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在探究串并联电路的电流规律时是用一个电流表测三次还是用三个电流表一次测完好?

(2015-12-26 19:37:48)
标签:

教育

教学

物理

初中

分类: 教学交流

在探究串并联电路的电流规律时是用一个电流表测三次还是用三个电流表一次测完好? 

    人教版教科书中使用的是用一个电流表测三次,我想它测三个点的电流,并比较它们的关系,为了体现控制变量,只改变它的位置,而其它的都不改变,体现人教版探究的思想性。

 

但有的资料中讲可以对这个实验进行改进,三个点同时用三个电流表一次测完,即可以节约实验时间也可以防止电路中电流在长时间的使用中变小。

到底哪个更好,这需要我们进一步分析。我想还是从电流表的误差开始分析。

电流表,其表面都有一些符号表明该表的性能,其中有一项指标,指出该表的准确度等级。我国常用电工仪表分为七级,分别为:0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等级数,该数字的含义及它与测量误差的关系,下面作以说明。

利用电表测量时的误差主要有三类:


①仪器误差:由于电表结构和制作上的不完善所引起,例如轴承摩擦,分度不准,游丝的变形等原因,使得电表的指示值与真值有误差。

②读数误差:由于读数不准引起的误差。

③附加误差:这是由于外界因素的变动对仪表读数产生影响而造成的。外界因素指的是温度、电场、磁场等。当电表在正常情况下(符合仪表说明书上所要求的工作条件)使用和读数时,测量的误差可只考虑仪器误差。

大家都知道,测量时总存在一定误差,示值与真值(实验值)之间的差值称为绝对误差。但绝对误差不能确切地反映出测量的准确程度,故常用相对误差,即绝对误差与真值之比的百分数来评价测量的准确程度。相对误差越小,准确度就越高。相对误差虽可说明测量结果的准确度,但不能用它来评价电表的准确度,这是因为电表在测量中有规定的范围,在此范围内即使标尺上各示值的绝对误差均保持恒定,但相对误差却不恒定。随着刻度示值的减小,其相对误差反而变大,故不能用相对误差来表示电表的准确度,而往往用绝对误差与标尺满度(即量程)之比的百分数表示,常称为引用误差,δ=(Δx/xm)×100%。

但在电表标度尺上各点的绝对误差不可能相等。一般在制造时给出一个公共的允许最大误差限度Δxmax,叫做最大允许绝对误差,它表示所有各示值上的绝对误差都不超过的Δx值,故用最大允许绝对误差Δxmax与仪表最大量程xm的比值的百分数来表示仪表的准确度(δm)。实际上是用最大允许相对误差(即最大引用误差)表示电表的准确度

按照国家标准《电测量指示仪表通用技术条件》规定,用引用误差表示基本误差时电表分为七级。当δm=0.2%,便称该表为0.2级。从①式可知该表示值的允许最大绝对误差为Δxmax=xm·δm=xm·K%。②式中K就是上述七级的等级数,那末测量值的可能范围即为x±Δxmax。

例如,用一个0.2级、量程为10毫安的电流表,测量某电流时示值为8.61毫安,根据②式该示值的最大可能绝对误差为ΔI=10毫安×0.2%=0.02毫安。测量值可能范围为I=8.61±0.02毫安。

可见,对于相同量程的电表其等级数越小,由电表引起的误差就越小,但从②式知,误差是与量程的选取有关,所以必须权衡考虑。就以上例来讲,由计算得到ΔI=0.02毫安,故测量值的相对误差可表示为

若以等级为0.1级、量程为100毫安电表再进行测量,其示值为8.6毫安,则

ΔI=100毫安×0.1%=0.1毫安,

 显然在选用电表时必须同时考虑级数及量程,不然将适得其反。上例中0.1级、量程100毫安的电表使用不当,指针偏转过小,故也会造成较大的相对误差。所以要根据被测量的大小,选用合适的量程。所选量程太小会损坏电表;选用的量程过大,会因指针偏转太小而降低了测量准确度。在同一量程中,指针偏转越大,相对误差越小,测量准确度越高。测量中应尽可能使指针偏转较大,一般要求指针偏转超过满度的2/3以上,这样误差就比较小。

通过上面的分析,在看一下我们的实验通常情况下在探究串联电路时通过两个小灯泡的电流是0.25A左右选择的量程是0.6A,(要求指针偏转超过满度的2/3以上),一般情况下学生电流表的准确度等级是2.5的。也就是说它的误差是0.015A.

三个电流表很难做到误差完全一样,而同一个电流表在不同点做三次就可以弥补上述缺陷,所以我认为,还是人教版的方法较好一些。

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