1、1测定电源电动势和内阻1. 实验原理本实验的原理是闭合电路欧姆定律1) 具体方法a) 利用实验图 10-1 所示电路，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 UE Ir ，可得： ， ，解之得：rIE1rIU2221121IrIEb) 利用如实验图 10-1 所示的电路，通过改变 R 的阻值，多测几组 U、I 的值(至少测出 6 组) ，并且变化范围昼大些，然后用描点法在 UI 图象中描点作图，由图象纵截距找出 E，由图象斜率找出内电阻，如实验图 10-2 所示rIEUtanm 由于电源内阻 r 很小，故电流表对电源而言要外接，不然的话，内阻测量的误差太大gRr测 由
2、于偶数误差的存在，方法(1)的结果可能存在较大的误差，因此在实验中采取方法(2)处理数据2. 实验器材电流表、电压表、变阻器、开关、导线及被测干电池3. 实验步骤1) 恰当选择实验器材，照图连好实验仪器，使开关处于断开状态且滑动变阻器的滑动触头滑到使接入电阻值最大的一端22) 闭合开关 S，接通电路，记下此时电压表和电流表的示数3) 将滑动变阻器的滑动触头由一端向另一端移动至某位置，记下此时电压表和电流表的示数4) 继续移动滑动变阻器的滑动触头至其他几个不同位置，记下各位置对应的电压表和电流表的示数5) 断开开关 S，拆除电路6) 在坐标纸上以 U 为纵轴，以 I 为横轴，作出 UI 图象，利
3、用图象求出 E、r 4. 数据处理的方法1) 本实验中，为了减小实验误差，一般用图象法处理实验数据，即根据各次测出的U、I 值，做 U I 图象，所得图线延长线与 U 轴的交点即为电动势 E，图线斜率的值即为电源的内阻 r，即 如实验图 10-2 所示mIE2) 应注意当电池内阻较小时，U 的变化较小，图象中描出的点呈现如实验图 10-3(甲)所示状态，下面大面积空间得不到利用，所描得的点及做出的图线误差较大为此，可使纵轴不从零开始，如实验图 10-3(乙)所示，把纵坐标比例放大，可使结果误差小些此时，图线与纵轴的交点仍代表电源的电动势，但图线与横轴的交点不再代表短路状态，计算内阻要在直线上选
4、取两个相距较远的点，由它们的坐标值计算出斜率的绝对值，即为内阻 r5. 实验误差分析1) 偶然误差：主要来源于电压表和电流表的读数以及作 UI 图象时描点不很准确2) 系统误差a) 电流表相对电源外接如图，闭合电路的欧姆定律 U=E-Ir 中的 I 是通过电源的电流，而图 1 电路由于电压表分流存在系统误差，导致电流表读数（测量值）小于电源的实际输出电流（真实值） 。设通过电源电流为 ，电流表读数为 ，电压I真 测表内阻为 ，电压表读数为 U，电压表分流为 ，由电路结Rv Iv3构， ，U 越大， 越大，U 趋于零时， 也趋于零。IIRvv真 测 ， 而IvIvI) 等效电源内电路为电压表和电
5、源并联，等效内阻 小于电源内阻 ，r测 r真，相对误差为 ，所以相对误差rRrv测 真 真rRvv真 真 真， 因 为很小，满足实验误差允许范围。II) 电流表的读数为等效电源的输出电流，外电路断开时 a、b 两点间电压 即Uab等效电源开路电压为等效电源的电动势，即为电源电动势的测量值。等效电动势 小于电源电动势 ，相对误差为E测 ERrEv真 测 真 真， ，因为 ，所以相对误差很小，也满足实验误差允许范围。rRvrv真b) 电流表内接实验电路如图 4，闭合电路的欧姆定律 中 U 是电源两极间电压，而图EIr4 电路由于电流表分压存在系统误差，导致电压表读数（测量值）小于电源两极间电压（真
6、实值） 。电流表内接实验电路产生的相对误差可以根据等效电源的方法进行定量计算，电流表看成内电路的一部分。如图 6 虚线框所示，内阻的测量值，即等效电源的内阻为电源内阻和电流表内阻之和 ，相对误rRrA测 真 真差为 。因为 RA 与 接近甚至大于 ，所以，相对误差很大，远远超出rr真 真实验误差允许范围，内阻的测量已没有意义。4综上所述，利用电流表外接实验电路，电动势和内阻的测量值均小于真实值，但误差小；而电流表内接实验电路，电动势的测量值不存在系统误差，而且内阻的测量值大于真实值会产生很大的误差。故伏安法测电源电动势和内阻的实验电路应采用电流表外接电路。6. 注意事项1) 电流表要与变阻器靠
7、近，即电压表直接测量电源的路端电压2) 选用内阻适当大一些的电压表3) 两表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差4) 尽量多测几组 U、I 数据(一般不少于 6 组) ，且数据变化范围要大些5) 做 UI 图象时，让尽可能多的点落在直线上，不落在直线上的点均匀分布在直线两侧7. 实验仪器的选择本实验的系统误差来源于未计电压表的分流。为减小该误差，需减小电压表的分流本实验中滑动变阻器的选择原则是：阻值范围较小而额定电流较大；电压表的选择原则是：在满足量程要求的前提下选取内阻较大的；电流表的选择需根据电源电动势和选用的滑动变阻器来确定补：测量方法用一只电压表和一只电流表测量用一只电流表和一只电阻箱测量用一只电压表和一只电阻箱测量实验电路 VARE r SARE r SVRE r S需测的量电流 I1，电压 U1电流 I2，电压 U2电阻 R1，电流 I1电阻 R2，电流 I2电阻 R1，电压 U1电阻 R2，电压 U2电动势 1IE1)(IE 11)(r内阻 2Ir 2Ir 2线性关系 U=EIr ErRIERrU图象IUO O R1O1R15物理意义截距：d=E斜率：k=r截距： Erd斜率：k1截距： Ed1斜率：rk
