测电源电动势与内阻的实验方法及数据处理探讨.doc

攻读硕士学位研究生试卷（作业）封面（2013至2014学年度第二学期）题 目 测电源电动势与内阻的实验方法及数据处理探讨科 目 物理实验教学 姓 名 刘立宏 专 业 学科教学（物理） 入学年月 2013.9 简短评语成绩：授课教师签字：测电源电动势与内阻实验方法及数据处理探讨测量电源电动势和内阻实验是高中物理选修31中的内容，也是高中物理实验中比较重要的内容，高考实验每年对这一部分的考察出现的几率也比较大，其中实验测得的数据进行数据绘图，并通过绘图求出各个物理量之间的关系、求出未知物理量的题目也常常出现，这里利用在实验室测得的实验数据，同时讨论了几种不同的测量方法，并对产生误差的原因进行了简要的分析。并利用Excel作图，大大节省了利用手工作图的时间，也使得图像更加清楚，结果更加准确，并能直接得出各个物理量之间的关系。一、电源电动势和内阻的测量图1：内接法测电源电动势内阻（一）U,I图像及结果探讨1.电流表内接法：实验电路图：（1）测量原理：由闭合电路的欧姆定功率，变形得： 从而得出了因变量U与变量I之间的函数关系，可看出两者成线性关系。利用伏安法并利用电流表内接法（相对于电源）对电源电动势和内阻进行测量，以下是测得的实验数据：电源端电压：2.10V （无负载） 电源内阻r:3.26.3（）I/A0.150.180.220.240.320.40U/V1.511.421.301.220.900.60图2 将测得的数据利用Excel处理，得到路端电压与电流的关系图，从图2中可看出它们成线性关系。并得出电源电动势为2.07V，电源内阻为3.66。图3：外接法测电源电动势和内阻2.电流表外接法：实验电路图： 测量原理：同上利用伏安法并利用电流表外接法（相对于电源）对电源电动势和内阻进行测量，以下是测得的实验数据：电源端电压：2.10V （无负载） 电源内阻r:3.26.3（）I/A0.020.080.140.200.280.340.400.460.520.58U/V2.00108010601.401.201.000.080.600.400.20图4 将测得的数据利用Excel处理，得到路端电压与电流的关系图，从图4中可看出它们成线性关系。并得出电源电动势为2.06V，电源内阻为3.18图5：安阻法测量电源电动势及内阻（二）R,图像（安阻法） 实验电路图：(2)测量原理：根据闭合电路的欧姆定律，有：，变形得：可以看出，R与成线性关系。 利用安阻法法对电源电动势和内阻进行测量，以下是测得的实验数据：电源端电压：2.10V （无负载） 电源内阻r:3.26.3（）50.012.57.145.003.572.942.502.171.921.72R/952110.96.64.32.91.91.20.70.3图6 将测得的数据利用Excel处理，得到可变电阻R与电流的关系图，从图5中可看出它们成线性关系。并得出电源电动势为1.96V，电源内阻为3.05。图7：伏阻法测电源电动势及内阻（三）,图像（伏阻法） 实验电路图：(3)测量原理：根据闭合电路的欧姆定律，有：，变形得：可以看出，与成线性关系。 利用安阻法法对电源电动势和内阻进行测量，以下是测得的实验数据：电源端电压：2.10V （无负载） 电源内阻r:3.26.3（）0.010.040.090.150.230.340.520.831.423.330.50.5560.6250.7140.8331.0001.2501.6672.5005.000图7将测得的数据利用Excel处理，得到可变电阻与路端电压的关系图，从图7中可看出它们成线性关系。通过数据处理得：电源电动势为：1.94V电源内阻为：2.63。二、结论讨论及误差分析从结果可以看出，利用电流表内接法和外接法测得的电源电动势几乎相同，电源内阻相差较大：利用电流表内接法测得的为3.66，利用电流表外接法测得的为3.18，两者相比，内接法测得的较大。利用安阻法和伏阻法测得的电源电动势分别为1.96V和1.94V,电源内阻分别为3.05和2.63，都比较偏小。1.电流表内接法误差分析：姆定律：（4）（5）利用电流表内接法测量，误差主要是电压表的分流作用，根据闭合电路的欧 由（4）（5）两式可得： （6）（式中，,分别为电流表，电压表内阻），从式中可看出，利用电流表内接法测量（E,r）实验中，测得的电源内阻为：,测量值偏大，对于电源电动势测量无影响。2.电流表外接法误差分析： 利用电流表外接法测量，误差主要是电流表的分压作用，根据闭合电路的欧母定律有： （7） (8)由（7）（8）两式可得：（9）从式中可看出，利用电流表外接法测量（E,r）实验中，测得的电源内阻为：,测量值偏小，测得的电源电动势为：,较实际值偏小，几乎相同，误差很小。对于电流表内外接法测（E,r）的数据结果，与理论分析完全相吻合。3.安阻法误差分析利用安阻法测量（E,r）的实验中，误差主要来自电流表的分压作用，根据闭合电路的欧姆定律，有：（10）变形得： （11）从式中可看出，利用安阻法测量（E,r）的实验中，测得的r值较实际的偏大，E不变，至于测得的E较小，可能是实验时间过长，E减小。4.伏阻法误差分析利用伏阻法测量（E,r）的实验中，误差主要来自表的电压表的分流作用， 根据闭合电路的欧姆定律，有：（12） 对（12）式进行变形，则有： （13）通过（3）（13）两式式可得： （14） （15）由此可以看出，电压表的内阻给实验结果带来影响。