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电学实验_ 法拉第的电学基础实验

测定电源电动势和内阻是高中物理阶段非常重要的一个实验,也是比较热门的一个考点。我们这一期就来仔细看一下它的来龙去脉。

一、实验原理

本实验的原理是还是我们熟知的闭合电路欧姆定律。

二、实验方法

高中电学实验——测定电源电动势和内阻(一)

(1)理论上讲,利用如上图所示电路,改变滑动变阻器的阻值,从电流表、电压表中读出几组U、I值,由U=E-Ir,可得:U1=E-I1r,U2=E-I2r,解之得:

(2)实际操作中,为了提高测量精度,我们必须通过多次改变R的阻值,多测几组U、I的值(至少测出6组),并且变化范围尽量大些,然后用描点法在U一I图象中描点作图,如图所示

高中电学实验——测定电源电动势和内阻(一)

由图象纵截距找出E,由图象斜率tanθ=△U/△I=E/Im=r,找出内电阻。注意注意注意,一定是△之比。大家可以想想是为什么?

三、实验器材:按照原理图所示需要的物品。

四、实验步骤及注意事项

(1)恰当选择实验器材(如何选,我们会单独说一期),照图连好实验仪器,使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接人电阻值最大的一端。(开关断开和接入阻值最大是常识了,大家不要犯这种小错误)

(2)闭合开关S,记下此时电压表和电流表的示数。

(3)将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置,记下此时电压表和电流表的示数。

(4)继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置,记下各位置对应的电压表和电流表的示数。

(5)断开开关S,拆除电路。

(6)在坐标纸上以U为纵轴,以I为横轴,作出U一I图象,利用图象求出E、r。

五、数据处理

(1)本实验中,为了减小实验误差,一般用图象法处理实验数据,即根据各次测出的U、 I值,做U一I图象,所得图线延长线与U轴的交点即为电动势E,图线斜率的值即为电源的内阻r。

(2)应注意当电池内阻较小时,U的变化较小,图象中描出的点呈现如图(甲)所示状态,所描得的点及做出的图线误差较大。为此,可使纵轴不从零开始,如图3(乙)所示,把纵坐标比例放大,可使结果误差小些。

高中电学实验——测定电源电动势和内阻(一)

此时,图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势,但图线与横轴的交点不再代表短路状态,计算内阻要在直线上选取两个相距较远的点,由它们的坐标值计算出斜率的绝对值,即为内阻r。 说白了就是我们强调的内阻一定是△之比。

六、误差分析

(1) 偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作U一I图象时描点不很准确。

(2)系统误差:内接法和外接法的误差分析一致。上面测电源电动势的电路其实是外接法。电流表的读数不是精确等于流过电源的电流,而是略小。而测得的电阻其实是电压表与内阻并联后的电阻。所以电源内电阻r测

七、结论

一是这期介绍的测定方法和前面所学的外接法测量电路完全一致。

二是易错点在于内阻是△之比。

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