伏安特性实验误差分析_电源电动势和内阻测定实验误差分析伏安法
发布日期:2021-05-10 05:19:42 浏览次数:17 分类:精选文章

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测定电源电动势和内阻的实验共有4种方法:伏安法(相对电源外接),伏安法(相对电源内接),安阻法,伏阻法。从字面上理解,伏安法是通过测定电压(伏特)和电流(安培)来计算电动势和内阻,而安阻法是测定电流(安培)和电阻,伏阻法是测定电压(伏特)和电阻,相对常用的是伏安法。同时,由于电源(电池)内阻较小,一般采用相对电源外接法。

        这个实验是高考经常出现的考点,但是对于其误差分析,理解上还是有一定难度的,一般的教辅都没有系统讲过,通常可以采用3种方法来理解其误差情况,一是表达式法,二是图像法,三是等效电源法。其中表达式法数学上计算量比较大,我也很久没有讲过了,所以,我主要系统讲一下图像法和等效电源法来分析4种实验方法的测定误差,我们一个一个讲。

一、伏安法(相对电源外接)

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根据闭合电路欧姆定理:

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首先,我们假设电表都是理想状态,则得到, 68b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg 与 6bb0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg 之间的关系如下图所示:图像与竖直轴交点为电源电动势大小,图像斜率为电源内阻。

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电压表测定的确实为外电压,但是电流表测定的并不是外电路总电流,因为外电阻总电流还应该包括流过电压表的电流:

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如上图所示,电表测量值较实际情况为:

测量所得电源电动势偏小,测量所得电源内阻偏小。

然后我们分析一下为什么会出现测量结果偏小的问题,如下:

7a1caf0b44fccd01c6129277c1474b68.png

在该方法中,我们其实是将上图中的虚线框部分看做了电源(等效电源),故实际的测量值为:

测得的电源电动势为: 7ab0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

测得的电源内阻为: 7db0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

其中 81b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg 为电压表电阻, 84b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg 和 87b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg 为电源实际电动势和内阻。

二、伏安法(相对电源内接)

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电流表测量的确实为外电流,但是电压表测定的并不是外电路的电压,因为外电压还包括电流表承担的电压

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如上图所示,电表测量值较实际情况为:

测量所得电源电动势等于实际值,测量所得电源内阻偏大。

然后我们分析一下为什么会出现这样的测量结果,如下:

53b380374899d7fcf72b801afa9d6a65.png

在该方法中,我们其实是将上图中的虚线框部分看做了电源(等效电源),故实际的测量值为:

测得的电源电动势为: 92b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

测得的电源内阻为: 95b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg

其中 99b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg 为电流表电阻, 84b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg 和 87b0d2a8-da4e-eb11-8da9-e4434bdf6706.svg 为电源实际电动势和内阻

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