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1、“测定电源的电动势和内阻”实验的系统误差分析及改良摘要:本文以伏安法为例,测定电源的电动势和内阻,并对实验的系统误差进行分析,并提出改良方法。关键词:高中物理;电源电动势和内阻;系统误差分析;改良方法中图分类号:G427文献标识码:A文章编号:1992-7711(2015)06-042-2在中学物理实验里,“测定电源的电动势和内阻”是要求学生必须掌握的测量性实验之一,也是学生学习中的一个难点。在教学大纲中不要求学生对实验误差进行定量分析,但是要求学生对误差产生的原因、误差对实验结果的影响以及减小误差的方法等作定性了解。由于测定电源的电动势和内阻的实验方法有多种,现以伏安法为例进行说明。【系统误
2、差分析】一、安培表内接法(如图)1. 公式法利用公式法分析系统误差,注重了实验的理论推导,可培养学生精密的分析能力和数学推导能力。2. 图像法(如图)通过改变电阻的阻值,测得5组以上的(U,I)值,画由对应的UI图像,由图像与纵轴的交点求电源电动势E,根据图像斜率的绝对值求电源的内阻r。假设图中实线为电源的实际UI图像,由于电流表的分压作用,导致电压表测得的电压要比电源的实际路端电压小AU,且AU=IRA,此时根据实验描绘的UI图像落在电源的实际UI图像下方(如图中虚线所示):当滑动变阻器滑片向左移动时,电流表读数I减小,AU减小,最终两图像相交于纵轴上同一点,故£测=£当
3、滑动变阻器滑片向右移动时,电流表读数I增大,AU增大,当电压表的读数趋近于。时,电流表的读数趋近于IA=ERA+r,由虚线的斜率可得r测=EIA=RA+r。二、安培表外接法(如图)1. 公式法2. 图像法(如图)纵上所述,无论安培表内接还是外接,由于电表电阻的影响,对实验结果都会带来系统误差。但由于通常RV>>r,RA与r很接近,所以安培表内接所测电阻误差太大,而安培表外接所测的系统误差相对较小。因此在不知电表电阻的情况下,一般采用安培表外接法测定电源的电动势和内阻。当然对于其他方法,如下图所示,类比于安培表内外接法,同样可以根据以上方法进行系统误差分析。【实验改良】1. 内外接相结合从图像法可知,只要根据安培表内接、外接所测得的多组数据,分别作出内外接的UI图像,就可以画出电源的实际UI图像(如下图),根据电源的实际UI图像可以求得电源的电动势和内阻,结合另外两个图像,还可求得电压表、电流表的电阻大小。2. 电路补偿法如下图所示,通过改变滑动变阻器R1、R2接入电路的阻值,使得电流计上的电流为0,则此时电压表测得的电压就为待测电源的实际路端电压,电流表测得的电流即为通过待测电源的实际电
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