图像法在测量电源电动势和内阻实验中的运用

张金龙

(甘肃省陇东学院附属中学)

测量电源电动势和内阻是普通高中物理中非常重要的电学实验之一,教材中提供的测量方法是“伏安法”,由此也衍生出“伏阻法” “安阻法” “伏伏法” “安安法”等多种方法,笔者在教学及高考备考中发现,在处理实验数据中大部分采用图像法。对于图像法处理实验数据,如何选取横纵坐标,将原本非线性测量数据通过坐标转换变为线性图像一直是近年来高考的热点和难点,本文对以上五种测量方法分别根据闭合电路的欧姆定律列式推导,采用图像法进行数据处理,并在同一幅图中作出测量图线与真实图线,以助考生分析实验误差产生的根本原因,减小系统误差,提高测量的精度。

1.伏安法

利用一只电压表和一只电流表对电源电动势和内阻进行测量,称为伏安法。设计电路图,电流表有两种接法,相对电源内接和外接,设计电路图分别如图1,2所示。

图1

图2

在同一坐标系中分别作出以上三种伏安法处理实验数据的图线如图3,4所示,图线①②③分别为不考虑电表内阻影响、考虑电流表内阻的影响和考虑电压表内阻影响的图线。

图3

图4

2.伏阻法

图5

图6

3.安阻法

图7

图8

4.伏伏法

图9

综上分析可知,两电压表的内阻RV1和RV2均对电源电动势E和内阻r的测量带来影响,当RV1→∞且RV2→∞时,影响为零。在同一坐标系中分别作出U1-U2图线如图10所示,图线①②分别为不考虑和考虑电压表内阻影响的图线。在同一坐标系中分别作出U2-U1图线如图11所示,图线①②分别为不考虑和考虑电压表内阻影响的图线。

图10

图11

5.安安法

图12

综上分析可知,电流表A1的内阻对电源电动势E和内阻r的测量均带来影响,当RA1→0时,影响为零。在同一坐标系中分别作出I1-I2图线如图13所示,图线①②分别为不考虑和考虑电流表A1内阻影响的图线。在同一坐标系中分别作出I2-I1图线如图14所示,图线①②分别为考虑和不考虑电流表内阻影响的图线。

图13

图14