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通过我的教学实践,在用伏安法测电源的电动势和内电阻的试验中,对由测量结果看真实值和测量值的关系用三种方法进行分析如下:
方法一:利用全电路欧姆定律
若采用图(1)所示电路时,则
E测=U+I1r测
E测=U2 +I2r测
E测= r测=
若考虑安培表和伏特表的内阻,对图(1)所示的电路应有:
E= U1+I1r+I1RA
E= U2+I2r+I2RA(式中E和r为电动势和内阻的真实值)
E= r=
比较有:E测=E r测>r
若采用图(2)所示电路,同样考虑安培表和伏特表的内阻,电动势和内阻的真实值为:
E=U1+
E=U2+
所以:r=
E=
方法二:图象法
采用方法一推证过程虽严密,但过于繁琐。下面用图象法定性地分析电动势和内电阻的真实值和测量值的大小关系。
对于一个闭合电路,其路端电压U和干路电流I的关系曲线与纵轴(U)的交点U=E。曲线斜率K的绝对值即为电源的内阻r,在下面各图中用虚线表示待测电源组成的闭合电路的真实的U-I曲线。
若用图(1)所示电路,由于安培表测量的的确是干路电流,而伏特表测量的电压比实际路端电压小,反映在同一U-I图中,对应同一I值,实验数据点应在真实点的下方,但当I=0(理想想情况)时,安培表的分压对路端电压无影响,即试验曲线与实际曲线在纵轴上的截距相等,所以可得实际曲线(虚)与实验曲线(实)大致如图(3)所示,由图(3)很显然有E测=E,r测>r。
若采用图(2)所示电路,伏特表测量的的确是路端电压,而安培表测量的电流即实验中的干路电流比实际电流小,故反映在同一U-I图中,对应同一U值,实验数据点应在真实点的左方,但当U=0(理想情况)时,伏特表的分流对干路电流无影响,即试验曲线与实际曲线在横轴上的截距相等,所以可得实际曲线(虚)与实验曲线(实)大致如图(4)所示,由图(4)很显然有E测 方法三:等效电路法
在图(1)中,将虚线框内的电源与电流表的串聯电路视为等效电源。该等效电源的电动势与被测电动势相等,即E测=E等效电源的内阻等于电流表的内电阻RA与电源本身的内电阻r之和,即r测=RA+r>r 。
在图(2)中,将虚线框内的电源与电压表的并联电路视为等效电源。该等效电源的电动势就等于E测,由于电压表的分压作用,E测=E-IVr 综上所述,当RA远小于r时可用图(1)所示电路;当RV远大于r时可用图(2)所示电路。但试验用的干电池内阻与电流表内阻RA很接近,用这种方法测量的干电池误差就很大,因此在试验中并不选用图(1)所示电路。
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方法一:利用全电路欧姆定律
若采用图(1)所示电路时,则
E测=U+I1r测
E测=U2 +I2r测
E测= r测=
若考虑安培表和伏特表的内阻,对图(1)所示的电路应有:
E= U1+I1r+I1RA
E= U2+I2r+I2RA(式中E和r为电动势和内阻的真实值)
E= r=
比较有:E测=E r测>r
若采用图(2)所示电路,同样考虑安培表和伏特表的内阻,电动势和内阻的真实值为:
E=U1+
E=U2+
所以:r=
E=
方法二:图象法
采用方法一推证过程虽严密,但过于繁琐。下面用图象法定性地分析电动势和内电阻的真实值和测量值的大小关系。
对于一个闭合电路,其路端电压U和干路电流I的关系曲线与纵轴(U)的交点U=E。曲线斜率K的绝对值即为电源的内阻r,在下面各图中用虚线表示待测电源组成的闭合电路的真实的U-I曲线。
若用图(1)所示电路,由于安培表测量的的确是干路电流,而伏特表测量的电压比实际路端电压小,反映在同一U-I图中,对应同一I值,实验数据点应在真实点的下方,但当I=0(理想想情况)时,安培表的分压对路端电压无影响,即试验曲线与实际曲线在纵轴上的截距相等,所以可得实际曲线(虚)与实验曲线(实)大致如图(3)所示,由图(3)很显然有E测=E,r测>r。
若采用图(2)所示电路,伏特表测量的的确是路端电压,而安培表测量的电流即实验中的干路电流比实际电流小,故反映在同一U-I图中,对应同一U值,实验数据点应在真实点的左方,但当U=0(理想情况)时,伏特表的分流对干路电流无影响,即试验曲线与实际曲线在横轴上的截距相等,所以可得实际曲线(虚)与实验曲线(实)大致如图(4)所示,由图(4)很显然有E测
在图(1)中,将虚线框内的电源与电流表的串聯电路视为等效电源。该等效电源的电动势与被测电动势相等,即E测=E等效电源的内阻等于电流表的内电阻RA与电源本身的内电阻r之和,即r测=RA+r>r 。
在图(2)中,将虚线框内的电源与电压表的并联电路视为等效电源。该等效电源的电动势就等于E测,由于电压表的分压作用,E测=E-IVr
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