测电源电动势和内阻的误差分析

王忠安

用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验，是通过电流表和电压表测出外电路的几组电流和电压，然后用闭合电路的欧姆律求出电池的电动势和内阻实验要求多测几组I、U的数据，求出几组E、r值，最后计算出它们的平均值。此外，还可以用作图法来处理数据，即利用电源的伏安曲线U-I图象求出E、r值。

教材给出实验电路，即电流表外接电路（相对电源）。但在练习和考试中很多同学画出了另外一种测量电路，即电流表内接电路，下面就这两种测量电路的实验结果产生的系统误差作一比较，以便明确该实验的正确电路。

一. 电流表相对电源外接实验电路的实验误差分析

如图1，闭合电路的欧姆定律U=E-Ir中的I是通过电源的电流，而图1电路由于电压表分流存在系统误差，导致电流表读数（测量值）小于电源的实际输出电流（真实值）。设通过电源电流为，电流表读数为，电压表内阻为，电压表读数为U，电压表分流为，由电路结构，，U越大，越大，U趋于零时，也趋于零。

它们的关系可用图2表示，由测量数据画出的U-I图角为图象AB。根据修正值，图线上每点电压对应电流的真实值大于测量值，作出修正之后的U-I图线CB。

由图象可看出图线AB的纵轴截距（）小于图线CB的纵轴截距（），图线AB斜率的绝对值（）也小于图线CB斜率的绝对值（），因此，E、r的测量值均小于真实值。

对于，产生的相对误差也可以根据等效电源的方法进行定量计算，把变阻器的阻值R看成外电路的电阻，电压表看成内电路的一部分，如图3虚线框所示，由电压表和电源构成等效电源，E、r的测量值即为等效电源的电动势和内阻。

1. 等效电源内电路为电压表和电源并联，等效内阻小于电源内阻，