用伏安法測(cè)電阻、電源的電動(dòng)勢(shì)及內(nèi)阻和小燈泡的功率是中學(xué)電學(xué)中非常重要的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中由于電壓表和電流內(nèi)阻的影響,原理上必然存在著誤差。教師如果打破常規(guī)的測(cè)量方法,巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路,就能消除伏安法測(cè)量的原理誤差。
一、用伏安法測(cè)電阻
實(shí)驗(yàn)器材:待測(cè)電阻R,定值電阻R、 電源、電流表、電壓表,滑動(dòng)變阻器,開(kāi)關(guān)兩個(gè),線導(dǎo)若干。
1.用內(nèi)接法測(cè)量
(1) 實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示
(2)實(shí)驗(yàn)步驟:
a.閉合開(kāi)關(guān)S和S調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,記錄電流表和電壓表的示數(shù)為I和U。
b.斷開(kāi)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R′,記錄電流表和電壓表的示數(shù)為I和U。
?。?)數(shù)據(jù)處理:
由步驟α有:U=I(R+R),
由步驟b有:U=I(R+R+R)。
解上面兩式得待測(cè)電阻R=-。
2.用外接法測(cè)量
?。?)實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示
?。?)實(shí)驗(yàn)步驟:
α閉合開(kāi)關(guān)S,斷開(kāi)S調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R′,記錄電流表和電壓表的示數(shù)為I和U。
b再閉合開(kāi)關(guān)S調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,記錄電流表和電壓表示數(shù)為I和U。
?。?)數(shù)據(jù)處理
由步驟α有:I=+,
由步驟b有:I=++。
解上面兩式得待測(cè)電阻R=。
二、用伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。
1.實(shí)驗(yàn)器材:待測(cè)電源,電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、單刀單擲開(kāi)關(guān)S,單刀雙擲開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線若干。
2.實(shí)驗(yàn)電路圖如圖3所示。
3. 實(shí)驗(yàn)步驟
(1) 閉合開(kāi)關(guān)S,將S,置于α,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,記錄電流表和電壓表的示數(shù)為I和U。再次調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,記錄電流表和電壓表的示數(shù)為I和U。
(2) 將開(kāi)關(guān)S置于b,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,記錄電流表和電壓表的示數(shù)為I和U,再次調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,記錄電流表和電壓表的示數(shù)為I和U。
4.數(shù)據(jù)處理
由步驟(1)可列出:E=U+I(r+R)…①
E=U+I(r+R)…②
由步驟(2)可列出:E=U+(I+)r…③
E=U+(I+)r…④
由①、②兩式可得電動(dòng)勢(shì)E=…⑤
由③、④、⑤可得內(nèi)阻r=。
三、測(cè)小燈泡的功率
1.實(shí)驗(yàn)器材:電源,小燈泡(額定電壓為U),電流表,電壓表,定值電阻,滑動(dòng)變阻器,開(kāi)關(guān)兩個(gè),導(dǎo)線若干。
2.實(shí)驗(yàn)電路圖如圖4所示。
3.實(shí)驗(yàn)步驟:
(1) 閉合開(kāi)關(guān)S ,斷開(kāi)S ,調(diào)節(jié)滑變阻器R,使電 壓表上的示數(shù)為小燈泡的額定電壓U,記錄電流表上的示數(shù)為I 。
?。?)再閉合開(kāi)關(guān)S ,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R,合電壓表上的示數(shù)為小燈泡的額定電壓U,記錄電流表上的示數(shù)為L(zhǎng)。
4.數(shù)據(jù)處理:
由步驟(1)有:I=I+I…①,
由步驟(2)有:I=I+I…②,
由兩式可得通過(guò)燈泡的電流為I = I- I,小燈炮的功率為P=UI=U(I-I)。
由上面對(duì)各實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法和結(jié)果可以看出,在處理數(shù)據(jù)時(shí)考慮了電流表和電壓表的內(nèi)阻R和R,但結(jié)果都不含有R和R。這樣通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的巧妙設(shè)計(jì),就有效地消除了伏安法測(cè)量中原理上的誤差。
注:“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請(qǐng)以PDF格式閱讀”