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伏安法测电源电动势和内阻

更新时间:作者:小小条

一、电路一(安培表外接法,内接外接看对象)

1.实验原理:E=U+Ir

(1)根据E=U+Ir可知,只要测出U和I的两组数据,就可以列方程求出E、r的值,因此用电压表、电流表加上一个可变电阻,就能测出E、r的值,电路图如图所示.

伏安法测电源电动势和内阻

安培表相对电源外接

(2)改变外电阻R,测得两组数据,列方程为E=U₁+I₁r,E=U₂+I₂r,联立解得

结果分析:结果与R无关,根据串反并同,若U₁>U₂,则I₂>I₁,E,r不可能是负数.

2.误差分析(只分析系统误差)

方法一:(公式法)

该电路没有考虑电压表分流.

若考虑电压表分流,方程式应该修正为

E=U₁+(I₁+U₁/Rv)r,

E=U₂+(I₂+U₂/Rv)r.

解得:


Rv>(U₁-U₂)/(I₂-I₁)

比较可知,E测<E真.

E测和E真的关系,


解得,


比较可知,r测<r真.

r测和r真的关系

方法二:(图像法)

方法三:(等效电源法)

把伏特表移入电源,U为路端电压,I为干路电流,都为真值.

E测=Rv·E/(Rv+r真)<E真

r测=Rv·r真/(Rv+r真)<r真

二、电路二(安培表内接法)

1.实验原理:E=U+Ir

(1)根据E=U+Ir可知,只要测出U和I的两组数据,就可以列方程求出E、r的值,因此用电压表、电流表加上一个可变电阻,就能测出E、r的值,电路图如图所示.

安培表相对电源内接

(2)改变外电阻R,测得两组数据,列方程为E=U₁+I₁r,E=U₂+I₂r,联立解得



结果分析:结果与R无关,根据串反并同,若U₁>U₂,则I₂>I₁,E,r不可能是负数.

2.误差分析

方法一:(公式法)

该电路没有考虑电流表分压.

若考虑电流表分压,方程式应该修正为

E=U₁+I₁(Rᴀ+r)

E=U₂+I₂(Rᴀ+r)

解得

E测=E真,测得的电源电动势没有系统误差.

解得


r测和r真的关系,r真=r测-Rᴀ.


方法二:(图像法)

方法三:(等效电源法)

把电流表移入电源,U为路端电压,I为干路电流,都为真值.

E测=E真

r测=r真+Rᴀ>r真

三、电压表内阻Rv已知

若电压表内阻Rv已知,则电压表既是一个电压表,同时也是一个电流表,接入电路中,就知道其分流电流Iv=U/Rv,物尽其用,使电压表分流。



该表达式无系统误差。

四、电流表内阻Rᴀ已知

若电流表内阻Rᴀ已知,则电流表既是一个电流表,同时也是一个电压表,接入电路中,就知道其分压电压Uᴀ=I·Rᴀ,物尽其用,使电流表分压。


该表达式无系统误差。

五、电压表内阻Rv、电流表内阻Rᴀ均已知

理论上,两种接法都可以,都没有系统误差.

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