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伏阻法与安阻法测电源电动势和内阻的两种误差分析方法对比
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物理实验教学
伏阻法与安阻法测电源电动势和内阻的两种误差分析方法对比
南京江宁高级中学
摘 要 对测量电源电动势和内阻实验的误差分析是电学实验教学的一大难点 我们所知道的方法很多 但是
对于不同的方法掌握时的难易程度各不相同 针对解析式和图像法两种误差分析方法进行对比分析
关键词 电源电动势
测电源电动势和内阻的实验在电学实验中占
误差情况类似
有很重要的地位 是近几年来高考中的热点问题 在
2015年的高考中 四川卷考查了测电源的内阻 广
东卷是利用伏阻法测电源的电动势和内阻 安徽卷
是利用安阻法测电源的电动势和内阻 而江苏卷和
天津卷是考查利用伏安法测电源的电动势和内阻,
而对于测量结果的误差分析是本实验的难点 在平
常教学中 我们所分析的一般都是伏安法测电源电
动势和内阻 其典型电路有两种 如图 所示
伏阻法和安阻法实验电路图
伏阻法误差分析对比
伏安法测电源电动势和内阻两种典型电路
对伏安法测电源电动势和内阻误差分析的方法
()图像法误差分析
很多 有解析法 图像法 等效电源法等等 而试题
在图 的电路
中 由闭合回路的欧姆定律
中 一般都会要求根据题目所给的实验数据作图 得
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伏阻法与安阻法测电源电动势和内阻的两种误差分析方法对比日期：
01610 伏阻法与安阻法测电源电动势和内阻的两种误差分析方法对比张鼎()南京江宁高级中学 江苏南京 211100()收稿日期:摘要:对测量电源电动势和内阻实验的误差分析是电学实验教学的一大难点,我们所知道的方法很多,但是对于不同的方法掌握时的难易程度各不相同.针对解析式和图像法两种误差分析方法进行对比分析.关键词:电源电动势 内阻 误差测电源电动势和内阻的实验在电学实验中占有很重要的地位,是近几年来高考中的热点问题.在四川卷考查了测电源的内阻,广2015年的高考中,东卷是利用伏阻法测电源的电动势和内阻,安徽卷是利用安阻法测电源的电动势和内阻,而江苏卷和天津卷是考查利用伏安法测电源的电动势和内阻,而对于测量结果的误差分析是本实验的难点.在平常教学中,我们所分析的一般都是伏安法测电源电动势和内阻,其典型电路有两种,如图1所示.)误差情况类似.中的电路(b图2 伏阻法和安阻法实验电路图图1 伏安法测电源电动势和内阻两种典型电路1 伏阻法误差分析对比()图像法误差分析1)在图2的电路(中,由闭合回路的欧姆定律E=a对伏安法测电源电动势和内阻误差分析的方法很多,有解析法、图像法、等效电源法等等.而试题中,一般都会要求根据题目所给的实验数据作图,得出电源的电动势和内阻,所以图像在本类实验中占有很重要的地位.当然要根据图像分析误差,有时也需要综合运用到其他方法,这样可以使解决问题更加简单,也更易于理解.下面对比伏阻法和安阻法测量电源的电动势和内阻时两种不同的误差分析.实验电路如图2所示.在掌握了伏安法测电源电动势和内阻的基础)与图1中上,我们可以通过类比,图2中的电路(a得1r1,作11图像.图像与纵U+r,=+UEEUR轴的截距为1,图像E=U0即为所测得的电动势,0斜率k=,故r=对于这种情况误差分析:首kU0.先明确误差的来源,实验数据中的路端电压是准确的,但路端电阻有误差,路端电阻的准确值R路与实验值R满足1=1+1.即对于某一路端电压值,路RV)误差情况类似,)与图1的电路(图2中的电路(ab—84—,作者简介:张鼎(男,硕士,中教一级,江宁区教学骨干,研究方向为中学物理教学.1983 )实验路端电阻的倒数比真实路端电阻的倒数小1,RV对于另外一个路端电压值,还是同样的情况,即始终有Δ=1-1=1.因此修正后的图像应该为实验R路RRV所测图像下方的一条平行直线,如图3所示.由此可以分析得到实验测得值和真实值的关系为:E真>通过比较同样可以得到E真>E测,但r真>r测,相较于图像分析方法,解析式的过程较为繁琐、耗时,对计算要求较高,还易出错.2 安阻法误差分析对比()图像法误差分析1得IR+Ir,)在图2的电路(中:由闭合回路的欧姆定律E=bE测,r真>r测.Rr,作1R图像.图像斜率的=+EEI倒数即为所测得的电动势E=1,纵坐标截距1=kI图3 图像法分析伏阻法误差(在不考虑电压表的分流作用影响下2)解析式法误差分析,得到两组数据(U1,R1)、(U2,R2),则有E=U1+UR1rE=U2+U1R22r联立可解得E测=U1+111×-U2R22-1r测=U112-2-U211若考虑电压表的分流作用,电源电动势和内阻满足的关系为E=U1+ae?è11?÷V+1?rE=U2+ae?è2V+2?÷2?r联立可解得E真=U1+ae?è11?÷1+V?×Uae?1è+2?-U÷-ae?221U12V?è1+R?÷V?r真=ae?U1-U2è22+2?÷ae1U1?÷V?-?è1+RV? Er,故r=I10.对于这种情况的误差分析:首先要明确误差的来源,实验数据中的电流是干路电流,但路端电阻存在误差,路端电阻准确值R路与实验值R满足R路=R+RA.对于某一电流值,实验路端电阻比真实路端电阻小RA同样的情况,即始终有,的图像应该为实验所测图像下方的一条平行直线Δ对于另外一个电流值=R=R,还是路-RA.因此修正后,如图4所示.由此可以分析得到实验测得值和真实值的关系为E真=E测,r真<r测.图4 图像法分析安阻法误差(在不考虑电流表的分压作用影响下2)解析式法误差分析,得到两组数据(I1,R1)、(I2,RE2=)I,则有E=I1R12R2++II1r2联立可解得rE测=I1R1+I1×1RI1-I2R2r测=1R2I1-I12-1若考虑电流表的分压作用-II2R2,电源电动势和内阻满足的关系为E=I1R1+I1r+I1R(下转第A90页)—85— 精华.()滑线变阻器不灵敏2连接方式的不同:在制流电路中,滑线变阻器的A端和C端连入电路,而B端没有连入;在分压电路中,滑线变阻器的3个端点均连入电路中.()分压电路中电阻箱设置错误4有些学生在做第二个实验时将电阻箱错误地调有些学生在实验中向老师提出“滑线变阻器接,触不良”要换一台变阻器.其实这个问题很好解决,主要是因为接触不好,把滑线变阻器来回滑动几次就行了.这反映了学生们实验经验少,缺乏解决问题的主动性,仍然过分依赖教师.这时候,可以告诉学生一边来回滑动变阻器,一边观察仪表,注意滑动几次之后,仪表变化是否就正常了.与预计情况不符()分压电路中滑动滑线变阻器,电压表变化3,有些学生在实验中抱怨电压表“坏了”因为变阻器的选择、电源、负载都没有问题,可是滑动变阻器时电压表不是从零开始变化.出现这种问题时,绝大多数原因并不是电压表坏了,而是滑线变阻器的这说明学生们没有认真阅B端根本没有连入电路,读讲义,没有发现在制流电路和分压电路中变阻器节到10出错原因是他们忽略了电压表的内00Ω,阻,忘记分压电路中的负载电阻包括电阻箱和电压表两个部分.尽管在实验操作之前教师做过提示,但是没有实践来得真实和印象深刻.设计性实验教学中要大胆改变常规授课方式,体现实验课的互动性和活泼性,鼓励学生发挥自主性,培养他们科学实验的素质和能力.参考文献陈至立.辞海(第6版)上海:上海辞书出版社,1 夏征农,.缪连元,张立.大学物理实验(第3版)北京:高2 张兆奎,.等教育出版社,Trainintudents′ScientificExerimentQualitgSpyandAbilitinPhsicsExerimentTeachinyypg———TakinheRheostatUseandCircuitControlasExamlegtpLianingYg(,,)SchoolofScienceEastChinaUniversitfScienceandTechnoloShanhai 200237yogyg:AbstractPhsicsteachinncludestheoreticalteachinndexerimentalteachin.Thispaerfocusesontheimortanceofygigapgppcultivatintudents′scientificexerimentqualitndabilitincolleephsicsexerimentteachin.Bseofrheostatandcircuitgspyaygypgyu,analsistheexerimentaldataandinfurtherimrovetheexerimentalschemeandpracticeaccordinotheresults.Throuhtheypppgtg,,desinedexerimentssothatstudentscanunderstandthewholeprocessofscientificexerimentandthentocultivatethestudents′gpp:;;Keordsscientificexerimentdesinedexerimentrheostatpgpyw,,,controlasanexamlethearticlediscusseshowtoinsireandguidethestudentsdesinexerimentalschemecarrutexerimentppgpyopscientificexerimentualitndabilitoachievetheultimategoalofcolleephsicsteachin.pqyaytgyg??????????????????????????????????????????????????(上接第8判断时更为快捷.5页)联立可解得E=IR2+Ir+IRA222通过上面的对比分析,我们可以发现在对于该问题的误差分析时,图像法有其明显的优势:原理简单,易于理解,处理过程简洁方便,也更为直观.参考文献物理教1 张庆.测定电源电动势与内阻实验的误差分析.测量电源电动势和内阻基本方法之间的关系及2 刘晓溅.():误差分析.物理教师,():学,,40R1-IR212E真=IR1+I11×II2-1R1+RA)R2+RA)-I1(2(r真=II2-1同样可以得到在安阻法中E真=E测,误差r真<r测,—90—分析结果与图像法一致,但是图像法更加简洁直观,本文由(www.wenku1.com)首发，转载请保留网址和出处！
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2017版高考物理一轮复习 实验10 测定电源的电动势和内阻课件.ppt 10页
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2017版高考物理一轮复习 实验10 测定电源的电动势和内阻课件
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-*- 考点一 考点二 考点三 解析： (1)根据闭合电路欧姆定律可知:
(2)从读数上,有效数字要一致,即读数是0.110 A,倒数是9.09 A-1。 由图象可知,k=1.0 A-1·Ω-1,b=6.0 A-1。
(4)电源电动势E=3.0 V,电源内阻r=1.0 Ω。
-*- 考点一 考点二 考点三 ②9.09　(3)见解析图　1.0　6.0　(4)3.0　1.0
-*- 考点一 考点二 考点三 特别提醒(1)例5是用安阻法测电源的电动势和内阻,R1起到给电流表扩程的作用,R0起保护作用,要完成实验测量,R1、R0、A的阻值必须已知。 (2)例5数据分析时,首先根据欧姆定律、串并联电路的特点,列出
与R的关系式,再进一步明确
-R图象截距、斜率的物理意义,问题即可得到解决。 -*- 2 3 1 1.用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V,电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有: 电流表A1(量程0~30 mA); 电流表A2(量程0~100 mA); 电压表V(量程0~6 V); 滑动变阻器R1(阻值0~5 Ω); 滑动变阻器R2(阻值0~300 Ω); 开关S一个,导线若干。 某同学的实验过程如下: Ⅰ.设计如图甲所示的电路图,正确连接电路。 -*- 2 3 1 Ⅱ.将R的阻值调到最大,闭合开关,逐次调小R的阻值,测出多组U和I的值,并记录。以U为纵轴,I为横轴,得到如图所示的图线。 -*- 2 3 1 Ⅲ.断开开关,将Rx改接在B、C之间,A与B直接相连,其他部分保持不变。重复Ⅱ的步骤,得到另一条U-I图线,图线与横轴I的交点坐标为(I0,0),与纵轴U的交点坐标为(0,U0)。 回答下列问题: (1)电流表应选用　　　　,滑动变阻器应选用　　　　　　。? (2)由图乙的图线,得电源内阻r=　　　　Ω。? (3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx=　　　　　　,代入数值可得Rx。? (4)若电表为理想电表,Rx接在B、C之间与接在A、B之间,滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置,两种情况相比,电流表示数变化范围　　　　,电压表示数变化范围　　　　。(均选填“相同”或“不同”)?
答案 解析 解析 关闭
答案 解析 关闭 -*- 2 3 1 2.(2016浙江宁波期末) 某同学要测量一节旧的干电池的电动势和内阻。他根据老师提供的以下器材画出了如图甲所示的原理图。 A.电压表V(15 V,10 kΩ); B.电流表G(量程3.0 mA,内阻Rg为10 Ω); C.电流表A(量程0.6 A,内阻约为0.5 Ω); D.滑动变阻器R1(0~20 Ω,10 A); E.滑动变阻器R2(0~100 Ω,1 A); F.定值电阻R3=990 Ω; G.开关S及导线若干。 -*- 2 3 1 (1)该同学没有选用电压表是因为　　　　　。? (2)该同学将电流表G与定值电阻R3串联,实际上是进行了电表的改装,则他改装的电压表对应的量程是　　　　。? (3)为了能准确地进行测量,同时为了操作方便,实验中应选用的滑动变阻器是　　　　(选填“R1”或“R2”)。? (4)该同学通过实验测得以下数据,请根据这些数据在图乙中描点作图,根据图线可求出干电池的电动势E=　　　　 V(保留3位有效数字),干电池的内阻r=　　　　 Ω(保留2位有效数字)。? * 实验10　测定电源的电动势和内阻 -*- 一、实验目的 1.掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法;进一步理解闭合电路的欧姆定律。 2.掌握用图象法求电动势和内阻的方法。 二、实验原理 1.实验依据:闭合电路欧姆定律。 2.实验电路:如图所示。 -*- 4.用作图法处理数据,如图所示。 (1)图线与纵轴交点为E; 三、实验器材 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。 -*- 四、实验步骤 1.按实验电路图所示连接电路,电流表量程取0~0.6 A,电压表量程取0~3 V。 2.把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。 3.闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显示数。记录一组电流表和电压表的示数,用同样方法测量并记录几组I、U值,并填入表格中。 4.断开开关,拆除电路,整理好器材。
-*- 五、数据处理 方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小 根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。 方法二:用作图法处理数据,同实验原理4。 -*- 六、误差分析 1.偶然误差 (1)电表读数不准引起误差。 (2)图象法求E和r时作图不准确。 2.系统误差 (1)相对于电源内阻而言,采取电流表外接法,由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小。 (
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