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实验专题十一 测量电源的电动势和内阻
一、实验目的
1.掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法与原理。
2.学习掌握用U-I图象处理数据的方法。
二、实验原理
本实验的依据是闭合电路的欧姆定律,实验电路如图甲所示。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:E=,r=,测算出几组E、r的值,最后分别算出它们的平均值。
三、实验器材
待测电池、电压表(量程为0~3 V)、电流表(量程为0~0.6 A)、滑动变阻器(阻值范围为0~10 Ω)、开关、导线。
四、实验步骤
1.按图甲连接好电路。
2.把滑动变阻器的滑片移到阻值最大。
3.闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显的示数,记录一组数据I、U;调节滑动变阻器,测量出几组I、U值。
4.断开开关,整理好器材。
5.处理数据,用公式法和作图法这两种方法求出电源的电动势和内阻。
四、数据处理
1.公式法:由E=U1+I1r,E=U2+I2r可解得E=,r=。可以利用U、I的值多求几组E、r的值,算出它们的平均值。
2.图象法:在坐标纸上以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐标系,在坐标平面内描出各组(I,U)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,则直线与纵轴交点的纵坐标值即电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线的斜率的绝对值为电池的内阻r,即r=||。
五
误差分析
(1)偶然误差
①由读数不准和电表线性不良引起误差。
②用图象法求E和r时,由于作图不准确造成的误差。
③测量过程中通电时间过长或电流过大,都会引起E、r变化。
(2)系统误差:因电压表和电流表的内阻而导致的误差。
①若采用图甲所示的电路,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压,而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差,而且电压表示数越大,IV越大。
结论:
a.当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值。
b.E测
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