四、测量过程

通常物理量的测量过程如下：① 测量任务描述；② 相关理论；③ 尝试连接试验装置；④ 测量记录；⑤ 评价和计算；⑥ 讨论。

如图2-8所示，应用物理定理来实现测量操作。

第一步：任务提出。

通过物理量的测量来验证欧姆定律。

第二步：理论。

欧姆定律法则是U=R·I。

第三步：尝试连接试验装置。

由于试验中涉及的三个物理量均是变量，测量设备的总体误差等级为1.5，电阻为0.1，也就是说电阻不会引起太大的误差。测试设备设置在0位，并且经过严格校准。

第四步：测量记录。如表2-5所示。

这些测量值一般经过多次测试后取算术平均值。

第五步：评价和计算。

经过计算可以得到下列等式：U=R I;I=U/R

当R=5 Ω，可以得到一系列I值0.2A、0.4A、0.6A、0.8A

当R=10 Ω，可以得到一系列I值0.1A、0.2A、0.3A、0.4A

当R=100 Ω，可以得到一系列I值0.01A、0.02A、0.03A、0.04A

计算值与试验得到的测量值之间偏差很小。

第六步：讨论。

测量值证实了I-U之间的比例关系，经过转换可以得到I与1/R关系，因此推出I=U/R也就是U=I R。

测量值与真实值之间的差异就是人们常说的不可避免的误差，对此，人们只有寄希望多次测量尽可能接近真值。如果电压值是3V，那么测量时电压将采用0～5挡，测量时输出电压（测量发送值）就是5 V。

因此，绝对误差=设备精确度×测量发送值/100=1.5×5/100=0.075V

如果电压是3 V，电阻是5 Ω，使用同样的设备精度1.5，电流测量范围为0～1A，这时产生的绝对误差为：

绝对误差=设备精确度×测量发送值/100=1.5×1/100=0.015A

比较一下测量得到的电流值和计算得到的值会发现，它们之间的差值是在允许的误差范围内。

由于设备精度值为1.5，因此测量值在下列值之间：

上限=真值+绝对误差=0.615A

下限=真值 - 绝对误差=0.585A

通常欧姆定律有其适用范围，如果代入超出范围的值显而易见将得到错误的数值，在实践使用中常采用极限值来表示：

Umin=R×IminRmin=Umin/Imax

Umax=R×ImaxRmax=Umax/Imin

【操作训练】

训练一：测量一个电灯泡的容积。

训练二：采用螺旋测微器测量PS版的厚度。

训练三：用三角尺测量纸张厚度。