测电源电动势和内阻实验的改进

精品文档-下载后可编辑测电源电动势和内阻实验的改进观察和实验是物理学习的主要方法，而物理实验也是高考的必考内容，因此实验教学非常重要。然而教材中为我们提供了理论依据，但在具体的操作过程中还是会不断地出现新问题。例如在测电源电动势和内阻时，实验效果不尽人意。这就需要教学中不断的对知识进行拓展、延伸和改进。下面就来谈谈本人对用电压表和电流表测电源电动势和内阻实验的一点心得：

一、解决路端电压变化不明显的问题

在实验中，测量的是电池的电动势和内阻，课本上说最好选用使用过的旧电池，但是学校没有库存的旧电池，买来的也是新的。用新电池做实验这就遇到问题了。在实验中利用电压表和电流表测量电路的路端电压和电流，由于新电池的内阻比较小，在实验中路端电压变化极小，读数困难，实验难于操作，做出的U-I图线误差较大。为了减小这种误差，对电池盒进行了改装。在电池盒内部安装了一个5Ω左右的电阻，使电阻和电源串联，相当于扩大了电源的内阻，这样路端电压变化明显，便于学生读取多组数据，且根据数据做出的U-I图象得出的内阻是电源和串联的电阻的总阻值，然后再减去串联的电阻的阻值，剩下的就是电源的内阻了。这种方法得出的电源的内阻比较精确。

二、对比试验，帮助学生理解分析实验过程

进制本实验的实验原理是，闭合电路欧姆定律，公式变形得到，根据公式可知，只要知道路端电压和电路的电流就能求出电池的电动势和内阻。这里需要用到的实验仪器有电压表、电流表、开关、导线、滑动变阻器、待测电源等，根据实验原理设计电路有如下两种：

但是需要选用哪个电路图进行实验呢？传统实验方法是先分别对两图进行误差分析，然后选择误差小的电路图进行实验，记录数据，画出U-I图象，得出结论。但是这种方法是把整个实验的思路强加给学生，学生对整个实验没有直观的实验理论做依据，对实验印象不深刻，而且学生对实验的理解不透彻，导致学生对此实验没有开阔的扩展思路。为了解决这个问题，设计了如下的改进方法：实验时把学生分为十个小组，其中五组按电路图1进行实验;另外五组按电路图2进行实验。测量出实验数据后，整理数据，让学生作出U-I图象，得出电源电动势和内阻的值，然后把两组图象结论放在一起展示给学生，这时学生把两组图象得出的结论进行对比分析，会发现测量的结果不一样，电路图1比图2的测量结论都偏小，为什么会出现这样的结果呢？这样就把学生引入到了“愤，悱”状态，在引导学生进行误差分析。

三、等效误差分析方法

传统误差分析有公式法和图象法，公式法较繁琐，针对这一情况，我是这样来对误差进行分析的：本实验的误差产生的主要原因是：对于电路1来说是电压表的分流所产生的;对于电路2来说是电流表的分压所产生的。然后在对U-I图象进行修正，根据修正后的图像分析出哪个电路图的误差小。但是这里有出现了一个问题：用电路图1做实验得出的电动势和内阻都偏小，用电路图2做实验得出的电动势是真实的，但是内阻比真实值大。而我们最后确定出图1为本实验的电路图。很多同学有些不明白了为什么要选电路图1？为了更好的理解电路的选择，而且方法还要简单，所以误差分析这里改进为用等效电路法进行分析。对于第一个电路图，可以把电压表和电源等效为一新电源，如图3虚线框所示，根据戴维宁定理：两端有源网络可以等效于一个电压源，其电动势等于网络的开路端电压，其内阻等于从网络两端看除源（将电动势短路，内阻仍保留在网络中）网络的电阻。这个等效电源的内阻r为电源的内阻r0和电压表的内阻RV的并联电阻，也就是测量值，即r=，解得r0=>1;，等效电源的电动势E为电压表和电源E0组成回路的路端电压，也就是测量值，即E=E0，解得E0=E>E;，由以上分析还可以知道，要减小误差，所选择的电压表内阻应适当大些，使得RV>>r。

对于第二个电路图，可以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为电源的内阻r0和电流表的内阻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E为电流表和电源E0串联后的路端电压，也就是测量值，当外电路断开时，电流表的示数为零，即E=E0。

以上分析还可以知道，要减小误差，电流