对“测定电源电动势和内阻”实验的改进

王贝妮

利用电压表电流表及滑动变阻器测电动势和内阻是高中物理的一个重要实验，其原理是利用电流表测出电电源的电流，电压表测出电源的路端电压再滑动滑动变阻器，测出几组U、I的值，就能算出电动势和内阻，或者利用描点连线得到U-I图线，图线与纵轴交点坐标为电动势E，图线与横轴交点坐标为短路电流I=E/r，图线的斜率的大小表示电源内阻r=|△U/△I|。在实验中有两种电路设计，如下图所示。

但是由于电压表和电流表内阻的存在，对电流电压都有很大的影响，所测量的电学量与真实值之间存在误差；因此不论哪种办法都不能同时的测得电源的路端和流过电源的电流，因此无法准确的测得电源的电动势和内阻，然而，在现实生产、生活中，有的时候我们要知道电源电动势和内阻的真实值，教材中的设计是一种近似，仍然有误差存在，只是可以采取措施减小误差；但是我认为，只要对实验原理稍加改进，就能准确的测定电源的电动势和内阻。下面就针对这一问题提出一些观点。

设计原理

通过补偿法，消除设计不合理带来的系统误差。设计原理电路图如下图所示：电源E为要测定电动势和内阻的电源，E为该电路的辅助电源。调整R和R，使灵敏电流计G的指针指在中央零刻度处，这说明AB两点电势相等，即φA=φB，此时，电源E的电流从其正极通过辅助电路回到其负极，而又由于UAB=0，说明辅助电路部分在整个电路中的电阻为零，电流表A处于辅助电路部分，说明其电阻不影响整个电路。所以，此时电流表A的示数即为通过电源E的真实电流，电压表V示数即为电源E的外电压。

调整R和R，使UAB=O，记下电流表A和电压表V的示数11和Ul；再次调整R和R，使UAB=O，记下电流表A和电压表V的示數I2和U2，由方程E=Ul+Ilr和E=U2+I2r可得E和r。

操作步骤

1.按图连接电路，注意：连接时开关Sl和S2处于打开状态。

2.闭合Sl、S2，调整R和R，使UAB=O，记下电流表A和电压表V的示数Il和Ul；

3.改变R和R的值，调整R和R，再次使UAB=O，记下电流表A和电压表V的示数I2和U2。

4.将所测得电学量代入方程E=Ul+Ilr和E=U2+I2r即得E和r。

5.为减小在读数时带来的误差，应该采用教材所述之作U-I图线法。

6.整理仪器

误差分析

经这样改良设计后，消除了系统误差，只存在偶然误差，使测量更精确。