确定电阻：绘制电压与电流的关系图

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介绍

电路是指与电流传输相关的路径。然而，在这个电路中，存在一个为带电粒子提供电流的装置。这些带电粒子构成电流，例如电池或发电机。电路包括多个器件，例如电阻器、电池、电感器、电容器和晶体管或开关。然而，电路是一个闭合回路，支持电子通过导线流动。

理论和电路图

欧姆定律是指流过电路的电流与电路中电流和电阻之间关系。简单来说，该定律指出，电路两点之间的电压或电位差与电路中的电流成正比（Yang, X., & Rogach, 2019）。该定律还指出，电阻与电路中的电压成正比。表达式表示为 V = I*R，其中 V 表示电位差，I 表示电流，R 表示电阻。这进一步说明，V $\propto$ I，导致 V = IR，其中 R 被称为比例常数。

因此，材料的电阻与其长度和横截面积之间的关系由以下公式表示：R = ρ(l/A)，其中 ρ 为电阻率。

 图 1：电路图

在这个实验中，确定了闭合电路中遇到的电阻。本实验旨在验证欧姆定律，并通过绘制实验中收集的记录读数（表示为电压与电流图）来进行。

图 2：欧姆定律示意图

目标和所需的器材

本实验的目的是确定由于闭合电路导线中电流变化而产生的电阻。在本实验中，使用了多种器材，包括未知电阻的导线、电压表、插头钥匙、砂纸片、连接线、滑动变阻器、毫安表和最后是电池（Dörfler et al. 2018）。但是，在开始实验之前，需要仔细检查电路。

实验步骤

第一步是根据图 1 所示的示意图布置电路，并正确清洁相互连接的导线端部。使用砂纸去除绝缘层。在生成连接时，将电流表和电压表的正极与电池的正极连接。记录最小刻度值，并记录可能的误差。之后，插入钥匙 (K) 并进行观察。

观察、计算和结果

观察记录基于记下电阻丝的长度，然后是给定电压表和电流表的范围。最小刻度值、零点误差和零点修正也分别记录在电压表和电流表中，如下表所示。在计算中，绘制电流和电位差的图形，并因此根据欧姆每厘米^-1计算导线的电阻。

观察次数	电压表中施加的电位差 (V)	流过导线的毫安表中的电流 (A)

图 3：电流和电压观察表

图 4：导线两端的电位差 V 与流过导线的电流 I 之间的关系图

预防措施

第一项措施是检查电路中的连接是否整齐、干净且牢固。铜线应用于连接目的，且应具有较粗的性质。砂纸应用于擦除铜线端部的绝缘层 (Boardsolution, 2022)。应使用具有适当量程的电压表和电流表，并使用低电阻的滑动变阻器，并且仅在进行观察时才使用钥匙。

误差来源

存在一些误差来源，例如仪器螺钉松动。接下来是粗连接线的可用性，最后是可能具有高电阻的滑动变阻器。

结论

在本教程中，重点介绍了确定电路中遇到的电阻的实验。通过此实验验证了欧姆定律。可以理解，电压与流过的电流和电路中遇到的电阻成正比。但是，需要注意某些预防措施。

常见问题

Q1. 什么是欧姆定律及其数学表达式？

答：欧姆定律被定义为电学定律，其中电流强度与电位差成正比，并且与电路中的电阻成反比。欧姆定律的数学表达式为 I = E/R，其中 I 表示以安培为单位的电流，E 表示以伏特为单位的电压，最后 R 表示以欧姆为单位的电阻。

Q2. 影响导体电阻的因素有哪些？

答：许多因素会影响导体的电阻，包括电路中遇到的电阻率、导线或电路的长度、温度以及最后是电路中导线的横截面积。

Q3. 什么是电势？

答：在物理学领域，电势被定义为移动单位电荷所需的功。这种位移发生在参考点到任何特定点，以抵抗电场。需要注意的是，参考点是大地。