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高中物理:伏安法测E、r误差分析的三种方法

更新时间:作者:小小条

实验常进行误差分析,下面就伏安法测电源的电动势和内阻实验谈三种误差分析的方法。

一、公式法

伏安法测电源的电动势和内阻实验通常有两种可供选择的电路,如图1、图2所示,若采用图1电路,根据闭合电路欧姆定律,由两次测量列方程有

高中物理:伏安法测E、r误差分析的三种方法



解得


若考虑电流表和电压表的内阻,应用闭合电路欧姆定律有:


解得


即测量值均偏小。若采用图2电路,若考虑电流表和电压表的内阻,应用闭合电路欧姆定律有


解得


二、图象法

为了减少偶数误差,可采用图象法处理数据:不断改变阻器的阻值,从伏特表、安培表上读取多组路端电压U和电源的电流I的值,然后根据多组U、I值画出电源的U—I图象,图线在纵轴上的截距就是电源的电动势E,图线的斜率就是电池的内阻r。

图1电路误差来源于伏特表的分流,导致电源电流的测量值

(即安培表的示数)比真实值偏小,

(U为伏特表的示数,

为伏特表的内阻)。因对于任意一个

,总有

,其差值

,随U的减小而减小;当U=0时,△I=0。画出

图线AB和修正后的电源真实

图线AC,如图3所示,比较直线AB和AC纵轴截距和斜率,不难看出


图2电路误差来源于安培表的分压,致使路端电压的测量值

(即伏特表的示数)总比真实值偏小,其间差值

(I为安培表的示数,

为安培表的内阻)随电源电流I的减小而减小;当I=0时,△U=0。根据以上特点画出

图线PM和修正后的电源的

图线PN,比较直线MP和NP纵轴截距和斜率,显然

三、等效电源法

将图1中电源与电压表的并联看作等效电源,如图5中虚线框内所示,该等效电源的电动势就等于

,因电压表的分流作用,

,故

。该等效电源的内电阻等于电压表的电阻

和电源本身电阻

的并联值,即


将图2中电源与电流表的串联看作等效电源,如图6中虚线框内所示,把电流表的电阻看作该等效电源内阻的一部分,即等效电源内阻为电流表的电阻和电源内阻之和,

(因干电池的内电阻与电流表的内电阻很接近,用这种方法测量的干电池的内电阻误差很大,因此,在实验中并不选用图2电路。),该等效电源的电动势和被测电源的电动势相等,即

从以上分析可以看出,公式法较为繁琐,图象法和等效电源法较为简洁、直观。

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