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测量电源电动势和内阻虚拟实验:U–I 图像与内接外接误差分析

伏安法测电池电动势和内阻的虚拟实验:电流表相对电源内接或外接、保护电阻、量程选择、闭合开关前滑片位置、读数后断开开关——每个细节都由你决定。作 U–I 图像,由纵截距求 E、由斜率求 r,看清纵轴不从零开始时横截距为什么不是短路电流。

核心概念

闭合电路欧姆定律

U = E − Ir:路端电压随电流增大而线性减小,U–I 图像的纵截距是 E,斜率的绝对值是 r。

电流表外接(相对电源)

电压表直接测电源两端。电压表分流使 E 测、r 测都略小于真实值,但误差很小,是测干电池的首选接法。

电流表内接(相对电源)

电流表与电源串联后再接电压表。E 测 = E 真,但 r 测 = r 真 + R_A,干电池内阻小,误差很大。

保护电阻与等效电源

串联定值电阻 R₀ 防止电流过大,使 U 变化更明显;此时图线斜率是 r + R₀,要减去 R₀。

这个测电动势和内阻实验讲什么

“电池电动势和内阻的测量”是人教版必修第三册第十二章的学生实验,也是 AQA A-level 必做实验 8。原理只有闭合电路欧姆定律 U = E − Ir,考点集中在实验设计和误差分析:电流表相对电源内接还是外接,为什么用旧电池、串联保护电阻,量程怎么选,图像怎么读。

在这里,你要自己决定电路怎么接、用什么电池、选什么量程。电表有真实的内阻和读数精度,电池长时间放电还会极化。调节滑动变阻器测多组 U、I,作 U–I 图像,由纵截距求 E、由斜率求 r。

数据处理部分把测量值、真实值和这种接法的理论值放在一起,直观显示内接法为什么让内阻偏大、外接法为什么误差很小,并解释纵轴不从零开始时横截距的含义。

常见问题

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