基于安防法的電源電動勢和內阻的測量方法

1原理方法和拓展原理方法測量和內部衰減的實驗是高中物理實驗3-1的基本和重要內容。其基本方法包括伏安法、伏阻法和安阻法，其擴展原理方法包括伏伏法和安全法。然而，安全法測量電源的電動勢和內部阻力有兩種方法。或者其他方法？他們有什么特點？在這項工作中，我們明確了安全法測量電源電動勢和內部阻力的不同準確性，并為教育設計創造了層次和開放的理論基礎。2滑動變阻器l安安法測量電源(E,r)的電路如圖1,R0為已知定值電阻,R為滑動變阻器,閉合S、調節R,電流表A1、A2的示數分別為I1、I2;通過實驗原理方法的探究,可概括得下述4種具體方法.2.1正確的方法式(1)線性化,有以下兩種方式.方式1:由式(1)得方式2:由式(1)得2.2不考慮等效電壓表分流的測試因素參見圖1,將電流表A1和定值電阻R0的串聯視作等效電壓表,則有ReV=RA1+R0.不考慮等效電壓表分流的影響,即不考慮電流I1對測電源內電壓的影響,由閉合電路歐姆定律有式(4)線性化,有以下兩種方式.方式1:由式(4)得方式2:由式(4)得2.3評估原理及控制問題參見圖1,不考慮電流表A1分壓的影響,即不考慮電流表A1分壓對測電源外電壓的影響,由閉合電路歐姆定律有式(7)線性化,有以下兩種方式.方式1:由式(7)得方式2:由式(7)得2.4i1對電源內電壓的影響參見圖1,不考慮電流表A1分壓,以及電流I1對電源內電壓的影響,由閉合電路歐姆定律有式(10)線性化,有以下兩種方式.方式1:由式(10)得方式2:由式(10)得3回歸圖像法算法處理數據取安安法測量1節1號干電池電動勢和內阻的數據(已知RA1+R0=10kΩ,即2009年普通高等學校招生全國統一考試(海南卷)14題),如表1,則依次運用上述推證的線性函數的回歸圖像法處理數據的結果如表1.3.1兩型信息化圖像的比較(1)由表1數據得I1-I2圖像、表達式,如圖2.再結合式(2)進而得E準1測=1.488V,r準1測=0.600Ω.(2)由表1數據得I2-I1圖像、表達式,如圖3.再結合式(3)進而得E準2測=1.49V,r準2測=0.598Ω.3.2i2-i1圖像(1)I1-I2圖像、表達式如圖2,再由式(5)進而得E等1測=1.488V,r等1測=0.600Ω.(2)I2-I1圖像、表達式如圖3,再由式(6)進而得E等1測=1.49V,r等2測=0.598Ω.3.3i2-i1圖像(1)I1-I2圖像、表達式如圖2,再由式(8)進而得(取R0=10kΩ)E常1測=1.488V,r常1測=0.600Ω.(2)I2-I1圖像、表達式如圖3,再由式(9)進而得(取R0=10kΩ)E常2測=1.49V,r常2測=0.598Ω.3.4電源電動勢和內阻的線性函數的回歸圖像法(1)I1-I2圖像、表達式如圖2,再由式(11)進而得(取R0=10kΩ)E21測=1.488V,r21測=0.600Ω.(2)I2-I1圖像、表達式如圖3,再由式(12)進而得(取R0=10kΩ)E22測=1.49V,r22測=0.598Ω.上述安安法測量電源電動勢和內阻的4種具體方法的線性函數的回歸圖像法的結果表明,4種具體方法的結果基本一致(可依據最小二乘法、誤差傳遞公式算得圖2、圖3的I1-I2、I2-I1直線的斜率相對標準差均約為2%,截距相對標準差分別約為0.2%和1%;I1-I2和I2-I1直線時電動勢、內阻的標準差均約為0.003V、0.009Ω,進而說明4種具體方法不僅合理,而且可行.4討論4.1系統誤差4.1.1等效應系統誤差另外,由式(13)得4.1.2傳統方法的系統誤差比較式(8)、(2)或式(9)、(3),得另外,由式(16)得4.1.3電源電流表的確定比較式(11)、(2)或式(12)、(3),得式(19)表明,安安法的二級法測電源(E,r)中,僅電流表A1內阻RA1和定值電阻R0對測電源電動勢E和內阻r帶來影響(RA1→0、R0→∞時,影響為零).由式(19)得E2測、r2測的相對系統誤差均為另外,由式(19)得4.2比較的特點4.3任何更合理的人都可以5安全法的模糊性圖像法本文較深入地探究了安安法測量電源電動勢和內阻的實驗原理方法的不同準確程度的4種具體方法,給出了運用線性函數的回歸圖像法處理數據的基本一致的合理結果,討論了具體方法的系統誤差、特點比較、兩種線性化方式誰更合理的問題,奠定了安安法測量電源電動勢和內阻實驗的層次性、開放性的理論基礎,提供了更合理地運用線性函數的圖像法處理數據的實例.安安法作為測量電源電動勢和內阻的拓展實驗原理方法,呈現了深入理解、靈活運用閉合電路歐姆定律的內容,體現了普通高中物理課程的內容理念的時代性、實施理念的多樣性,并突出了開放性;安安法測量電源電動勢和內阻的4種具體方法可作為普通高中物理學方法論教育的顯性化內容,進而實效地培養與提升學生的物理實驗能力.參見圖1,由閉合電路歐姆定律有比較式(5)、(2)或式(6)、(3),得式(13