原电池电动势的测定 原电池电动势的测定及应用误差分析

2024-10-0401:59:30综合资讯0

在电路实验中,了解如何准确测量电动势(E)和内阻(r)至关重要。通过不同的连接方式,可以有效地运用电压表和电流表来获得准确的数据。以下将对安培表的外接法和内接法进行深入探讨,同时分析实验中的误差来源与解决方案。

一、电路一(安培表外接法)

1. 实验原理:E=U+Ir

根据公式E=U+Ir,只需测量电压(U)和电流(I),便可列出方程求解电动势(E)和内阻(r)。通过将电压表、电流表与可变电阻连接,能够准确测量这些参数,电路图如图所示。

安培表外接于电源

在此实验中,通过改变外电阻(R)来获取两组数据,形成的方程为E=U₁+I₁r与E=U₂+I₂r,利用联立方程可求得E和r的值。

通过分析结果发现,这些结果与R无关,基于串联和并联原理,若U₁>U₂,则I₂>I₁,E和r不可能取负值。

2. 误差分析

方法一:(公式法)

实验过程中未考虑电压表的分流效应。如果将此效应纳入,方程需调整为:

E=U₁+(I₁+U₁/Rv)r,

E=U₂+(I₂+U₂/Rv)r。

由此解得:

由此可见,Rv>(U₁-U₂)/(I₂-I₁),可以比较得出E测<E真,而r测<r真。

方法二:(图像法)

方法三:(等效电源法)

将伏特表移入电源中,路端电压(U)和干路电流(I)均为真实值。可得出E测=Rv·E/(Rv+r真)<E真,r测=Rv·r真/(Rv+r真)<r真。

二、电路二(安培表内接法)

1. 实验原理:E=U+Ir

在此连接方式中,依然通过测量电压(U)和电流(I)来推导E和r的值。连接图如图所示。

安培表内接于电源

通过改变外电阻R,获取两组数据,建立相同的方程E=U₁+I₁r和E=U₂+I₂r,进而联立求解。

分析结果显示,此次实验结果同样与R无关。若U₁>U₂,则I₂>I₁,E和r也不可能为负数。

2. 误差分析

方法一:(公式法)

实验中未考虑电流表的分压效应。修正方程为:

E=U₁+I₁(Rᴀ+r),

E=U₂+I₂(Rᴀ+r)。

由此得到:

这说明E测=E真,表明测得的电动势无系统误差。

同时可推导出r真=r测-Rᴀ。

方法二:(图像法)

方法三:(等效电源法)

在此方法中,将电流表移入电源,得出的U和I均为真实值。可以得出E测=E真,而r测=r真+Rᴀ>r真。

三、电压表内阻Rv已知

如果已知电压表内阻Rv,则其既可以作为电压表,又可以作为电流表。接入电路后,分流电流Iv=U/Rv,这一做法充分利用了电压表的特性,无系统误差。

四、电流表内阻Rᴀ已知

同理,如果已知电流表内阻Rᴀ,则电流表既是电流表,又是电压表。接入电路后,分压电压Uᴀ=I·Rᴀ,充分利用电流表的特性,确保无系统误差。

五、电压表与电流表的内阻均已知

理论上,这两种接法均能有效地避免系统误差。

通过合理选择电路连接方式,结合有效的误差分析方法,可以最大限度地提升实验测量的准确性。掌握这些技术,对于电学实验的深入研究具有重要的指导意义。