對(duì)“測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

王貝妮

利用電壓表電流表及滑動(dòng)變阻器測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻是高中物理的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，其原理是利用電流表測(cè)出電電源的電流，電壓表測(cè)出電源的路端電壓再滑動(dòng)滑動(dòng)變阻器，測(cè)出幾組U、I的值，就能算出電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，或者利用描點(diǎn)連線得到U-I圖線，圖線與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為電動(dòng)勢(shì)E，圖線與橫軸交點(diǎn)坐標(biāo)為短路電流I=E/r，圖線的斜率的大小表示電源內(nèi)阻r=|△U/△I|。在實(shí)驗(yàn)中有兩種電路設(shè)計(jì)，如下圖所示。

但是由于電壓表和電流表內(nèi)阻的存在，對(duì)電流電壓都有很大的影響，所測(cè)量的電學(xué)量與真實(shí)值之間存在誤差；因此不論哪種辦法都不能同時(shí)的測(cè)得電源的路端和流過電源的電流，因此無(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)得電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，然而，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)、生活中，有的時(shí)候我們要知道電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的真實(shí)值，教材中的設(shè)計(jì)是一種近似，仍然有誤差存在，只是可以采取措施減小誤差；但是我認(rèn)為，只要對(duì)實(shí)驗(yàn)原理稍加改進(jìn)，就能準(zhǔn)確的測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。下面就針對(duì)這一問題提出一些觀點(diǎn)。

設(shè)計(jì)原理

通過補(bǔ)償法，消除設(shè)計(jì)不合理帶來的系統(tǒng)誤差。設(shè)計(jì)原理電路圖如下圖所示：電源E為要測(cè)定電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電源，E為該電路的輔助電源。調(diào)整R和R，使靈敏電流計(jì)G的指針指在中央零刻度處，這說明AB兩點(diǎn)電勢(shì)相等，即φA=φB，此時(shí)，電源E的電流從其正極通過輔助電路回到其負(fù)極，而又由于UAB=0，說明輔助電路部分在整個(gè)電路中的電阻為零，電流表A處于輔助電路部分，說明其電阻不影響整個(gè)電路。所以，此時(shí)電流表A的示數(shù)即為通過電源E的真實(shí)電流，電壓表V示數(shù)即為電源E的外電壓。

調(diào)整R和R，使UAB=O，記下電流表A和電壓表V的示數(shù)11和Ul；再次調(diào)整R和R，使UAB=O，記下電流表A和電壓表V的示數(shù)I2和U2，由方程E=Ul+Ilr和E=U2+I2r可得E和r。

操作步驟

1.按圖連接電路，注意：連接時(shí)開關(guān)Sl和S2處于打開狀態(tài)。

2.閉合Sl、S2，調(diào)整R和R，使UAB=O，記下電流表A和電壓表V的示數(shù)Il和Ul；

3.改變R和R的值，調(diào)整R和R，再次使UAB=O，記下電流表A和電壓表V的示數(shù)I2和U2。

4.將所測(cè)得電學(xué)量代入方程E=Ul+Ilr和E=U2+I2r即得E和r。

5.為減小在讀數(shù)時(shí)帶來的誤差，應(yīng)該采用教材所述之作U-I圖線法。

6.整理儀器

誤差分析

經(jīng)這樣改良設(shè)計(jì)后，消除了系統(tǒng)誤差，只存在偶然誤差，使測(cè)量更精確。