淺析學生自主實驗測電源電動勢和內阻的操作瓶頸

江蘇省奔牛高級中學(213131)

李 峰●

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淺析學生自主實驗測電源電動勢和內阻的操作瓶頸

江蘇省奔牛高級中學(213131)

李 峰●

物理實驗時高考的熱點，并且在學習高中物理實驗課程中，需要學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阻是高中物理的重點實驗，對于操作細節、誤差分析也是考試的重難點，理所當然學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果.

實驗；測量；電動勢；內阻；瓶頸

物理實驗時高考難點，特別是物理的電學實驗：測定電源電動勢和內阻，其中，誤差分析也是本實驗的難點，學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、測電源電動勢和內阻的基礎解析法

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阻，由于所測量的是電源的內阻，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)，操作時適當的調節滑動變阻器的阻滯，改變電壓表和電流表示數，記錄數據(注意要多測幾組數據)，然后從其中選擇任意的兩組求出電動勢E和內阻r.設兩組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I不是電源的電流I，有被電壓導致分流，所以I總=I+U/Rv，所以，在這個實驗中就會存在誤差.

2.電流表內接法

電流表內解法如圖2所示：

根據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)

實驗與外接法一樣，通過調節華東變阻器得到多組數據，選取其中兩組數據進行計算，設兩組數據分別為：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化策略

1.實驗誤差的分析及優化對策

(1)電流表外接法實驗誤差分析

由上文所知，電流表外接法導致電壓分流，此時求得的電動勢和內阻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)電流表內接法實驗誤差分析

內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RA?r時，r測≈r真，所以采用乙圖時，應要求RA?r.

2.其他實驗操作性的誤差分析及優化對策

(1)由電流表或者電壓表準確度引起的誤差

電學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)由讀數引起的誤差

實驗中，需要從電流表和電壓表中讀出數據作為參考，但是電表的最小分度級電表靈敏度的原因，讀出的結果可能與實際值之間存在差異，及讀數誤差.誤差值△I1、△I2、△U1、△U2，一班讀數的誤差較小，所以，可以認為兩次的誤差相同，即△I1=△I2=△I，△U1=△U2=△U.其次，學生在讀數上可以尋求老師幫忙，盡量采用量程較小的表進行測量，或者請老師指導正確的讀數方法.

總結：其一，實驗系統誤差產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，物理公式推導數學化是學生經常犯的錯誤，如果忘記物理量所處的環境，場合與數學中的場合不一樣，所以在試驗中，就要保持清醒的頭腦，學會用物理的眼光去解析.其二，在進行實驗之前，應該對實驗設備進行檢查，以免出現由于實驗器材的問題而出現誤差，特別是電壓表和電流表的校準，最好每一次實驗就要進行儀器校準.其三，學生在采取數據時，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，對實驗數據應該多測幾組.最后，學生在做實驗之前，應該做好充足的準備，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.實驗中要學會與同學合作，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、外接法的判定條件[J];安陽師范學院學報;2010年02期

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

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