鄒筱龍
(唐山市第二中學 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 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,意在加深學生對該問題的理解掌握,提高學生解決問題的能力.
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,實際教學中應(yīng)全面考慮、精心設(shè)計、綜合辨析.下面以電流實驗復習課中所舉例題為例,談?wù)剬υ搯栴}的教學設(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.湖南中學物理,2014(12):72~73
鄒筱龍(1968- ),男,中教高級,主要從事中學物理教學和研究工作.
2016-08-10)