
一
九月二十四号。实验室。
实验内容:测一根镍铬合金导线的电阻。实验台上放着电源、电流表、电压表、滑动变阻器、导线和开关。小宇把电路接好,接通电源,开始测。
第一次:电流0.25A,电压5.0V。R = 20.0Ω。
第二次:电流0.48A,电压9.2V。R = 19.2Ω。
第三次:电流0.73A,电压13.8V。R = 18.9Ω。
三次数据不一样。电阻值在下降。
小宇看了一眼实验报告。他写了:
“测量结果:三次测得电阻值分别为20.0Ω、19.2Ω、18.9Ω。电阻值随电流增大而减小。可能原因:电流通过导线时产生焦耳热,导线温度升高,金属电阻随温度升高而增大——但数据中电阻反而减小,说明可能有其他因素影响。”
他停了一下。
“其他因素。“他读了自己写的这几个字。
二
他把电压表换成了数字电压表,重新测。
第一次:电流0.25A,电压5.02V。R = 20.08Ω。
第二次:电流0.48A,电压9.18V。R = 19.13Ω。
第三次:电流0.73A,电压13.76V。R = 18.85Ω。
数字表更精确。三次数据还是不一样。
他打开电源,让导线通电五分钟,然后再测一次。
第四次:电流0.75A,电压13.95V。R = 18.60Ω。
电阻又下降了。
他关掉电源,等导线冷却。十五分钟以后,他又测了一次。
第五次:电流0.25A,电压5.05V。R = 20.20Ω。
电阻回到了最初的值——甚至更高了一点。
“原来如此。“他说。
“什么?“白老师从外面走进来。
“导线通电以后会发热。温度升高以后,电阻应该变大。但我的数据是电阻变小了。”
“为什么?”
“因为——我可能测错了。”
“哪里错了?”
“我测的电阻值比导线的实际电阻值要小。因为导线温度升高以后,金属内部的热振动增大,电阻应该变大。但我测得电阻变小了——说明我的数据里有一个系统性的误差。”
白老师看着他的实验报告,看了很久。
“电压表内阻。“白老师说。
“嗯?”
“电压表不是理想的——它有内阻。你的电路是电压表并联在导线两端。电压表的内阻分流了一部分电流,你的电流表读到的电流比实际通过导线的电流小。电压表读到的电压是对的——因为它并联在导线两端,电压是一样的。但电流小了,算出来的电阻就小了。”
小宇想了一下。
“电流越大,通过电压表的电流比例越小,所以分流的误差越小。电流小的时候,分流比例大,电阻测得偏大——所以数据看起来电阻值在变小,其实是误差在变小。”
白老师点了点头。
“对。“
三
小宇在实验报告上重新写了结论。
“系统误差来源:电压表内阻(Rv)并非无穷大,分流了部分电流,导致电流表读数偏小。由 R测 = U / (I真 + U/Rv) < U / I真 = R真,可得 R测 < R真。当电流增大时,U/Rv 与 I真 之比减小,分流误差减小,故测得电阻值随电流增大而减小——这是误差减小的表现,而非电阻本身变化。”
白老师看完以后,点了点头。
“行。你把这个结论写清楚了。”
小宇把实验报告收好,放回文件夹。
文件夹里已经有四十多张报告了。他数了数——四十二张。
他拿出一个新的文件夹,把旧的塞进去。
四
晚上九点半。苏明娟从宿舍里出来,到教室来找小宇。
教室是空着的。小宇在实验室里整理器材。
苏明娟在实验室外间的教室里等他。她打开书包,拿出一本练习册。
练习册是高二物理的习题集。她翻到电磁学那部分,开始做题。
她做了一二十道题。
做完以后,她看了一下时钟——十点半。
她去了实验室。
小宇还在里面。他正在把导线绕在绝缘架上,准备下次实验用。
“做完了?“苏明娟问。
“嗯。”
“今天测什么?”
“导线电阻。”
“测出来了吗?”
“测出来了。电阻比实际值小。是电压表内阻分流的误差。”
“哦。”
苏明娟站在他旁边,看了他的实验报告。
“你这个结论写得很长。”
“嗯。”
“你每次写结论都写得很长。”
“嗯。”
“你为什么写那么长?”
“因为白老师说——结论要写清楚。”
“写清楚就写那么长?”
“嗯。”
两个人都没再说话。
五
十点半。白老师走了。
苏明娟收拾好书包,准备回宿舍。
“小宇。”
“嗯。”
“你那个实验——你测了五次。”
“嗯。”
“你为什么测五次?”
“因为第一次、第二次、第三次数据不一样。第四次是通电五分钟以后再测的。第五次是等导线冷却以后再测的。”
“哦。”
“你为什么要测那么多次?”
“因为白老师说——数据多了才能看到规律。”
“哦。”
苏明娟没再说话。
她出了实验室的门。
小宇站在实验室里,把导线收好。
他看了一眼苏明娟离开的方向。
他没追。
——
九月下旬。小宇在实验室里测导线电阻。测了五次,发现电阻值随电流增大而减小。他查了原因——是电压表内阻分流的系统误差。白老师看完他的结论,点了点头。苏明娟问他为什么测五次。他说因为白老师说了数据多了才能看到规律。
下一章预告:第一百五十二章《冬至前》。十月。银川一中的操场。苏明娟在操场跑道上走了五圈。