一个电学实验的电路设计与误差分析
作者：阮亚亚
来源：《中国教育技术装备》2010年第35期

        摘要 用电流表和电压表测出电流和电压，再利用闭合电路欧姆定律计算电源的电动势和内电阻。

        关键词 电动势；内电阻；闭合电路欧姆定律

        物理实验是考查学生基本技能的重要方法和手段，在近几年的高考试题中，实验的考查力度逐年加大，分值逐步提升，尤其是对实验设计和误差分析的考查日益突出。误差是指真实值与实验值之间的差距，误差分析是高考的难点问题。

        有实验必有误差，误差来自多方面。近年来笔者在教学实践中发现学生对误差分析仅停留在初中的基础上，把一切误差都归结于偶然误差，缺乏理论分析。同时由于实验误差分析在中学教材中所占的课时少、篇幅短，致使学生感到无从下手。“测电源电动势E和内阻r”的实验设计和误差分析是高中物理实验教学的重点、难点，笔者以该实验为例，说明实验设计思路及误差分析。

        图1是沪科版3-1第四章测电源的电动势与内电阻的实验电路图。笔者在教学的过程中遇到学生提出的两个问题：1）该实验为什么不用图2所示电路呢？2）该实验的测量结果是否准确呢？

        【问题1】

        实验原理分析：该实验的测量原理是闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，式中E是电源电动势，U是路端电压，I是干路电流，r是电源内电阻。在实验中测出两组U与对应的I，就有。可联立解得，。

        公式中的U应为路端电压，I为回路的总电流，而在图1中电流表的示数IA非总电流I，图2中电压表的示数Uv并非路端电压U。所以两个电路均有误差，选电路时应考虑哪个电路相对误差较小。

        图1所示电路中误差来源于电压表的分流作用。的分流作用使得电流表的示数IA小于干路电流I（IA＜I）。若考虑电流表和电压表的内阻，对图1电路应用闭合电路欧姆定律，有E＝U1＋(I1＋)r，E＝U2＋(I2＋)r。式中E、r为电源电动势和内阻的真实值。

一个电学实验的电路设计与误差分析