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例題精講 · 第 00569 題 · 三線制不是玄學,是把引線壓降抵消掉

以 Pt100 型自編示意電阻溫度計為材料,由 R(t)=R0(1+αt) 反推溫度,再算二線制每根 0.50 Ω 引線造成的溫度偏差,並回代 150 ℃ 時的電阻值。

00569題號全 1000 篇 · 第 第95輪 / 第95冊 輪
方向物理·實驗六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 物理實驗

一、考點定位與做題順序

金屬鉑的電阻在不太寬的溫度範圍裡近似隨溫度線性變化:R(t) = R0(1 + αt),R0 是 0 ℃ 時的電阻,α 是溫度係數。測溫就是測 R 再反解 t = (R/R0 − 1)/α。

麻煩出在引線上:二線制裡電流要流過兩根引線,測到的電阻是「鉑電阻 + 兩根引線電阻」。三線制通過第三條引線把引線壓降抵消掉。自編示意取 R0 = 100.0 Ω、α = 3.85×10⁻³ /℃、每根引線 0.5 Ω,參數不代表真實儀表。

二、逐題精講

題1

題1 測得鉑電阻 R = 138.5 Ω,求溫度;並求 t = 150 ℃ 時的電阻值作為標定回代。

解析

t = (R/R0 − 1)/α = (138.5/100.0 − 1)/0.00385 = 0.385/0.00385 = 100.0 ℃。

標定回代:t = 150 ℃ 時 R = R0(1 + α×150) = 100×(1 + 0.00385×150) = 157.75 Ω。也可用斜率 R0·α = 0.385 Ω/℃ 直接算:100 + 0.385×150 = 157.75 Ω,兩條路徑一致。

再驗一次線性:從 0 ℃ 到 100 ℃ 電阻增加 38.50 Ω,對應 0.385 Ω/℃;從 100 ℃ 到 150 ℃ 增加 19.25 Ω,仍對應 0.385 Ω/℃。整條標定線斜率恆定,說明題給 R 與 R150 自洽。

答案 t = 100.0 ℃;150 ℃ 時 R = 157.75 Ω;斜率 0.385 Ω/℃

採分點 寫出反解式 2 分;溫度 100.0 ℃ 2 分;R150 = 157.75 Ω 2 分;斜率法互驗 2 分;線性回代 1 分

易錯點 把 R/R0 寫成 R0/R;溫度係數用成 3.85×10⁻²

題2

題2 二線制每根引線 0.5 Ω,測量值變成多少?反推出的溫度與偏差各是多少?三線製為何能消除?

解析

兩根引線串聯進測量回路,測得 Rm = R + 2r = 138.5 + 2×0.5 = 139.5 Ω。

反推溫度 tm = (139.5/100.0 − 1)/α = 0.395/0.00385 = 102.597 ℃,比真實 100.0 ℃ 虛高 2.597 ℃。偏差也可以直接用引線電阻除以斜率:2r/(R0α) = 1.00/0.385 = 2.597 ℃,兩條路徑閉合。

三線制用第三根引線配合電橋,使兩根載流引線的壓降分別落在相鄰橋臂上相互抵消,測得的就只剩鉑電阻本身。注意這裡「偏大」的方向來自「多測了電阻」,不是鉑電阻本身變了。

回代核驗:102.597 − 100.0 = 2.597;把 139.5 代回 R(t) 反解確實得 102.597,說明偏差全部由 1.00 Ω 引線貢獻。

答案 Rm = 139.5 Ω,反推 102.597 ℃,虛高 2.597 ℃;三線制把兩根引線壓降在橋臂上抵消

採分點 寫出 Rm=R+2r 2 分;139.5 Ω 1 分;102.597 ℃ 2 分;偏差 2.597 ℃ 2 分;斜率法互驗 1 分;三線制原理 2 分

易錯點 只加一根引線;把虛高說成偏低

三、規律小結與對照表

量理想/真值二線制差
測得電阻138.5 Ω139.5 Ω+1.00 Ω
反推溫度100.0 ℃102.597 ℃+2.597 ℃
斜率0.385 Ω/℃不變—
150℃ 電阻157.75 Ω—標定回代

小結:t=(R/R0−1)/α,本例 138.5 Ω 給 100.0 ℃;兩根 0.5 Ω 引線把讀數抬到 139.5 Ω、溫度虛高 2.597 ℃。三線制抵消的正是這 1.00 Ω。參數均為自編示意,不代表真實儀表。

四、自測清單

  • 能由 R(t)=R0(1+αt) 反解溫度
  • 能算標定直線斜率 R0α
  • 知道二線制要加兩根引線電阻
  • 能算虛高溫度與偏差
  • 能用 2r/(R0α) 與兩次反解互驗
  • 能說明三線制抵消引線壓降
編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(物理):交變電流、光學、動量、剛體轉動、簡諧振動與測量誤差相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(物理科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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聯招物理·鉑電阻測溫:兩根引線電阻會讓溫度虛高
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