测电源地电动势和内电阻实验

word测电源的电动势和电阻实验，是高中物理的重要实验，无论是原教科书，还是课程标准教科书，都把它列为学生实验；无论是普通高考大纲，还是课程标准试验区高考大纲，都把它列为必考实验；从多年以与近几年的高考试卷看，也屡屡出现测电源的电动势和阻的题目。笔者预测，2008年高考实验题可能考到有关测电源的电动势和阻的容。由于新的课程标准教科书中列出了测电源的电动势和电阻实验的三种方法，即伏安法和安阻法、伏阻法；所以本文不惜时间和笔墨把三种方法都做出来。一、实验原理与方法在闭合电路中，根据全电路欧姆定律，有其中E表示电源的电动势，U表示电源的路端电压，I表示闭合电路中的电流，r表示电源的阻。根据课程标准教科书，实验：测电源的电动势和电阻可用三种方法：方法1伏安法 式可变为 ，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和U值，作出U-I图象。图象在U轴上的截距即为电源的电动势，直线的斜率即为阻的负值。此方法叫伏安法，用伏特表和安培表。方法2安阻法 式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和R值，作出R-1/I图象。图象在R轴上的截距即为电源的阻，直线的斜率即电源的电动势E。此方法叫安阻法，用安培表和电阻箱。方法3伏阻法 式可变为，或，改变电路的外电阻R，测出一系列的U值，作出图象。图象在轴上的截距的倒数即为电源电动势，直线的斜率与截距的倒数乘积即为电源的阻。此方法叫伏阻法，用伏特表和电阻箱。根底实验是伏安法。安阻法和伏阻法是在伏安法实验的根底上的提高。二、电路、图象与数据图1图2图象的截距为电动势，斜率为阻。三、误差分析1伏安法1电流表接对电池而言，电路图如下列图。图3不考虑电流表阻，所得结果为测量值解得：，考虑电流表阻，所得结果为真实值解得：， 所以，即测电阻，测量值等于真实值与电流表阻之和，测量值大于真实值，测电动势，测量值等于真实值。2电流表外接电路图如下列图。图4设实验过程中，滑动变阻器滑动端向右滑，即，如此，。不考虑电流表阻，所得结果为测量值解得：， ，整理得考虑电流表和电压表阻，所得结果为真实值解得：，因为所以为负值，所以。整理得：，整理得：所以，即电动势和电阻，测量值都小于真实值，但因为电压表的阻比电池的阻大得多，所以，误差较小，因此，常用此法。2安阻法图5用与伏安法中的外接法类似的方法，可以得到：，即；。3伏阻法电路图如图6。图6用与伏安法中的接法类似的方法，可以得到：，即电动势和电阻，测量值都小于真实值，但因为电压表的阻比电池的阻大得多，所以，误差较小，因此，常用此法。三、实验验证1伏安法1电流表接对电池而言设电流表阻为0，设电压表阻为，当变阻器电阻取10时，读数如图，得方程：图7 图8当变阻器电阻取512时，读数如图，得方程：解以上两个方程，得：，如果忽略电表的阻，当变阻器为10时，方程为：当变阻器为512时，方程为：解以上两个方程，得：，电动势没有误差，阻的误差很大，本例为100%，所以一般不采用这个电路测阻，只测电动势。2电流表外接当变阻器电阻取10时，读数如图，得方程：图9 图10当变阻器电阻取5时，读数如图，得方程：解以上两个方程，得：，如果忽略电压表的阻对电路的影响，当变阻器为10时，方程为：当变阻器为5时，方程为：解以上两个方程，得：，虽然电动势和阻都有误差，但误差都小，所以常用电流表外接法。例1用如下列图的电路R1、R2为标准定值电阻，阻值测量电源的电动势E和电阻r，如此：1需要读取的数据是2电动势表达式E= 电阻表达式r=3如果考虑电流表的阻，电动势的测量值真实值填“大于，、“小于或“等于，电源电阻的测量值真实值填“大于、“小于或“等于。答案：1闭合S1，S2接1时A的读数I1、闭合S1，S2接2时A的读数I2。2， 。3等于，大于。解析：2第1步实验得，第2步实验得，解得，。设电流表阻为，如此两式变为，解得的值即为真实值，为， 。所以，E测=E真 ，r测r真。例2某同学要测量一节旧电池的电动势和阻，实验器材仅有一个电流表、一个电阻箱、一个开关和导线假如干，该同学按如下列图电路进展实验，测得的数据如下表所示。实验次数12345R40100160220280IA1000500340250201/IA-110202940501假如利用图象确定电池的电动势和阻，如此应作选填“R- I或“R- 1/I图象；2利用测得的数据在坐标纸上画出适当的图象；3由图象可知，该电池的电动势E=V，阻r=；4利用该实验电路测出的电动势E测和阻r测与真实值E真和r真相比，理论上E测E真，r测r真选填“、“解析：3，所以，直线的截距为，所以阻为。直线的斜率为，所以电动势为。4，解为测量值：，。，解为真实值：， ， 所以E测=E真，r测=r真+，即r测r真。7 / 7