我们直接用电压表可以测电池的电动势,可这种测量方法不准确。当然,最关键的是,我们没有办法测到电源的内阻。怎么测量电源电动势与内阻?
在我们学过闭合电路欧姆定律这一节后,会掌握一个关于电动势和内阻的公式,E=U外+Ir;这个公式,就是我们测定电池的电动势和内阻的根本,也就是我们的实验原理。
测电源电动势与内阻的笨方法在讲正规的方法之前,我们先来讲一个笨方法,然后我们可以通过对比,就能理解为什么要用课本中的方法来测量E和r了。
由公式E=U外+Ir和数学知识可知,我们可以通过测量两组U和I的值,建立二元一次方程组
E=U1+I1*r;
E=U2+I2*r;
进而来求解E和r两个未知量。(两个方程,I1、I2、U1与U2均是测量的已知数据,方程组有两个未知量E与r)
但显然,这种方法的误差太大,可能因为一个数据的测量误差,就会极大程度上影响到最终的实验结果。
我们可以通过多次测量的办法来消除误差,比如测量6组这样的实验,分别求得E和r,最后取平均值。
但这种方法面临的问题是,计算量大,且某个数据出错依然难以发觉,比如U3的测量数据比真实值多了一倍,必然会影响到最后的实验数据。
我们一般是用下面的方法,借助于坐标纸用来求解的(高中物理网编辑请同学们思考下借助v-t求解a的方法)。不过同学们要知道,其基本原理是一样的。
测电源电动势与内阻的实验实验步骤
(1)连接图中的电路;各仪器的规格参考: 电流表 0~0.6A 量程,电压表 0~3V 量程。 滑动变阻器 0~50Ω。 此外,开关一个,导线若干。
(2)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(6组);
(3)将U和I的数据绘制到坐标纸上,坐标纸的纵轴是U轴,横轴是I轴。
(4)做一条直线,使得较多的点在这条直线上,且直线两侧点数大体相当。
(5)这条直线与U轴的交点即E的数值,斜率的绝对值等于r的大小。
常考点:电流表与电压表的位置选择请同学们注意,在进行实验室,一定要选择下方的乙电路图,这是因为甲图中,电流表引起内电阻测量值的误差太大。
测电源电动势与内阻实验数据连线与坐标轴交点的物理意义我们通过调整图中滑动变阻器的位置,可以改变电路中电阻的大小,进而改变I和U的数据。
考虑到电流表的量程,以及电源的内电阻,滑动变阻器R的大小,我们都不可能测量到直线与U-I两个轴的交点,但我们能够通过分析,来从理论上搞明白这两个点的物理意义。
与U轴的交点,代表的意义是I的值为零,此时外电路的电压为零,根据E=U外+Ir可知,此时的U外=E;
与I轴的交点,代表的意义是I的最大值,也就是滑动变阻器连入电路中的电阻为零,此时E=Ir,因此r的值,就是这条直线的斜率的绝对值。
需要注意的一点同学们需要注意的是,在上述实验中,我们认为电流表和电压表是理想的,当电压表和电流表都不理想,都有电阻时,又该如何分析呢?