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        淺析學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)測電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻的操作瓶頸

        2016-12-16 02:24:02江蘇省奔牛高級(jí)中學(xué)213131
        數(shù)理化解題研究 2016年31期
        關(guān)鍵詞:電壓表電動(dòng)勢電流表

        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)測電源電動(dòng)勢和內(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).測定電源電動(dòng)勢和內(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);測量;電動(dòng)勢;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):測定電源電動(dòng)勢和內(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、測電源電動(dòng)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(dòng)勢和內(nèi)阻,由于所測量的是電源的內(nèi)阻,對(duì)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(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)(注意要多測幾組數(shù)據(jù)),然后從其中選擇任意的兩組求出電動(dòng)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(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(shí)驗(yàn)誤差分析

        內(nèi)阻的測量值大于真實(shí)值,電動(dòng)勢的測量值等于真實(shí)值.由第(3)式可知,當(dāng)RA?r時(shí),r測≈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,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)行測量,或者請老師指導(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)原理中需要測量的物理量和實(shí)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(cuò)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(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;伏安法測功率時(shí)電流表內(nèi)、外接法的判定條件[J];安陽師范學(xué)院學(xué)報(bào);2010年02期

        [2]石云彩;幾種常見測電源電動(dòng)勢和內(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

        G632

        B

        1008-0333(2016)31-0070-01

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