高中物理电学实验误差来源及控制方法探究

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误差分析是高中物理实验教学绕不开的核心环节，直接关系到学生科学探究能力的培养和物理观念的建立.传统教学多盯着实验操作和数据计算，对误差怎么来、怎么定量分析、怎么控制讲得不够深.因此，本文特意选取有代表性的电学实验，从理论推导和模型构建入手，把误差的物理本质拆解开，再总结有效的控制和修正方法，旨在帮助学生搭建清晰的误差分析框架，让实验教学更有深度、更管用.

1伏安法测未知电阻的误差

例1如图1所示，小李所在的实验小组欲用伏安法测量未知电阻 Rx ，测得电压表示数 U= 2.53V ，电流表示数 I=0.50A .若电压表内阻 Rv= 3000Ω ，电流表内阻 RA=0.1Ω ，求：

（2）由于电流表为内接法，电压表测量的是 Rx 与 RA 的总电压.设 Rx 两端的真实电压为 U☉ ，则U☉=U-IRA ，真实电流等于电流表读数 I ，故真实

误差原因：电流表内阻 RA 分压，导致电压表读数大于 Rx 实际两端的电压，使测量值偏大.

点评本例很好地展示了“伏安法测电阻”中电流表内接法带来的系统误差.当待测电阻较大时（Rx>>RA ），电流表分压减小，测量误差减小.但是，电流表的分压是客观存在的.最终使电阻测量值R☉ 大于真实值 R☉ .控制此误差的方法包括：选用较大的被测电阻、换用内阻更小的电流表，或选用内阻已知的电流表对测量结果进行修正.

2 测定电源电动势和内阻的误差

例2图2是“测量电源的电动势和内阻”的实验电路.器材有：电源 Eℓ1 （约为 3V ，内阻未知），电流表 A（0～6A，RA 约为 1Ω ，电压表 V（0～3V，Rv 约为 3kΩ ），滑动变阻器 R1（0-50Ω） ，滑动变阻器R2（0～500Ω） ，定值电阻 R0=3Ω ，开关S；导线若干.

图1

（1）电阻 Rx 的测量值 R☉ ：（2）电阻 Rx 的真实值 R☉ ，以及误差的原因.

解析

图2

（1）为了提高测量精度，电路图中滑动变阻器

应选

（2）闭合S，多次调节滑动变阻器，记录 U，I ，如表1所示.由表中数据绘制了 U-I 图像，如图3所示

表1

图3

由 U-I 图像可求出电动势 ，内阻 （均保留两位小数）.

（3）考虑电压表分流引起的误差，则 E∗∗ E☉ ；（填“大于”“等于”或“小于”）； r∗∗！ 与真实值 r☉ 之间的关系式为 （用 Rv，R0，r∗0，r∗ 表示）.

解析（1）为了提高测量精度以及方便调节电路，滑动变阻器选择最大阻值较小的 R1 ：

（2）由闭合电路欧姆定律有 U=E1-I（R+ r ），结合图像得 ，解得 r=2.00Ω

（3）将电压表和电源等效为新的电源，故此时根据图像得到的电动势和内阻为等效电源的电动势和内阻，等效电源的电动势为E测=Rv+R。（剩余741字）