探索电动势《测定电源电动势和内阻》实验误差策略学生

更新时间:2023-12-17 点赞:25760 浏览:112074 作者:用户投稿原创标记本站原创

测电源电动势和内电阻的实验是高中物理的一个重要实验,也是恒定电流一章的难点,更是高考实验考查的一个热点,本实验的误差分析在考试当中经常考查,对学生来说有一定难度,下面就以《普通高中课程标准实验教科书物理》(选修3-1)中提到的方法用三种不同的分析误差方式进行详细分析对比。
实验电路:电流表相对电源源于:毕业设计论文范文www.618jyw.com
外接(课本上的方法),如图1所示。
实验原理:测定电源电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律E=U+Ir,只要测出两组路端电压和总电流,联立解方程组即可得电源的电动势E和内阻r,
本实验主要误差来源于电压表分流存在系统误差,导致电流表读数(测量值)小于电源的实际输出电流(真实值)
现就误差分析如下:
方法1:理论计算法
设电源的电动势和内电阻的真实值分别为E真和r真,电源的电动势和内电阻的测量值分别为E测和r测。电流表和电压表的内阻分别为RA和RV。滑动变阻器从右向左移动,得到的两组示数分别为(U1,I1)和(U2,I2)。如果不考虑电压表和电流表的内阻,由全电路欧姆定律有:
这就是电动势和内电阻的真实值。
由于滑动变阻器阻值从最大到最小变化,故U1>U2,所以, 因此:E测由于RV>r,所以两者的相对误差都很小。一般就是采用这种测量电路测量电源的电动势和内电阻。
方法2.图象法
由于图象直观、简洁,会经常在物理学中用到,特别是在定性分析中有其优越性,下面就本实验图象分析如下:
首先对于U-I图象,要知道横坐标的截距表示短路电流,纵坐标的截距表示断路电压,也就是电源的电动势,斜率表示电源的内阻。
测出几组U、I值,然后在U-I坐标系中描点并连线如图中①线所示。直线①与U轴的交点表示电源电动势的测量值,直线①斜率的绝对值表示内电阻的测量值。由于电压表的分流作用,对于某一组具体的(U1',I1'),电压表测得电压U1'就是电源的路端电压,而通过电源的电流比电流表测得的I1'略大,满足 关系,可见U'越大,△I=I-I'越大;U'越小,△I=I-I'越小,特别的当U'=0时,△I=I-I'。对每一个点进行修正,每一个点的电压值不变,电流值略微变大,而且当电压值越大,对应的调整量也越大。证明调整过的点位于同一条直线上的方法如上面所述。把经过修正的点连接起来,如图中②线所示。这样直线②与U轴的交点表示电源电动势的真实值,图线斜率的绝对值表示内电阻的真实值。可见,用课本上所示电路测得的电动势和内电阻都是偏小的。
方法3.等效法
我们知道实际电压表可以等效为理想电压表和RV的并联,实际电流表可以等效为理想电流表和RA的串联。图1电路误差的主要来源是电流表的读数小于实际的总电流,所以实验电路可以等效为如下电路。
等效电路虚线部分可等效为一个电源,电压表测的是等效电源的路端电压,电流表测的是等效电源的总电流,故该电路测的是等效电源的电动势和内阻。根据等效电源知识有:
因为RV>r真,故该电路误差极小。
在按上述三种方法进行实验和分析后,绝大多数学生都能很好地理解该实验的系统误差,掌握减小误差的方法,并提高了理论分析的水平。对比三种方法,理论计算法严密、准确,但用时太长,在考场上不适用,而图象法直观、明了,学生易掌握,等效法简洁,但对思维要求较高。我们只要掌握系统的实验方法和恰当的误差分析方法,就可以以不变应万变。
(作者单位:江苏省淮海中学)
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