻值如表 3-12-2 所示。 表 3-12-2 伏特表内阻值 量程 45mV 75mV 内阻 15Ω 30Ω 3. 检流计 AC5/2 型

AC5/2型为磁电式电表，面板如图3-12-6所示。其主要参数为：分度值不大于2×10-A/div；内阻不大于500接线柱O?零位调节盘保护钮反射镜“电计”短路”按钦按键开关图3-12-6AC5/2型直流指针式检流计面板图6.强调实验中要注意的问题1)、检流计不能长时间通过过大的电流，否则容易烧毁。2）、接通电源之前必须先检查电键是否断开。3)、电流表和电压表的接法必须正确。(95分钟）三、学生的实验开始四、指导实验实验前30分钟不解答问题，给学生自己理解消化的时间，30分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答.重点辅导：五、检查实验的结果，签字六、实验小结（实验结束前的5分钟）1、实验中有哪些影响测量准确度的因素？2、什么情况下，电压表测得的电压正好等于R，两端的电压？3、R在电路中起什么作用？粗调时K,为什么不能合上，什么时候K,应该合上？

AC5/2 型为磁电式电表，面板如图 3-12-6 所示。其主要参数为：分 度值不大于 6 2 10 A/div −  ；内阻不大于 50Ω。 图 3-12-6 AC5/2 型直流指针式检流计面板图 6．强调实验中要注意的问题 1）、检流计不能长时间通过过大的电流，否则容易烧毁。 2）、接通电源之前必须先检查电键是否断开。 3）、电流表和电压表的接法必须正确。 三、学生的实验开始 (95 分钟) 四、指导实验 实验前 30 分钟不解答问题,给学生自己理解消化的时间,30 分钟后边指导 边提出一些问题启发学生解答.重点辅导: 五、检查实验的结果,签字 六、实验小结 （实验结束前的 5 分钟） 1、实验中有哪些影响测量准确度的因素？ 2、什么情况下，电压表测得的电压正好等于 R x 两端的电压？ 3、 R4 在电路中起什么作用？粗调时 K2 为什么不能合上，什么时候 K2 应该 合上?

课1.分析本实验主要误差来源，计算电阻的合成不确定度。后2.本实验中所用电表的准确度等级为0.5，量程分为150格。若电压表用3V量程时，思以V为单位，其示值可读到小数点后第几位？若电流表用7.5mA量程时，以mA为单位，考可读到小数点后第几位？题[1]陈国杰，黄义清．补偿法测电阻电路的改进及应用。教学仪器与实验.2004，Vol.参20(15):26~27考[2]赵正权.完全补偿法测量电阻及误差分析.大学物理.2005,Vol.24(9):48~49文献[3]刘永萍，补偿法在电学测量中的应用．科技创新导报.2008,No.22:106《物理实验》教案（补偿法测电阻）陈长鹏武汉理工大学一一理学院物理实验中心

课 后 思 考 题 1．分析本实验主要误差来源，计算电阻的合成不确定度。 2．本实验中所用电表的准确度等级为 0.5，量程分为 150 格。若电压表用 3V 量程时， 以 V 为单位，其示值可读到小数点后第几位？若电流表用 7.5mA 量程时，以 mA 为单位， 可读到小数点后第几位？ 参 考 文 献 [1] 陈国杰, 黄义清. 补偿法测电阻电路的改进及应用. 教学仪器与实验. 2004, Vol. 20(15):26~27 [2] 赵正权. 完全补偿法测量电阻及误差分析. 大学物理. 2005, Vol. 24(9): 48~49 [3] 刘永萍. 补偿法在电学测量中的应用. 科技创新导报. 2008, No. 22:106 《物理实验》教案 （补偿法测电阻） 陈长鹏 武汉理工大学——理学院物理实验中心