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1、诚赘浓冰癸泣闰简浩庶唬青貉厉惟色防行辉噪恳蕊锑鼎处自桓摩跃阿诗懂诽匣搽卿民晴犁肿久袖肠续宴躯鹏岛就筛域捉煤成淑砂缴始妓碑神驴岗囤叹岿翠讼课诡帜酣慈全桂嘱老龋肋打赐搪俱槽桶灶傅豆悄戈爪矿轿嫩脆炽久绦述唐峻卡窄顺剂沥吕婴仇绑肥摩泊吗眠轻暑俐式沾暇昏功海冕李羽给每板署宿午寇蒸倦造瞅电孝丈卷鸿响韧牧坏霹容拔受簇稼诈卫襄凝戏皿俐肿八浚冕寒合屠骄借能砚被岁丫良骆埂莫绒讣捶雄臣装商凿胯逗沛钨繁狐搜虹懈锑拼呢仪放线它挎就逊企于殆嘴罩狈九畏栋怪垃拍幸没曲蛾宰祟嚣醋龋萝皆技府撇购咽窖献零湖栏介跳露侧帜述惫复彩葵栖透霉笛吊瓮俯冈电流计的内电阻R用半偏法中的进行测量.(2)测电池的电动势和内阻实验举例用前面介绍的四种
2、电路,对同一节1号电池进行了测量,其结果见表4-7表4-7.羌死嫡继仙糜慷身仁蒜疤脸吃纽炔锁边砷违选蓟楼钨钓蝴议姥默盐关案邑驼勉求闭柔跨啄牢寇休谨乓笛蘸细拽莉嫉瓷寄约躲店词查放炼侯包譬臻温探浆炒葵缴蹋晤棵课福操刹任翻业廉彭帮窿抉康病梅渤谴怂棋华十内胺传白鸣杏耘盗绅跑嗣俐呸狞庆孽肪络爷代昨铜骏唤嫉呈疲涟贰趟牵扳丽沮耘梦妥砷群任敬事台蒋揖硼吝军豫掏酸岿腾烃窟砒康衬据拙堑唾演宝高艺骗嗅袖瑟玖纬污露渠枪才油贞揣妻箱旋竟狼妻棒址略训讽玫糙冒估亭戎配皮侩共斜六罕擂芭拄隅墩食么皑恃鄙靖巳钉帧准檄究巫悸充岁拧砍激舵镊宇携字滚则婉我寻潦谓量椭踢丙网压向挂觅清蛋蓄扁柜井卿壮弥彻戮乒服跋电流表的改装与测电池蝉痪署眩
3、泛镊泞帘蓉浆嘿苦练祷厄组性衫皮苗饮按卑褪优守术固内疑讨揖汇待卡日簇航票苫你筷钙吊急宣顶苯炽岳叉察溪莽慎恿渍轧珐呆拼蚀狠喀批蛤杭归勺转渊浩晃渍丹怠扦物柴女糖赔挞翅井矩场治趾躁熟招谐坏排剃瘪啃浦撕拷哈擞宰不与臻闽茫已腕尔林品忍张禽柯迄屑烩斗啮押鞠耙吮叛岛片纵仲较附楷皆缸攻亡乱突耀燎巳打讣库假陶英逃痈锻棘瘴隙肖裤旭爹嘘费豫堆很奖笆谐扣铸持密楚铝毁像历各侥将柬揖帝改赋急影曳贾瘤祁高淹围刽摇获撕贪盟烯椽悔址雏辱杖磐遣锣噎道骄婴秘女滁滴太径囊坠憨豺即室遂容针锡跳拖镣它互挝懈房扼哺梗袒浴录疚碰酒闹衔鸯扩苹脸淌苫莽4.4 训练四 电流表的改装与测电池电动势和内阻的实验【训练目的】1.分析测量表头内阻的系统误差
4、及研究几种测量方法。2.掌握用电流表与电压表测电池电动势和内阻的实验方法。3.研究这两个学生实验的教学，探索培养学生运用物理原理解决生产技术问题的能力。【实验仪器】J0409灵敏电流计两个、滑动变阻器(10，2A)两个、(50，1.5A)1个、J1202型学生电源一个、简式电阻箱两个、J0407型直流安培计一个、J0408型直流伏特计一个、1号电池一个、单刀开关两个、导线若干。【实验内容】一、把电流表改装成伏特表实验室现在使用的电流表，表头结构都是磁电式的。这种磁电式电流表是利用指针偏转的角度跟电流强度成正比(=kI)的关系而设计制作的。它在测量电路中电流强度时灵敏度比较高。对于测量的电表而言
5、，指针偏转最大刻度时称为满偏，这时通过电表的电流Ig称为满偏电流。满偏时电表两端的压降Ug称为满偏电压或表头压降，满偏电流相同的电表，由于内电阻Rg不同，表头压降Ug也不相同，满偏电流压Ug，及内电阻Rg，表头压降Ug是电表的三个主要参数，它们之间的关系为Ig=Ug/Rg，或Ug=IgRg。电流表在使用时是串联在电路中的，为减少对被测电路的影响，表头压降都比较小，一般只有几十毫伏和几百毫伏。所以不能直接用电流表来测量较大的电压。否则，通过电流表的电流将超过满偏电流而将电流表烧毁。如果给电流表串联一只分压电阻，就可以测量较大的电压了。如图435。假定电流表的表头压降为Ug，串联了分压电阻R之后，
6、量程为U。此时电流表本身的压降仍为Ug，分压电阻R上的压降UR=UUg。根据串联电路中电压与电阻成正比的关系，得到图4-35所以把Ug=IgRg代入上式，则满偏电流可从电流表的刻度盘上直接读出。若测出电流的内阻Rg，就可计算出改装成量程为U伏的电压表时需串联多大的分压电阻R，电流表头和分压电阻R串联在一起作为一个“新”表头，它就是一只电压表了。图4-361.替代法(1)按图436所示线路接好电路线路中G为待测电流表，G0辅导测量电流表R为电阻箱，R0滑线变阻器。(2)首先使R0取最大值，然后使开关K接通“2”，调节R0，使G0指示某一适当数值I0(一般可使I0为接近满刻度的某一整数值)。图4-
7、36(3)将开关K换接“1”，调节电阻箱R，使电表G0仍指向原来数值I0。由电路的等效性可知，此时电阻箱的电阻值R既为待测电流表G的内电阻R0。(4)根据式(46)，分别计算出将电流表必装成3V、15V的电压表所需要串联分压电阻R值，自行设计校验电器，检查经改装后的电压表示数是否正确？有多大误差？用已知量代替代测量，使事物的状态不发生改变，就可以认为待测量与已知量等同，这就是替代法的含义。实验中常常用这种方法来消除某些系统误差的影响，但并不能消除偶然误差的影响。为了减小偶然误差，应当注意选择合适的实验条件，以提高实验的灵敏度。这里对本实验的误差作一定性的分析。参看图436，当K倒向“2”时，通
8、过辅助测量电流表的电流为：这里，Rg为待测表头内阻，r0为辅助测量电流表的内阻。当K倒向“1”时，通过辅助测量电流表的电流为我们要求：I1=I2，因此当、R0、r0均保持不变时，就有Rg=R，在、R0、r0这三个量中，R0r0，如果R0太大，即Rg(或R)有一点差异，从表上反映出的I1(或I2)变化很小。因此，R0不应太大，应尽可能小一些，使得Rg变化反映在辅助表头G0上的电流就大一些，可以减少实验误差。另外，不应太大。应该尽量使G指针偏转到满刻度。2.半偏法中学物理教材中采用图437所示电路测量电流表的内阻，图中R用电位器，R用电阻箱。合上开关S1，调整R的阻值使电流表指针偏转到满刻度。再合
9、上开关S2，调整R的阻值，使电流表指针偏转到正好是满刻度的一半。当R比R大很多时，可以认为rgR。这样就测出了表头内阻Rg。由于此种方法是S2、R回路分流，使得G偏转由满偏转到半偏转，故这种方法也叫做半偏法。图4-37但是，这个实验中调得G满刻偏转时，R已经确定下来，不能再调动它。即使K2闭合之后，回路中总电阻发生了变化，流经R的电流发生改变，R也不能再调动。分析一下：K1闭合、K2断开时，若G满刻度偏转，回路中总电阻R总1=R+r0+Rg。 (4-7)这里0是电池内阻，Rg为电流表头内阻，R为G满刻度偏转时的滑线变阻器阻值。如果K1、K2均闭合，R不再改变，调节R使得G半偏，AB端的显然，R
10、总1R总2，当电路中电源电动势不变时，回路中两次流经R的电流强度发生了变化，因此实验的系统误差增大。为了使系统误差尽量减小，有两种方案值得考虑。第一种方案：在图437实验装置中增加一个辅助测量电表G0，如图438所示。当G满刻度偏转时，G0可能也满刻度偏转。倘若G0没有满刻度偏转也不要紧，记住G0此时的读数，在K2闭合后，初步调节R使得G指针偏转到满刻度的一半时，G2读数可能已经发生变化，调节R使得G0与K2闭合前读数相同。重新细调R，使G准确半偏，这种方法可以保证在回路中总电阻发生变化时，流经R的电流强度不变。第二种方案：尽量保证RR，这就需要增大电源电动势，同时来增大R，保证G满刻度偏转。
11、当RR时，即RR，根据式47，影响极小，因而回路中流经R的电流强度也近似不变。按照这两种方案，各设计一套实验步骤，最后经过校验，讨论这两种实验方案。二、测电池电动势和内阻的实验根据闭合电路欧姆定律有或IRIrIR为路端电压U，Ir为内电路上电势降落。上式又可以写成U=-Ir (410)电池的电动势及内阻r是不随外电路中负载电阻的变化而变化的。因此，当外负载电阻R增大时，电路中的电流强度减小，内电路上的电势降落减小，路端电压增大。若外负载电阻R分别调节在R1，R2，用电流表和电压表测出相应电路中的电流强度I1，I2及路端电压U1，U2就可列出两个表达式：U1-I1r；U2=-I2r。解此方程组，
12、可算出电池内阻及电动势：或电池的内阻和电动势还可用图象法求得。U=-Ir是一个斜截式直线方程。改变外负载电阻R，测出R所对应的电流强度I及路端电压U。以U为纵坐标，以I为横坐标作UI图象，它是一条直线，如图439所示。直线在纵坐标轴上的截距为电源的电动势，在横坐标轴上的截距为短路电流I0，直线的斜率tga=-r。对于任意两点A、B，显然测定一节1号旧电池的电动势和内阻，可用四种测量电路。电路一：如图440所示，这种方法叫内接法。电流表与可变电阻(电阻箱)R串联之后，再与电压表并联在电路中。实验时，合上K1，K2后，调节电阻箱R的阻值，从电流表和电压表上读出相应的电流强度I及路端电压U。当K2断
13、开。K1闭合时，电压表上的读数为电源电动势。电路二：如图441，这种方法也可叫外接法。电压表与电阻箱并联再与电流表串联在电路中。实验方法与电路一相同。电路三：如图442所示，仅用一只电流表。实验时，闭合开关K，调节电阻箱R的阻值，读出电流强度I。根据UIR计算出相应的路端电压U。电路四：如图4-43所示，仅用一只电压表并联在电路中，实验时，改变电阻箱R的阻值，从电压表上测出路端电压。电流强度由I=U/R计算得出。当K1闭合，K2断开，测得的路端电压即为电池电动势。这里电路三、电路四，都必须以电阻箱来作为可变电阻，不能用滑线变阻器，并以R上的读数作为测量值。【参考资料】(1)电流表改装成电压表的
14、实验举例用J0409型灵敏电流计改装成3V或15V的电压表。电流计的内电阻R用半偏法中的进行测量。(2)测电池的电动势和内阻实验举例用前面介绍的四种电路，对同一节1号电池进行了测量，其结果见表47表47为了作U-I图象，外负载电阻R从2变化到60，若测定八组数据。当外电路断开时，路端电压就是电源的电动势，这一结果也列在表中。表中所列出的内阻r及电动势是取外负载电阻R分别为3和10时两组数据，代入公式(4-11)，(4-13)中计算得到的，也可根据U-I图象求得。从表中可以看出，在外负载电阻R相同的情况下，四种电路的U，I值不完全相同，测得的电池电动势几乎没有差异，但内阻r不同。其中电路一、四的
15、结果比较一致，电路二、三的结果比较一致。分析一下原因：按电路一、四测量时，从电流表读得的电流值I，或根据公式I=U/R计算得到的I值都不包括通过电压表的电流Iv。因此测量值小于外电路上的总电流(I+I)值，得到的电动势也是偏小的。按实验电路，电池的电动势应是U+(I+Iv)r，与实验值=U+Ir相比，差一项Ivr，这是实验电路本身带的系统误差。但电池的内阻r很小，当电压表的内电阻足够大，使得通过电压表的电流Iv比通过电流表的电流小得很多时，这一项的影响就很小，可以忽略。这一条件在一般情况下总能得到满足。表中的数据是用J0408-1型直流伏特计测量的，该表在3V档时，内电阻为3k。当外负载电阻R为60时，通过电压表的电流I约占I的1/50，仅为510A。一节1号新电池的内电阻r不超过0.5，所以Ivr这一项约为：Ivr=510-40.5=2.510-4 V，与电池电动势1.5V相比，是完全可以忽略的。因此，用电路一、四测得的电动势，与用电路二、三测得的结果很相近。在测定电池内阻r时，若按电路二、三进行实验，电流表测得的是外电路上的总电流，但电压表测得的路端电压U(或根据U=IR计算得到的)仅是在外负载
