確定電阻：繪製電壓與電流的關係圖

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介紹

電路是指與電流傳輸相關的路徑。然而，在這個電路中，存在一個為帶電粒子提供電流的裝置。這些帶電粒子構成電流，例如電池或發電機。電路包括多個器件，例如電阻器、電池、電感器、電容器和電晶體或開關。然而，電路是一個閉合迴路，支援電子透過導線流動。

理論和電路圖

歐姆定律是指流過電路的電流與電路中電流和電阻之間關係。簡單來說，該定律指出，電路兩點之間的電壓或電位差與電路中的電流成正比（Yang, X., & Rogach, 2019）。該定律還指出，電阻與電路中的電壓成正比。表示式表示為 V = I*R，其中 V 表示電位差，I 表示電流，R 表示電阻。這進一步說明，V $\propto$ I，導致 V = IR，其中 R 被稱為比例常數。

因此，材料的電阻與其長度和橫截面積之間的關係由以下公式表示：R = ρ(l/A)，其中 ρ 為電阻率。

 圖 1：電路圖

在這個實驗中，確定了閉合電路中遇到的電阻。本實驗旨在驗證歐姆定律，並透過繪製實驗中收集的記錄讀數（表示為電壓與電流圖）來進行。

圖 2：歐姆定律示意圖

目標和所需的器材

本實驗的目的是確定由於閉合電路導線中電流變化而產生的電阻。在本實驗中，使用了多種器材，包括未知電阻的導線、電壓表、插頭鑰匙、砂紙片、連線線、滑動變阻器、毫安表和最後是電池（Dörfler et al. 2018）。但是，在開始實驗之前，需要仔細檢查電路。

實驗步驟

第一步是根據圖 1 所示的示意圖佈置電路，並正確清潔相互連線的導線端部。使用砂紙去除絕緣層。在生成連線時，將電流表和電壓表的正極與電池的正極連線。記錄最小刻度值，並記錄可能的誤差。之後，插入鑰匙 (K) 並進行觀察。

觀察、計算和結果

觀察記錄基於記下電阻絲的長度，然後是給定電壓表和電流表的範圍。最小刻度值、零點誤差和零點修正也分別記錄在電壓表和電流表中，如下表所示。在計算中，繪製電流和電位差的圖形，並因此根據歐姆每釐米^-1計算導線的電阻。

觀察次數	電壓表中施加的電位差 (V)	流過導線的毫安表中的電流 (A)

圖 3：電流和電壓觀察表

圖 4：導線兩端的電位差 V 與流過導線的電流 I 之間的關係圖

預防措施

第一項措施是檢查電路中的連線是否整齊、乾淨且牢固。銅線應用於連線目的，且應具有較粗的性質。砂紙應用於擦除銅線端部的絕緣層 (Boardsolution, 2022)。應使用具有適當量程的電壓表和電流表，並使用低電阻的滑動變阻器，並且僅在進行觀察時才使用鑰匙。

誤差來源

存在一些誤差來源，例如儀器螺釘鬆動。接下來是粗連線線的可用性，最後是可能具有高電阻的滑動變阻器。

結論

在本教程中，重點介紹了確定電路中遇到的電阻的實驗。透過此實驗驗證了歐姆定律。可以理解，電壓與流過的電流和電路中遇到的電阻成正比。但是，需要注意某些預防措施。

常見問題

Q1. 什麼是歐姆定律及其數學表示式？

答：歐姆定律被定義為電學定律，其中電流強度與電位差成正比，並且與電路中的電阻成反比。歐姆定律的數學表示式為 I = E/R，其中 I 表示以安培為單位的電流，E 表示以伏特為單位的電壓，最後 R 表示以歐姆為單位的電阻。

Q2. 影響導體電阻的因素有哪些？

答：許多因素會影響導體的電阻，包括電路中遇到的電阻率、導線或電路的長度、溫度以及最後是電路中導線的橫截面積。

Q3. 什麼是電勢？

答：在物理學領域，電勢被定義為移動單位電荷所需的功。這種位移發生在參考點到任何特定點，以抵抗電場。需要注意的是，參考點是大地。