巧设电路 消除误差

在电路实验中，常用安培表和伏特表测量电路中的电流和电压，实验时由于电流表、电压表的接入，在测试电路中不可避免地要分压、分流，改变被测电路的工作状态，产生系统误差。一般情况下我们采用控制电表分压、分流作为减小系统误差的有效途径，但系统误差只能减小不能消除，笔者在教研工作中发现：只要巧妙地设置电路，就可以在一些实验中消除系统误差，下面以人教版高中物理第二册第228页学生实验三“描绘小灯泡的伏安特性曲线”为例，进行例说。

“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验电路如图1和图2两种情况，图1是电压表内接电路，其特点是电压表测量的数值是小灯泡两端的实际电压，而电流表测量的数值不是通过灯泡的实际电流。图2是电流表内接电路，其特点是电流表测量的数值是通过小灯泡的实际电流，而电压表测量的数值包含电流表的分压值，不是小灯泡两端的实际电压。图1、图2两个电路实验时所描绘出小灯泡的伏安特性曲线均含有电压表分流或电流表分压所造成的系统误差。为了在实验中得到小灯泡准确的伏安特性曲线，对图1和图2两个实验电路进行改进，改进后的电路分别如图3和图4所示。图3电路中四个电表构成两级电压表内接电路，且两个电压表电器参数相同，其原理如下：电压表V2的分流：IV2=I2-I1（1）

因两电压表电器参数相同，其示数大小与其分流大小成正比。

即：U1/U2=IV1/IV2（2）

由（1）和（2）得：

IV1=U1/U2•IV2=U1/U2（I2-I1）（3）

（3）式表明：电压表V1的分流大小，可借助电表监测，依据电表示数便可消除电压表分流产生的系统误差。

灯泡两端的实际电压是电压表V1的示数U1，通过灯泡的实际电流是：I灯=I1-IV1（4）

改变可变电阻器的阻值，就可得出相对应的U1和I灯，由此可以准确的绘出小灯泡的伏安特性曲线。图4电路四个电表构成两级电流表内接电路，且二个电流表的电器参数相同。其原理如下：

电流表A2的分压，UA2=U1-U2（5）

因两电流表的电器参数相同，其示数大小与其分压大小成正比：

即：I1/I2=UA1/UA2（6）

由（5）和（6）得：

UA1=I1/I2•UA2=I1I2（U1-U2）（7）

（7）式表明，电流表A1的分压大小，可借助电表监测，依据电表示数便可消除电流表分压产生的系统误差。

灯泡两端实际电压是：U灯=U1-UA1（8）

通过灯泡的实际电流是：A1的示数I1。

改变可变电阻器的阻值，就可以得出相对应的U灯和I1，由此可以准确的绘出小灯泡的伏安特性曲线。由上述可知四个电表分别构成两级安培表外接电路和两级伏特表外接电路，组成了一个既具备常规测试功能又具备监测功能的双重电表电路，便可消除实验系统误差。

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