大学物理实验报告 第一部分（实验目的与原理）
学部（院） 文正学院
实验日期 2018/3/6
姓名 某某某 学号 1700000 成绩
专业 电子信息
【实验名称】
实验3.21 电子元件伏安特性的测量
【实验目的】
1). 掌握用伏安法测电阻时系统误差的修正方法。 2).了解合成不确定度的计算方法。
【实验原理】
电子元件的伏安特性是指加在电子元件两端的电压变化时.流过该元件的电流相应变化关系。如果二者呈线性关系，则称该元件为线性元件，如常用的电阻、电阻箱、滑动电阻器等；如果二者的变化不是线性关系，则称该元件为非线性元件，如二极管、热敏电阻等。因此，根据一个电子元件的伏安特性，就可知其导电特性，以确定它在电路中所起的作用。
1).电阻的伏安法测量
电阻的伏安法测量电原理图如下所示。
根据欧姆定律，有：U=I*RX
在同时测得电阻两端电压和流过电阻的电流后，即可求出电阻值Rx.
若电键K2与“1”接通，则称为电流表内接法;若电键K2与“2”接通，则称为电流表外接法.
由于电流表、电压表均有内阻（分别为RA和RV)，所以不论用线路图中的何种接法，都不能严格满足式U=I*RX。
如用内接法，则电压表所测电压为Rx+RA两端的电压;
若用外接法，则电流表所测电流是流过电阻Rx和流过电压表RV的电流之和. 这样将给测量带来系统误差，称为“接入误差”或“方法误差”.但这种系统误差是有规律可循的，当将误差修正后，就得到了测量的准确结果。
(1)内接法系统误差的修正
设电压表和电流表测出的电压和电流分别为U和I。其中U=Ux+UA,则有公式：
Rx=Rx’-RA=U/I -RA
(2)外接法系统误差的修正 有关公式：
Rx’=U/I=U/(Ix+Iv) =Rx||RV=(Rx*RV)/(Rx+RV)
Rx= Rx’*RV/(RV-Rx’)
修正值= Rx’- Rx= Rx’- Rx’*RV/(RV-Rx’)= - (Rx’)2/(RV-Rx’)
(3)测量结果的完整表达式
1)如果不考虑仪器误差，则实验过程中多次测量的随机误差Si,可用来评估A类不确定因素.
2)如果不考虑方法误差，则仪器误差引起的不确定度由R=U/I公式传递。 3)如果考虑仪器内阻，就由内接或外接修正计算式传递，应在计算不确定度前予以修正。所以，测量结果为：
R=Rx±uc,Rx
【实验仪器】
电流表、电压表、直流稳压电源、滑动变阻器、待测电阻、待测二极管、导线若干等。其中，电流表内阻RA=0.5Ω，电压表内阻RV=10kΩ，电表等级均为0.5级。
要求：实验完毕后关闭电源，拆下连接线，整理好上述所有器材！
大学物理实验报告 第二部分（实验记录） 学部（院） 文正学院
实验日期 2018/3/6
姓名 某某某 学号 1700000 成绩
专业 电子信息
【原始实验数据及实验现象记录】
原始实验数据如下：
表1 测量条件：E=5V，待测电阻Rx1=20Ω，内接法测量的原始数据 I Rx' 电压表量程 电压表刻度 电流表量程 电流表刻度 U 5 0.19 50 0.87 0.95 43.50 21.84 5 0.15 50 0.70 0.75 35.00 21.43 21.61 5 0.11 50 0.51 0.55 25.50 21.57 表2 测量条件：E=5V，待测电阻Rx1=20Ω，外接法测量的原始数据 I Rx' 电压表量程 电压表刻度 电流表量程 电流表刻度 U 5 0.13 50 0.66 0.65 33.00 19.70 5 0.15 50 0.77 0.75 38.50 19.48 19.43 5 0.17 50 0. 0.85 44.50 19.10 表3 测量条件：E=10V，待测电阻Rx1=1kΩ，内接法测量的原始数据 电压表量程 电压表刻度 电流表量程 电流表刻度 U I Rx' 10 0.78 10 0.76 7.80 7.60 1.03 10 0.75 10 0.72 7.50 7.20 1.04 1.05 10 0.71 10 0.66 7.10 6.60 1.08 表4 测量条件：E=10V，待测电阻Rx1=1kΩ，外接法测量的原始数据 电压表量程 电压表刻度 电流表量程 电流表刻度 U I Rx' 10 0.72 10 0.67 7.20 6.70 1.07 10 0.75 10 0.60 7.50 6.00 1.25 1.18 10 0.71 10 0.59 7.10 5.90 1.20 Rx 21.11 Rx 19.46 Rx 1.05 Rx 1.18 实验现象记录：
按照【实验步骤】选用标称阻值为20Ω的Rx，先后按内接法、外测法测量，通过更换观察者，或略微改变滑动变阻器R，共测量三组U和I（读数*量程），计算三个Rx'值，再计算三个Rx'的平均值。
内接法测量时，按Rx=Rx'-RA修正求出Rx。
外接法测量时，按Rx=Rx'•Rv/(Rv-Rx')修正求出Rx。
对照被测电阻的标称值，核对数据，直到没有疑义为止，然后作记录。 整理桌面，结束实验。
大学物理实验报告 第三部分（实验方法与结果讨论） 学部（院） 文正学院
实验日期 2018/3/6
姓名 某某某 学号 1700000 成绩
专业 电子信息
【实验方法及步骤】
在理解实验原理的下，按下面步骤进行操作：
1).在关闭直流稳压电源状态下，选用标称阻值为20Ω的待测电阻Rx1,按实验电原理图连接电路确保电压表、电流表和电源极性的正确连接；
2).在断开K1状态下，调节直流稳压电源E电压=5V；
3).在断开K1状态下，确保滑动变阻器R滑点c滑向a侧到底； 4).将K2置于“1”，按内接法测量；
5).接通K1，调节滑动变阻器R，观察电压表和电流表变化，直至电压表和电流表指针适当位置（避免过小或过大），记录U和I（读数*量程），计算Rx'。更换观察者，或略微改变滑动变阻器R，共测量三组U和I，计算对应的Rx'；对照被测电阻的标称值，核对数据，直到没有疑义为止；
6).将K2置于“2”，按外接法测量；
7).重复步骤5)，测量三组U和I，计算对应的Rx'；
8). 在断开K1状态下，确保滑动变阻器R滑点c滑向a侧到底。改用标称阻值为1kΩ的待测电阻Rx2, 调节直流稳压电源E电压=5V；
9). 重复步骤4)至7），分别按内接法和外接法，各测量三组U和I，计算对应的Rx'；
10).关闭电源，拆除连接，整理桌面。
11).进一步计算和核对Rx'的平均值、Rx、Ra,Rx'、ua、ubA、ubV、uc和Rx±uc，填写表格。
【实验数据处理及实验结果】
有关公式： Rx'的平均值:
关于Rx'的不确定度A分量
内接法测量时，Rx=Rx'-RA ，不确定度A分量:
外接法测量时，Rx=Rx' • Rv /(Rv-Rx')，不确定度A分量: 不确定度B分量:
电压表的不确定度B分量为ub,V ；电流表的不确定度B分量为ub,A 合成不确定度 ：
测量结果： Rx±uc
实验结果见下表（测量数据的单位：电压V，电流mA，电阻Ω）。
U I 0.95 43.50 0.75 35.00 0.55 25.50 表1 测量条件：E=5V，待测电阻Rx1=20Ω，内接法测量 Rx' Rx Ua,Rx' ua ub,V ub,A uc 21.84 21.43 21.61 21.11 0.12 0.12 0.01 0.00 0.12 21.57 表2 测量条件：E=5V，待测电阻Rx1=20Ω，外接法测量 Rx' Rx Ua,Rx' ua ub,V ub,A uc 19.70 19.48 19.43 19.46 0.17 0.17 0.01 0.00 0.18 19.10 表3 测量条件：E=10V，待测电阻Rx1=1kΩ，内接法测量 Rx' Rx Ua,Rx' ua ub,V ub,A uc 1.03 1.04 1.05 1.05 0.01 0.01 0.03 0.00 0.03 1.08 表4 测量条件：E=10V，待测电阻Rx1=1kΩ，外接法测量 Rx' Rx Ua,Rx' ua ub,V ub,A uc 1.07 0.05 0.03 0.00 0.06 1.25 1.18 1.18 0.05 1.20 Rx±uc 21.1±0.1 U I 0.65 33.00 0.75 38.50 0.85 44.50 Rx±uc 19.5±0.2 U 7.80 7.50 7.10 I 7.60 7.20 6.60 Rx±uc 1.05±0.03 U I 7.20 6.70 7.50 6.00 7.10 5.90 Rx±uc 1.2±0.1
【问题讨论】
1).什么情况下适用于内接法测量？什么情况下适用于外接法测量？
答：当RA<>Rx时，可用电流表外接法。2).对本实验给定的电阻，哪种接法好？
答：当Rx=20Ω，Rx/Rv=1/500，RA/Rx=1/40，所以宜用电流表外接法。当Rx=1kΩ，Rx/Rv=1/10，RA/Rx=1/2000，所以宜用电流表内接法。从合成不确定度的结果也可看出这一结论。
3).其他问题
答：本实验测量的原始数据数量有限（n=3），所以使用实验标准偏差公式条件不理想，只是为简化计算，理解计算过程。当测量数据较多时（如n=10），可以借助计算机自动计算工具来进行。
附：实验绘图用坐标纸
本实验没有用到下面绘图用坐标纸。
