淺析學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的操作瓶頸

江蘇省奔牛高級(jí)中學(xué)(213131)

李 峰●

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淺析學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的操作瓶頸

江蘇省奔牛高級(jí)中學(xué)(213131)

李 峰●

物理實(shí)驗(yàn)時(shí)高考的熱點(diǎn)，并且在學(xué)習(xí)高中物理實(shí)驗(yàn)課程中，需要學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能把握住實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn).測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是高中物理的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于操作細(xì)節(jié)、誤差分析也是考試的重難點(diǎn)，理所當(dāng)然學(xué)生在進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)時(shí)也會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)瓶頸，特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差分析的結(jié)果.

實(shí)驗(yàn)；測(cè)量；電動(dòng)勢(shì)；內(nèi)阻；瓶頸

物理實(shí)驗(yàn)時(shí)高考難點(diǎn)，特別是物理的電學(xué)實(shí)驗(yàn)：測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，其中，誤差分析也是本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，學(xué)生在分析試卷上的實(shí)驗(yàn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行分析都會(huì)遇到困難，更別說(shuō)在實(shí)驗(yàn)操作上技能的熟練度，為了讓學(xué)生更明確實(shí)驗(yàn)原理，清楚實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)，本文試圖探究更清晰的思路.

一、測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的基礎(chǔ)解析法

1.電流表外接法

電流表外接法的測(cè)量，只要測(cè)出兩組U、I的值，就能夠算出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，由于所測(cè)量的是電源的內(nèi)阻，對(duì)于電源來(lái)說(shuō)就是電流表的外接法，如圖1：

其測(cè)量的原理是：E=U-Ir(U和I分筆試電壓表和電流表的示數(shù))，操作時(shí)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻滯，改變電壓表和電流表示數(shù)，記錄數(shù)據(jù)(注意要多測(cè)幾組數(shù)據(jù))，然后從其中選擇任意的兩組求出電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r.設(shè)兩組U、I的值為：U1、I1、U2、I2.

有測(cè)量原理可得：U1=E-I1r，U2=E-I2r，可得：

實(shí)驗(yàn)中的電流表示數(shù)I不是電源的電流I，有被電壓導(dǎo)致分流，所以I總=I+U/Rv，所以，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中就會(huì)存在誤差.

2.電流表內(nèi)接法

電流表內(nèi)解法如圖2所示：

根據(jù)閉合電路的歐姆定律，其測(cè)量方程為：U=E-Ir(U、I為電壓表和電流表的示數(shù))

實(shí)驗(yàn)與外接法一樣，通過調(diào)節(jié)華東變阻器得到多組數(shù)據(jù)，選取其中兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，設(shè)兩組數(shù)據(jù)分別為：I1、U1、I2、U2.又測(cè)量原理得：U1=E-I1rU2=E-I2r

電流表分壓，電壓表的示數(shù)U不是電源兩端的電壓，實(shí)際上電源電壓U0>U,所以，此方法也存在一定的誤差.

二、實(shí)驗(yàn)操作中遇到的問題及優(yōu)化策略

1.實(shí)驗(yàn)誤差的分析及優(yōu)化對(duì)策

(1)電流表外接法實(shí)驗(yàn)誤差分析

由上文所知，電流表外接法導(dǎo)致電壓分流，此時(shí)求得的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻E真，r真，由閉合電路歐姆定律：

E=U1+(I1+U1/R)r(1)E=U2+(I2+U2/R)r(2)

由(1)(2)可得：r真=1/(-1/R+I2-I1/U1-U2)=1/(-1/R+1/r測(cè)),即(1/r測(cè))-(1/r真)=1/R>0(3).所以r測(cè)

(2)電流表內(nèi)接法實(shí)驗(yàn)誤差分析

內(nèi)阻的測(cè)量值大于真實(shí)值，電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值等于真實(shí)值.由第(3)式可知，當(dāng)RA?r時(shí)，r測(cè)≈r真，所以采用乙圖時(shí)，應(yīng)要求RA?r.

2.其他實(shí)驗(yàn)操作性的誤差分析及優(yōu)化對(duì)策

(1)由電流表或者電壓表準(zhǔn)確度引起的誤差

電學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用的電表一般是伏特表和安培表，伏特表的兩次是0-3V和0-0.6A，安培表是0-15V和0-3A，準(zhǔn)確度均為2.5級(jí).從理論上說(shuō)，每種電表最大誤差值都有2.5%的誤差，并且在采用不同量程時(shí)產(chǎn)生的誤差相差比較大，所以，盡量避免在不同電表之間或同一電表不同量程之間進(jìn)行切換來(lái)去的實(shí)驗(yàn)值.

(2)由讀數(shù)引起的誤差

實(shí)驗(yàn)中，需要從電流表和電壓表中讀出數(shù)據(jù)作為參考，但是電表的最小分度級(jí)電表靈敏度的原因，讀出的結(jié)果可能與實(shí)際值之間存在差異，及讀數(shù)誤差.誤差值△I1、△I2、△U1、△U2，一班讀數(shù)的誤差較小，所以，可以認(rèn)為兩次的誤差相同，即△I1=△I2=△I，△U1=△U2=△U.其次，學(xué)生在讀數(shù)上可以尋求老師幫忙，盡量采用量程較小的表進(jìn)行測(cè)量，或者請(qǐng)老師指導(dǎo)正確的讀數(shù)方法.

總結(jié)：其一，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)原理中需要測(cè)量的物理量和實(shí)際測(cè)量的物理量不同造成的，物理公式推導(dǎo)數(shù)學(xué)化是學(xué)生經(jīng)常犯的錯(cuò)誤，如果忘記物理量所處的環(huán)境，場(chǎng)合與數(shù)學(xué)中的場(chǎng)合不一樣，所以在試驗(yàn)中，就要保持清醒的頭腦，學(xué)會(huì)用物理的眼光去解析.其二，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)該對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢查，以免出現(xiàn)由于實(shí)驗(yàn)器材的問題而出現(xiàn)誤差，特別是電壓表和電流表的校準(zhǔn)，最好每一次實(shí)驗(yàn)就要進(jìn)行儀器校準(zhǔn).其三，學(xué)生在采取數(shù)據(jù)時(shí)，要對(duì)實(shí)驗(yàn)初期選擇的器材和選定的量程看清楚，在對(duì)電壓表和電流表讀書時(shí)一定要精確，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該多測(cè)幾組.最后，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)該做好充足的準(zhǔn)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理要有正確的認(rèn)識(shí)，對(duì)理論知識(shí)要識(shí)記，在實(shí)驗(yàn)操作上一定要找老師進(jìn)行指導(dǎo).實(shí)驗(yàn)中要學(xué)會(huì)與同學(xué)合作，與老師交流，才能夠解決操作中的各種問題.

[1]劉永順;伏安法測(cè)功率時(shí)電流表內(nèi)、外接法的判定條件[J];安陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào);2010年02期

[2]石云彩;幾種常見測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的方法在實(shí)例中的應(yīng)用[J];數(shù)理化解題研究(高中版);2011年08期

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