例析伏安法測電阻與電源電動勢內(nèi)阻的異同

鄒筱龍

(唐山市第二中學(xué) 河北 唐山 063000)

例析伏安法測電阻與電源電動勢內(nèi)阻的異同

鄒筱龍

(唐山市第二中學(xué) 河北 唐山 063000)

以具體問題為例，進行了伏安法測電阻與伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻的分析對比，意在加深學(xué)生對該問題的理解掌握，提高學(xué)生解決問題的能力.

伏安法 內(nèi)接法外接法 誤差 異同

伏安法是高中物理電學(xué)實驗部分基本也是重要的方法，其典型應(yīng)用是伏安法測電阻及伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻.因為這兩個實驗在有關(guān)問題的表述、形式上存在某些相似之處，容易造成學(xué)生對其原理混淆、方法亂用、結(jié)論錯誤的現(xiàn)象，所以，實際教學(xué)中應(yīng)全面考慮、精心設(shè)計、綜合辨析.下面以電流實驗復(fù)習(xí)課中所舉例題為例，談?wù)剬υ搯栴}的教學(xué)設(shè)計與實踐.

【原題】圖1所示為測定某滑動變阻器最大阻值的實驗電路，為減小測量誤差采取試接法來選擇正確電路，現(xiàn)將電壓表的接線端S分別與電流表兩端a,b兩點相接觸，則( )

圖1 例題題圖

A.若電流表示數(shù)有明顯變化，應(yīng)接a

B.若電流表示數(shù)有明顯變化，應(yīng)接b

C.若電壓表示數(shù)有明顯變化，應(yīng)接a

D.若電壓表示數(shù)有明顯變化，應(yīng)接b

分析：(1)測量原理

(2)誤差分析

1)若S接a，電流表所測為變阻器的真實電流，電壓表所測非變阻器真實電壓，而是其與電流表兩者電壓之和，即電流表分壓造成誤差，測量值與真實值的關(guān)系為

且RA較R越小測量誤差越小.

2)若S接b，電壓表所測為變阻器的真實電壓，電流表所測非變阻器真實電流，而是其與電壓表兩者電流之和，即電壓表分流造成誤差，測量值與真實值的關(guān)系為

且RV較R越大測量誤差越小.

(3)判斷方法

若電流表示數(shù)變化較電壓表示數(shù)變化明顯，說明外接法下電壓表分流造成誤差較內(nèi)接法下電流表分壓造成的誤差大，兩相權(quán)衡，為減小誤差應(yīng)選取內(nèi)接法；反之，應(yīng)選取外接法.

答案：A,D

【變式】如果采用該電路測量電源的電動勢和內(nèi)阻，其他條件不變，答案是什么？

思考：(1)測量原理

根據(jù)全電路歐姆定律E=U+Ir，需測出兩組電源路端電壓U與電路干路電流I，即可得電動勢與內(nèi)阻

(2)誤差分析

1)若S接a，電壓表所測為干路的真實電壓，電流表所測非干路真實電流，而是干路的部分電流，即電壓表分流造成誤差，測量值與真實值的關(guān)系為

且RV較r越大誤差越小.

2)若S接b，電流表所測為干路的真實電流，電壓表所測非路端電壓，而是路端電壓與電流表分壓之和，即電流表分壓造成誤差，測量值與真實值的關(guān)系為

E測=E真r測=RA+r真

且RA較r越小誤差越小.

3)內(nèi)接法下電動勢和內(nèi)阻測量結(jié)果均存在誤差，且誤差因素相同，均為RV較r越大測量誤差越??；而外接法下電動勢無誤差，但內(nèi)阻測量結(jié)果有誤差，且RA較r越小測量誤差越小.

(3)判斷方法

若電流表示數(shù)較電壓表示數(shù)有明顯變化，說明內(nèi)接法下電壓表分流造成誤差較外接法下電流表分壓造成的誤差大，為減小誤差應(yīng)選取外接法；反之，應(yīng)選取內(nèi)接法.

答案：B,C.

【深化】上述兩個問題均為理論分析，若考慮實際情況，則結(jié)果如何？

辨析：(1)中學(xué)實驗室常用器材規(guī)格——指針式電壓表內(nèi)阻數(shù)量級一般為103～104Ω；指針式電流表內(nèi)阻數(shù)量級一般為10-2～10-1Ω；定值電阻數(shù)量級范圍很大，一般為10-1～106Ω；滑動變阻器最大值數(shù)量級一般為10～102Ω；干電池規(guī)格一般為(1.5 V，10-1Ω).

答案：考慮實際情況，原題正確選項依舊為A,D；變式，則不論兩表示數(shù)變化如何，均應(yīng)選擇內(nèi)接法，故無正確選項.

【對比】結(jié)合上述分析，歸納比較伏安法測電阻與伏安法測電動勢和內(nèi)阻的異同.

總結(jié)：兩個實驗既有相似相同，也有差異區(qū)別，只有既知表象又明實質(zhì)，方能融會貫通靈活運用.

(1)研究對象：伏安法測電阻實驗的對象是很大范圍內(nèi)的某個值，伏安法測電動勢和內(nèi)阻實驗的對象是兩個很小的確定值.

(2)實驗原理：兩個實驗依據(jù)的都是歐姆定律，但伏安法測電阻的原理是部分電路歐姆定律，而伏安法測電動勢和內(nèi)阻的原理是全電路歐姆定律.

(3)測量數(shù)據(jù)：兩個實驗測量的都是電流和電壓，但伏安法測電阻測量的是待測電阻的電流和電壓，而伏安法測電動勢和內(nèi)阻測量的是電源的電流和路端電壓.

(5)誤差分析：兩個實驗產(chǎn)生誤差的原因都是電流表分壓或電壓表分流，但伏安法測電阻中內(nèi)接法是電流表分壓，外接法是電壓表分流；伏安法測電動勢和內(nèi)阻測量中則相反.

(6)兩表接法：考慮實際情況，伏安法測電阻的電路存在兩種可能接法，伏安法測電動勢和內(nèi)阻則只有一種接法.

1 宋昌杰.“伏安法測電阻”的教學(xué)設(shè)計及實施.物理通報，2014(z1):52～54

2 吳軍.伏安法測電源電動勢和內(nèi)阻的系統(tǒng)誤差分析.湖南中學(xué)物理，2014(12):72～73

鄒筱龍(1968- )，男，中教高級，主要從事中學(xué)物理教學(xué)和研究工作.

2016-08-10)