第二十八届物理竞赛预测试验测定直流电源的参数VIP免费

第二十八届物理竞赛预测实验测定直流电源的参数并研究其输出特性【目的要求】1.用伏安法测定干电池的输出电压随电流变化的规律，并测定电池的电动势和内阻2.测量电池的负载功率特性3.学习用作图法处理实验数据【实验原理】1.描绘干电池的伏安特性曲线，并测定电源的电动势和内阻由于电表不能看成理想电表，因此电流表外接时，电压的测量为不准确值，此时测得的电源内阻为电源与电流表的串联电阻；电流表内接时，测得的电源内阻为电源与电压表的并联电阻。为减小实验误差采用电流表内接电路，如右图一所示。假设电表为理想电表有：UEIr测出多组路端电压与电流值，并作出UI图像，如图二所示。根据图像可得纵轴的截距为电源的电动势。直线的斜率为电源的内阻值。2.测量干电池的负载功率随负载变化的规律如图三所示：由于电流表的内阻不能忽略，且和电源内阻相差不大，故本实验采用一定值电阻和一电压表并联的方法测量电流，这样的测量减小电流表在电路中带来的误差。从而用得到的电压与电流值计算RL上的功率随电阻RL的变化情况。且此处的R0可其一定的保护作用【实验仪器】UT39A万用表干电池5.1Ω标准电阻导线面包板开关【实验步骤】1.测量干电池的电动势用数字万用表的电压挡直接测量电源的电动势E2.描绘干电池的伏安特性曲线（1）按图一连接电路（注意合上开关前，变组箱电阻应最大）（2）调节变组箱组值，测量并记录U、I值（3）画UI曲线，通过图线得出E，r的值3.测量干电池的负载功率随负载变化的规律（1）按图三连接电路，另R0=5.1Ω（2）调节RL阻值，RL取rR0的3～4倍逐渐较小到rR0的一半左右，记录此时两电压表的读数。并作PLRL图像，判断变化规律【数据处理】（实验数据来自胡毓文）1.用万用表直接测得电源电压为E=1.415V2.定U—I曲线，并得出电源电动势和内阻U/V1.2591.2481.2371.2251.2091.1951.1771.1391.1171.0630.938I/mA96.4107.1116.4127.1140.7156.2178.3210.0230.0290.0460.0根据图像可得电源的电动势为E1.35V1电源内阻为r0.9利用最小二乘法可得：U1.3370.898I即：E1.337V8r0.894.描绘负载功率随负载电阻变化的关系。（本组数据来自李乐章）R05.1RL/UL/VU0/VI0/A9.90.8950.4440.08780.8350.4990.09870.7870.5440.10760.7510.5760.1135.80.7260.5980.1175.60.7140.6090.1195.40.7010.6210.1225.20.6890.6320.1245.00.6750.6440.1264.80.7170.6080.1193.00.5140.7920.1552.00.4250.8750.1721.00.3070.9820.193PL/mW77.881.884.284.984.985.085.585.485.385.379.773.159.3由右图5可知，RL上的功率随着，RL的增大，先增大后减小。该当RL5.4时，其上的功率最大。【误差分析】（1）由于电压表的存在，在测量电源内阻时，使得测量结果偏小，电动势的测量结果也偏小（2）电池在实验过程中放电，造成电源的内阻变大。（3）电阻箱（长时间用过的电阻箱）的接触电阻不能忽略。（4）电源放电时，尤其是电流较大时，温度变化，影响电源的电动势和内阻。【说明】（1）该干电池为旧电池为宜，因为此时电池内阻较大，绘制的伏安特性曲线不至于太平，随外电阻的变化，其路端电压变化较大些。（2）在此实验中电流不能太大，而且不能长时间通电，不然会影响被测量电源的内阻。（3）本实验不可以用磁电式电表直接测量电源电动势，但可以用数字万用表直接测量，因为数字万用表的电压挡内阻一般大于10MΩ（4）用作图法处理数据得到的电源的电动势和内阻的有效位数为2-3位，而用最小二成法处理数据可以有4位有效数字。（5）根据PLRL图像也可以得到电源的内阻值，但这种方法得到的结果不够准确。且如果用电流表外接法来测量的话，误差甚至超过100%（6）在作PLRL图像时，即将到达最大值附近应取RL的值密集些。