半偏法测电流表内阻实验的改进

1、半偏法测电流表内阻实验的改进叶利华1,王开奎2重庆合川中学,重庆市合川市401520小量程电流表G 的内阻一般只有几十欧或几百欧,由于它的满偏电流很小,其内阻很难用伏安法测得,所以常采用半偏法测量,尽管半偏法操作简便,器材易备,但测量结果总是偏小。笔者仔细分析了导致这一误差的根源,并对实验电路加以改进,从而提高了测量结果的准确性。1 原理及操作按如图1所示电路连接器材,将滑动变阻器R 置于最大阻值,电阻箱R c 置于最小阻值,开关S 1、S 2均断开。先合上S 1,调整R的阻值,使电流表G 的指针偏转到满刻度。若将电源内阻计入滑动变阻器R 的阻值中,则满偏时干路电流为I =I g =ER +R

2、 g。¹再合上S 2,调整R c 的阻值,使电流表G 的指针偏转到满刻度的一半,则半偏时干路电流为I c =ER +R g R c R g +R c。º又因为(I c -I 2R c =I2R g。»由¹、º、»式得R g =RR c R -R c =R c 1-R c R。¼当R m R c 时,可以认为R g =R c 。2 误差分析当合上S 2,调整R c 的阻值,使电流表G 半偏时,由于R c 的接入,电路的总电阻略有减小,干路电流略有增大,此时流过R c 的电流略大于I g2。故R c 的阻值略小于R g ,即电流

3、表内阻的测量值略小于真实值。显然,该实验原理的不完善性是引起这一系统误差的根本原因,其相对误差大小为G =R g -R cR g100%。½由¼、½式得G =R cR100%。从上式可知,要减小误差,提高测量结果的准确性,必须使R m R c ,即应选用大阻值的滑动变阻器;同时,为了使电流表G 达到满偏,电源电压也应大一些。然而,即使满足这些实验条件,系统误差仍然存在。笔者认为可以通过电阻补偿,采用逐步逼近的方法消除系统误差。3 实验改进3.1实验器材:电流表G (I g =200L A,电流表G c (I g c =300L A,滑动变阻器R(02k 8,滑动变

4、阻器R 0(0508,电阻箱(099998,干电池一节,单刀开关二只,导线若干。3.2实验步骤:(1按图2所示电路连接器材,R 置于最大阻值,R 0和R c 均置于最小阻值,开关S 1、S 2均断开。(2先合上S 1,调整R 0和R,使电流表G 满偏,记下此时电流表G c 指针所指的刻度数。(3再合上S 2,调整R c ,使电流表G 半偏,这时可发现电流表G c 的读数偏离了原来记下的刻度数。(4多次反复调整R 和R c ,使电流表G c 的指针仍指示原来记下的刻度数,而电流表G 的读数恰又在半偏,记下此时电阻箱R c 的阻值,则R g =R c 。在改进后的实验中,电流表G c 显示了干路电

5、流大小不变,从而消除了因/干路电流略有增大0带来的系统误差;同时,用改进后的实验测量电流表内阻,其测量结果的准确性与电源电动势、电源内阻及滑动变阻器R 均无关。将/半偏法测电流表内阻实验的改进0实施于教学活动中,有利于培养学生的创造性思维能力,有利于提高学生对实验的探究能力。第23卷总第253期2005年第10期(上半月物 理 教 学 探 讨Journal of Physics TeachingVol.23 No.253(S 10.2005 .61 .自制新型的光电效应演示器周晓旭贵州镇远中学,贵州省镇远市557700现行高中教材对光电效应的引入是:/把一块擦得很亮的锌板连接在验电器上,用弧光

6、灯照射锌板,验电器的指针就张开了,这表示锌板带了电,进一步的检查表明锌板带的是正电。这个实验说明在弧光灯的照射下,锌板中的一些自由电子从表面飞出来,锌板缺少了电子,于是带正电0。锌的极限频率为8.07#1014HZ,可见光不能使其产生光电效应,只有紫外线或伦琴射线能使锌板飞出光电子。弧光灯就是用来获得紫外线的。但许多学校未配备有弧光灯,课本中的实验实际很少演示。目前演示电效应的成套仪器是J 2517光电效应演示器,主要元件是光电管,缺点是没有课本引入的实验直观。为了能演示课本中的实验,我利用白炽灯泡内的惰性气体放电获得紫外线,并与锌板做成一套演示光电效应的教具,演示效果明显。下面简要介绍其制作

7、和操作方法。1 制作方法制成的仪器如图1所示,在一块长24cm 宽9cm 的木底板上距一端2cm 处竖直安装一块高14cm 宽6cm 的木板,并在其上端安装一个座式灯座,并从灯座的一个接线柱上引出一根导线作为阴极;在白炽灯泡顶部用透明胶布粘贴一小块金属片,并从金属片上引出一根导线作为阳极。将灯泡安装在灯座上。又在木底板上距灯泡顶部2cm 处固定一个可转动的橡皮塞(或其它的绝缘材料作为支座,其上安放一块擦亮的锌板(长10cm 宽8cm ,并从锌板上引出一根导线,以便连接指针验电器。这样一个用于演示光电效应的教具就制成了。2 实验方法将上述自制的光电效应演示器与感应圈, 学生电源,指针验电器连接成

8、如下电路(图2,可以演示光电效应,并说明其规律。实验演示说明:将事先备有的一块普通玻璃挡在灯泡前面,使紫外线不能透过玻璃板照射到锌板上。打开学生电源,先使电源输出为8V ,灯泡内发生气体放电产生紫外线,但由于有玻璃遮挡,验电器指针并不张开。抽走玻璃板,有紫外线照在锌板上,验电器指针立即张开。将电源输出电压由8V 调增至12V ,灯泡内气体放电变得更加强烈,产生紫外线增多,验电器指针张角增大。上述实验现象很好地说明了光电效应如下几条规律:1、产生光电子的过程非常快。2、光电子的数目与入射光强度成正比。3、对于任何一种金属,入射光的频率必须大于该金属的极限频率,才能出现光电子。当入射光的频率低于该金属的极限频率时,即使光较强,照射时间较长,也不能产生光电效应。(栏目编辑 王柏庐参考文献:1全日制普通高中教科书物理第二册.北京:人民教育出版社,2002.2全日制普通