江蘇省奔牛高級中學(xué)(213131)

李 峰●

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淺析學(xué)生自主實驗測電源電動勢和內(nèi)阻的操作瓶頸

江蘇省奔牛高級中學(xué)(213131)

李 峰●

物理實驗時高考的熱點，并且在學(xué)習(xí)高中物理實驗課程中，需要學(xué)生自己動手進行實驗才能把握住實驗的重難點.測定電源電動勢和內(nèi)阻是高中物理的重點實驗，對于操作細節(jié)、誤差分析也是考試的重難點，理所當(dāng)然學(xué)生在進行自主實驗時也會遇到實驗瓶頸，特別是對實驗誤差分析的結(jié)果.

實驗；測量；電動勢；內(nèi)阻；瓶頸

物理實驗時高考難點，特別是物理的電學(xué)實驗：測定電源電動勢和內(nèi)阻，其中，誤差分析也是本實驗的難點，學(xué)生在分析試卷上的實驗題，對實驗誤差進行分析都會遇到困難，更別說在實驗操作上技能的熟練度，為了讓學(xué)生更明確實驗原理，清楚實驗的難點和易錯點，本文試圖探究更清晰的思路.

一、測電源電動勢和內(nèi)阻的基礎(chǔ)解析法

1.電流表外接法

電流表外接法的測量，只要測出兩組U、I的值，就能夠算出電動勢和內(nèi)阻，由于所測量的是電源的內(nèi)阻，對于電源來說就是電流表的外接法，如圖1：

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

有測量原理可得：U1=E-I1r，U2=E-I2r，可得：

實驗中的電流表示數(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，在這個實驗中就會存在誤差.

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，其測量方程為：U=E-Ir(U、I為電壓表和電流表的示數(shù))

實驗與外接法一樣，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)進行計算，設(shè)兩組數(shù)據(jù)分別為：I1、U1、I2、U2.又測量原理得：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，實際上電源電壓U0>U,所以，此方法也存在一定的誤差.

二、實驗操作中遇到的問題及優(yōu)化策略

1.實驗誤差的分析及優(yōu)化對策

(1)電流表外接法實驗誤差分析

由上文所知，電流表外接法導(dǎo)致電壓分流，此時求得的電動勢和內(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),即(1/r測)-(1/r真)=1/R>0(3).所以r測

(2)電流表內(nèi)接法實驗誤差分析

內(nèi)阻的測量值大于真實值，電動勢的測量值等于真實值.由第(3)式可知，當(dāng)RA?r時，r測≈r真，所以采用乙圖時，應(yīng)要求RA?r.

2.其他實驗操作性的誤差分析及優(yōu)化對策

(1)由電流表或者電壓表準(zhǔn)確度引起的誤差

電學(xué)實驗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.從理論上說，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行切換來去的實驗值.

(2)由讀數(shù)引起的誤差

實驗中，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電表靈敏度的原因，讀出的結(jié)果可能與實際值之間存在差異，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行測量，或者請老師指導(dǎo)正確的讀數(shù)方法.

總結(jié)：其一，實驗系統(tǒng)誤差產(chǎn)生是因為實驗原理中需要測量的物理量和實際測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)常犯的錯誤，如果忘記物理量所處的環(huán)境，場合與數(shù)學(xué)中的場合不一樣，所以在試驗中，就要保持清醒的頭腦，學(xué)會用物理的眼光去解析.其二，在進行實驗之前，應(yīng)該對實驗設(shè)備進行檢查，以免出現(xiàn)由于實驗器材的問題而出現(xiàn)誤差，特別是電壓表和電流表的校準(zhǔn)，最好每一次實驗就要進行儀器校準(zhǔn).其三，學(xué)生在采取數(shù)據(jù)時，要對實驗初期選擇的器材和選定的量程看清楚，在對電壓表和電流表讀書時一定要精確，對實驗數(shù)據(jù)應(yīng)該多測幾組.最后，學(xué)生在做實驗之前，應(yīng)該做好充足的準(zhǔn)備，對實驗原理要有正確的認識，對理論知識要識記，在實驗操作上一定要找老師進行指導(dǎo).實驗中要學(xué)會與同學(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;伏安法測功率時電流表內(nèi)、外接法的判定條件[J];安陽師范學(xué)院學(xué)報;2010年02期

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

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