在測電源電動勢和内阻的實驗中,有伏安法的兩個代表性電路圖。若要誤差分析,以這兩個電路圖進行類比,看是屬于哪種情況,可以快速判斷測量值和真實值的誤差。
①電流表外接法(少算電流)
由于電壓表内阻未知,無法知道電壓表分流。
誤差結果為:
E測<E真,r測<r真。
根據該電路圖特點,因此采用類比法總結為:
電流丢失,E測<E真,r測<r真。
②電流表内接法(少算電壓)
由于電流内阻未知,無法知道電流表分壓。
誤差結果為:
E測=E真,r測>r真。
根據該電路圖特點,因此采用類比法總結為:
電壓丢失,E測=E真,r測>r真。
例題:某同學利用電壓表和電阻箱測量一種特殊電池的電動勢(電動勢E大約在9V左右,内阻r約為50Ω).已知該電池允許輸出的最大電流為150mA,該同學利用如圖所示
的電路進行實驗,圖中電壓表的内阻約為2kΩ,R為電阻箱,阻值範圍0~9999Ω,R₀是定值電阻,起保護電路的作用。
(1)實驗室備有的定值電阻R₀有以下幾種規格:
A.2Ω
B.20Ω
C.200Ω
D.2000Ω
本實驗應選___(填入相應的字母)作為保護電阻。
(2)在如圖
的實物圖中,已正确地連接了部分電路,請完成餘下電路的連接。
(3)該同學完成電路的連接後,閉合開關S,調節電阻箱的阻值,讀取電壓表的示數,其中電壓表的某一次偏轉如圖所示,
其讀數為_____。
(4)改變電阻箱阻值,取得多組數據,作出了如圖所示
的圖線,則根據該同學所作出的圖線可求得該電池的電動勢E為___V,内阻r為___Ω.(結果保留兩位有效數字)
(5)用該電路測電動勢與内阻,測量值和真實值的關系E測___E真,r測___r真(填“大于”、“小于”或“等于”)
誤差分析:該電路圖,少算電流,因此E測<E真,r測<r真。
(1)B根據電池允許的最大電流為150mA,可得電路中的最小電阻R=E/Im=60Ω,電池内阻約為50Ω,故保護電阻應大于10Ω,但太大又會造成電流過小,誤差較大,故選B項.
例題:根據閉合電路歐姆定律,用圖甲所示
電路可以測定電池的電動勢和内阻。圖中R₀是定值電阻,通過改變R的阻值,測出R₀兩端的對應電壓U₁₂,對所得的實驗數據進行處理,就可以實現測量目的。根據實驗數據在1/U₁₂一R坐标系中描出坐标點,如圖乙所示。已知R₀=150Ω,請完成以下數據分析和處理。
(1)圖乙中
電阻為___Ω的數據點應剔除。
(2)在圖乙坐标紙上畫出1/U₁₂一R關系圖線。
(3)圖線的斜率是___(V⁻¹·Ω⁻¹),由此可得電池電動勢E=___V。
(4)用該電路測電動勢與内阻,測量值和真實值的關系E測___E真,r測___r真(填“大于”、“小于”或“等于”)
誤差分析:路端電壓不是真的,幹路電流也不是真的。
方法①:類比法
此式和伏安法外接電路表達式相似,因此同理可得,E測<E真,r測<r真。
方法②:用待定系數法
方法③:圖像法
畫出1/U-R圖。
例題:某同學要測量一節舊電池的電動勢和内阻,實驗器材僅有一個電流表、一個電阻箱、一個開關和導線若幹,該同學按如所示電路
進行實驗,測得的數據如下表所示。
(1)為了便于分析,一般采用線性圖象處理數據,請寫出與線性圖象對應的物理量R一1/I的函數關系式____;
(2)利用測得的數據在坐标紙上畫出适當的圖像;
(3)由圖象可知,該電池的動勢為E=___V,内阻r=___Ω;
(4)利用該實驗電路測出的動動勢E測和内阻r測與真實值E真和r真相比,理論上E測___E真,「測___r真(選填“>”、“<”或“=”)。
誤差分析:由于電流表内阻未知,電壓表分流情況位置,少算了電壓,因此屬于伏安法電流表内接情況,E測=E真,r測<r真。
最後總結:誤差分析都可以用伏安法的外接、内接來進行類比。
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