對“測定電源電動勢和內(nèi)阻”實驗的改進

王貝妮

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

但是由于電壓表和電流表內(nèi)阻的存在，對電流電壓都有很大的影響，所測量的電學(xué)量與真實值之間存在誤差；因此不論哪種辦法都不能同時的測得電源的路端和流過電源的電流，因此無法準確的測得電源的電動勢和內(nèi)阻，然而，在現(xiàn)實生產(chǎn)、生活中，有的時候我們要知道電源電動勢和內(nèi)阻的真實值，教材中的設(shè)計是一種近似，仍然有誤差存在，只是可以采取措施減小誤差；但是我認為，只要對實驗原理稍加改進，就能準確的測定電源的電動勢和內(nèi)阻。下面就針對這一問題提出一些觀點。

設(shè)計原理

通過補償法，消除設(shè)計不合理帶來的系統(tǒng)誤差。設(shè)計原理電路圖如下圖所示：電源E為要測定電動勢和內(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G的指針指在中央零刻度處，這說明AB兩點電勢相等，即φA=φB，此時，電源E的電流從其正極通過輔助電路回到其負極，而又由于UAB=0，說明輔助電路部分在整個電路中的電阻為零，電流表A處于輔助電路部分，說明其電阻不影響整個電路。所以，此時電流表A的示數(shù)即為通過電源E的真實電流，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)計后，消除了系統(tǒng)誤差，只存在偶然誤差，使測量更精確。