2022年测定电源电动势和内阻”实验的误差分析与比较 .pdf

测定电源电动势和内阻”实验的误差分析与比较1 测定电源电动势和内阻”实验的误差分析与比较在中学物理实验室里，测定电源电动势和内阻的方法有多种，可以用一只电压表和一只电流表，也可以用一只电流表和一只电阻箱，或者用一只电压表和一只电阻箱，它们的测量原理都是闭合电路欧姆定律。这在普通高中课程标准实验教科书物理（选修 3-1）中都提到。但由于电表有内阻，以上方法都存在一定的系统误差，但是误差的情况不一样，下面就这几种测定方法的误差进行分析和比较。1电流表外接法这是课本上的学生实验电路图，只要测出两组U、I 的值，就能算出电动势和内阻。对电路的接法可以这样理解：因为要测电源的内阻，所以对电源来说用的是电流表外接法。X【分析方法1】计算法：根据闭合电路欧姆定律，其测量的原理方程为：U=E-Ir 其中 U、I 分别是电压表和电流表的示数，通过调节滑动变阻器，改变路端电压和电流，这样就得到多组数据，每两组数据就可以求出电动势和内阻。设某两组U、I 的值的大小关系为：U1U2 ， I1I2 。由于电压表的分流作用，电流表的示数I 不是流过电源的电流I0 ，有 II0 ，那么测得的电动势E和内阻 r 与真实值比较是偏大还是偏小呢？设电压表的内阻为RV ，用 E0 表示电动势的真实值，r0 表示内阻的真实值，则方程应修正为：可见电动势和内阻的测量值都小于真实值。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 4 页测定电源电动势和内阻”实验的误差分析与比较2 【分析方法2】图像法：以上是定量计算分析，还可以利用电源的伏安特性曲线来定性分析。如图 2 所示， 直线是根据U、 I 的测量值所作出的U-I 图线， 由于 II0 ，而且 U越大， I 和 I0 之间的误差就越大，而电压表的示数U就是电源的路端电压的真实值U0 ，除了读数会有误差外，可以认为UU0，经过修正后，直线就是电源真实值反映的伏安特性曲线，由图线可以很直观的看出EE0，rU2 ，I1I2 。由于电流表的分压，电压表的示数U不是电源的路端电压U0，有 UU0，设电流表的内阻为RA ，用E0表示电动势的真实值，r0 表示内阻的真实值，则方程应修正为：可见电动势的测量值等于真实值，而内阻的测量值大于真实值。【分析方法2】图像法：以上是定量计算分析，也可以利用电源的伏安特性曲线来定性分析。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 4 页测定电源电动势和内阻”实验的误差分析与比较4 如图 5 所示，直线是根据U、I 的测量值所作出的U-I 图线，由于UU0，而且 I 越大， U和 U0之间的误差就越大，而电流表的示数I 就是流过电源的电流的真实值I0 ，除了读数会有误差外，可以认为II0 ，经过修正后，直线就是电源真实值反映的伏安特性曲线，由图线可以很直观的看出E=E0 ，rr0 。【分析方法3】等效法：把电流表和电源等效为一新电源，如图4 虚线框所示，这个等效电源的内阻r 为 r0 和 RA的串联总电阻，也就是测量值，即r=r0 + RA r0 等效电源的电动势为电流表和电源串联后的路端电压，也就是测量值，即E=E0 由以上分析还可以知道，要减小误差，电流表的内阻需很小，使得，这个要求在实验室测定干电池的内阻时是很难满足的。【实验方法拓展】教科书上介绍了用电流表和电阻箱测电源电动势和内阻，电路如图6 所示。调节 R，测出两组I 、 R的值，就能算出电动势和内阻，其测量的原理方程为：E=I（ R+r）其中 I 是电流表示数，R是电阻箱示数。 这种方法产生的系统误差和图4 是一样的， 因为上式中的就相当于图 4 中的电压表所测的变阻器两端的电压U，误差产生的原因还是由于电流表的分压，的值并不是电源的路端电压，而只是R两端的电压。所以最终测得的电动势的测量值等于真实值，而内阻的测量值大于真实值。虽然第二种实验方法电动势的测量值等于真实值，但由于电源本身内阻较小，而这种方法得到的内阻的测量值 r=r0 + R Ar0 ，实验相对误差很大，所以综合考虑，还是采用第一种实验方法较好。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 4 页