高中物理例析《测定电源电动势和内阻》的实验方法及误差分析.pdf
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1、例析测定电源电动势和内阻的实验方法及误差分析 测定电源电动势和内阻实验是电学的重要实验之一,是高考命题的热点内容之一, 2006 年江苏卷、 2006 年广东卷、 2006 年天津卷、 2007 年四川卷均从不同的角度考查过本实 验。有的考查仪器的选择和电路的设计,有的考查实验步骤的顺序,有的考查数据的处理和 误差的分析。由于完成本实验的方法很多,并且实验电路可采用电流表的内接法和外接法, 这两种电路连接从误差角度分析各有优缺点,因此本实验对学生来说有一定难度。 一、测定电源电动势的几种类型 1、电表电表型 根据闭合电路欧姆定律IrUE,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
2、电动势E 和内阻 r,为了减小实验误差我们可以测出多组路端电压和总电流,用图 象法可得电源的电动势E和内阻 r。 (1)用一块电流表和一块电压表测定 有两种情况:电流表外接法(如图1) ,电流表内接法(如图2) ,由闭合电路欧姆定律 IrUE 可知,只要能测出两组路端电压和电 流 即 可 , 由 rIUErIUE 2211 ,可 得 : 12 21 12 2112 , II UU r II UIUI E。 例 1 测量电源的电动势E及内阻 r(E约为 4.5V , r 约为 1.5 )。器材: 量程为 3V的理想电压表V,量程为 0.5A 的电流表A (具有一定内阻), 固定电阻,滑动变阻器,
3、开关 K,导线若干。 (1)画出实验电路原理图,图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出。 (2)实验中,当电流表读数为时,电压表读数为;当电流表读数为时,电压表读数 为,则可以求出E _,r _。(用及 R表示) 解析:由闭合电路欧姆定律可知,只要能测出两组路端电压和电流即可,由 rIUErIUE 2211 ,可得: 12 21 12 2112 , II UU r II UIUI E 我们可以用电压表测电压,电流表测电流,但需注意的是题给电 压表的量程只有3V,而路端电压的最小值约为 如图 1 如图 2 如图 3 ,显然不能直接把电压表接在电源的两端测路端电 压。依题给器材,可以利用固定电
4、阻R分压(即可以把它和电源本身的内阻r 共同作为电源 的等效内阻“”),这样此电源的“路端电压”的最小值约为 ,就可直接用电压表测“路端电压”了, 设计实验电路原理图如图3 所示。 (2)两块电压表测定 例 2. 在“测定电源电动势和内阻”的实验中,除待测电源(E,r ),足够的连接导线外,实 验室仅提供:两只量程合适的电压表及的内阻,一只单刀双掷开关S。 (1)画出实验原理图; (2)写出用测量值表示的电源电动势E和内阻 r 的表达式,并注明式中量的含义。 解析:依据题意可知,电压表的内阻已知,则可由电流 电压变换法用测出它所 在支路的电流,类似方法一,设计实验电路原理图如图4所示。 设当开
5、关S与 1 接触时,电压表的读数为;当开关S与 2 接触 时,电压表的读数分别为,由欧姆定律, 即有 可得 (3)用两只电流表测定 例 3. 在测定一节干电池的电动势和内电阻的实验中,备有下列器材: 干电池(电动势E约为 1.5V ,内电阻r 约为 1.0 ); 电流表G (满偏电流3.0mA,内阻); 电流表A(量程 00.6A,内阻约为0.5 ); 滑动变阻器R(020,10A); 滑动变阻器; 定值电阻; 开关和导线若干。 (1)为了能准确地进行测量,也为了操作方便,实验中应选用的滑动变阻器是_。 (填写数字代号) (2)请画出实验原理图。 解析:由闭合电路欧姆定律可知,只要能测出两组路
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