安阻法

核心提示一、实验原理与方法 在闭合电路中,根据全电路欧姆定律,有 ①其中E表示电源的电动势,U表示电源的路端电压,I表示闭合电路中的电流,r表示电源的内阻。 根据课程标准教科书,实验:测电源的电动势和内电阻可用三种方法: 方法1.伏安法 ①式可

 一、实验原理与方法

在闭合电路中,根据全电路欧姆定律,有 ①

其中E表示电源的电动势,U表示电源的路端电压,I表示闭合电路中的电流,r表示电源的内阻。

根据课程标准教科书,实验:测电源的电动势和内电阻可用三种方法:

方法1.伏安法

①式可变为 ,改变电路的外电阻R,测出一系列的I和U值,作出U-I图象。图象在U轴上的截距即为电源的电动势,直线的斜率即为内阻的负值。此方法叫伏安法,用伏特表和安培表。

方法2.安阻法 ①式可变为,或,改变电路的外电阻R,测出一系列的I和R值,作出R-1/I图象。图象在R轴上的截距即为电源的内阻,直线的斜率即电源的电动势E。此方法叫安阻法,用安培表和电阻箱。

方法3.伏阻法 ①式可变为,或,改变电路的外电阻R,测出一系列的U值,作出图象。图象在轴上的截距的倒数即为电源电动势,直线的斜率与截距的倒数乘积即为电源的内阻。此方法叫伏阻法,用伏特表和电阻箱。

基础实验是伏安法。安阻法和伏阻法是在伏安法实验的基础上的提高。

二、电路、图象及数据

图1 图2

图象的截距为电动势,斜率为内阻。

三、误差分析

1.伏安法

(1)电流表内接(对电池而言),电路图如图所示。

图3

不考虑电流表内阻,所得结果为测量值

解得:,

考虑电流表内阻,所得结果为真实值

解得:,

所以,,,即测内电阻,测量值等于真实值与电流表内阻之和,测量值大于真实值,测电动势,测量值等于真实值。

(2)电流表外接

电路图如图所示。

图4

设实验过程中,滑动变阻器滑动端向右滑,即,则,。

不考虑电流表内阻,所得结果为测量值

解得:, ,整理得

考虑电流表和电压表内阻,所得结果为真实值

解得:,因为所以为负值,所以。整理得:,整理得:

所以,,,即电动势和内电阻,测量值都小于真实值,但因为电压表的内阻比电池的内阻大得多,所以,误差较小,因此,常用此法。

2.安阻法

图5

用与伏安法中的外接法类似的方法,可以得到:,即;。

3.伏阻法

电路图如图6。

图6

用与伏安法中的内接法类似的方法,可以得到:,,即电动势和内电阻,测量值都小于真实值,但因为电压表的内阻比电池的内阻大得多,所以,误差较小,因此,常用此法。

三、实验验证

1.伏安法

(1)电流表内接(对电池而言)

设电流表内阻为0,,设电压表内阻为,当变阻器电阻取10时,读数如图,得方程:

图7 图8

当变阻器电阻取5.12时,读数如图,得方程:

解以上两个方程,得:,

如果忽略电表的内阻,

当变阻器为10时,方程为:

当变阻器为5.12时,方程为:

解以上两个方程,得:,.

电动势没有误差,内阻的误差很大,本例为100%,所以一般不采用这个电路测内阻,只测电动势。

2.电流表外接

当变阻器电阻取10时,读数如图,得方程:

图9 图10

当变阻器电阻取5时,读数如图,得方程:

解以上两个方程,得:,.

如果忽略电压表的内阻对电路的影响,

当变阻器为10时,方程为:

当变阻器为5时,方程为:

解以上两个方程,得:,.

虽然电动势和内阻都有误差,但误差都小,所以常用电流表外接法。

 
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