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第190章 物理（第1页）

功德佛不帮人，授人于鱼不如授人于渔

关于测内阻与电动势实验写方程的通用步骤：

一、明确核心方程（第一步：写出E=U+Ir）

在测定电源内阻与电动势的实验中，构建核心方程是整个实验分析的基石。这个核心方程源自闭合电路欧姆定律，它精确地描述了电源电动势、路端电压以及电源内阻之间的内在联系。

从理论层面深入剖析，当一个闭合电路中有电流顺畅通过时，电源所提供的电动势E，其数值上恰好等于路端电压U与电源内部电阻r上所消耗的电压Ir的总和。这里所提及的路端电压U，具体是指电源两端输出并施加给外电路的电压，它直观地反映了电源在为外电路提供电能时，其两端所形成的电位差。而Ir则是由于电源内部存在内阻，当有电流流过内阻时所产生的电压降，这一电压降体现了电源内部在电能传输过程中的能量损耗。这一关系可以通过简洁而明确的数学表达式来表述，即E=U+Ir。这个方程犹如一座坚实的桥梁，将电源的特性（电动势E和内阻r）与外电路中的电学量（路端电压U和电流I）紧密且有机地联系在一起。它不仅仅是一个简单的数学公式，更是深刻体现了能量守恒这一物理学的本质原理。在整个实验过程中，我们正是基于这一核心方程，通过精心设计实验，准确测量相关物理量，进而求解出电源的电动势和内阻。

二、进行变量替换（第二步：用实验可测量和已知量替换掉U和I）

在成功建立起核心方程之后，接下来的关键步骤是根据具体的实验电路和所采用的测量方法，巧妙地将方程中的变量U和I用实验中能够直接测量得到的物理量以及已知的物理量进行替换。这一步至关重要，它如同一条纽带，将抽象的理论方程与实际的实验操作紧密相连，从而为顺利求解未知量奠定了坚实的基础。

1.分析实验电路确定可测量和已知量

不同的实验电路设计可能会涉及到千差万别的电阻连接方式以及各种不同测量仪器的运用。例如，在一些常见的实验电路中，我们常常会使用电流表来精准测量干路电流Ig，同时借助电压表来仔细测量某个特定电阻两端的电压。假设在这个精心设计的电路中，有一个已知阻值的电阻Rg和一个待测电阻R1串联在一起，并且我们可以利用电压表准确测量出Rg与R1串联后的总电压Ug。此外，还可能存在一个已知阻值的电阻R2并联在电路中，我们可以通过测量流过R2的电流I2，再结合欧姆定律计算出与之相关的电压等一系列重要信息。这些在实验过程中能够直接测量得到的物理量以及已知的电阻阻值，构成了我们替换方程中变量的关键要素。

2.替换变量

-替换U：在上述设定的实验电路情境中，我们清楚地知道Ug是Rg和R1串联后的总电压。依据串联电路所具有的独特性质，即总电压等于各个分电阻两端电压之和这一重要规律，我们可以得出Ug=Ig（Rg+R1）。因此，我们可以毫不犹豫地将核心方程中的U用Ig（Rg+R1）来进行替换。

-替换I：对于电流I的分析，我们需要根据电路的具体结构进行更为深入细致的探讨。在这个特定的例子中，干路电流Ig等于流过R2的电流I2与流过Rg和R1串联部分的电流之和。由于Rg和R1是串联连接的关系，所以流过它们的电流必然相等，设为Ig。因此，我们有I=Ig+I2。又因为I2可以通过测量R2两端的电压U2并根据欧姆定律I2=U2R2准确计算得到，所以我们完全有理由进一步将I2用U2R2来替换。这样一来，就得到了I=Ig+U2R2。至此，我们已经成功地将核心方程中的U和I都用实验可测量和已知量进行了有效的替换。

三、整理方程得到一次函数形式

在顺利完成变量替换之后，我们会得到一个包含多个物理量和已知量的复杂方程。接下来的首要任务就是对这个方程进行精心的整理和化简，使其最终呈现出一次函数的形式。

将替换后的U和I代入核心方程E=U+Ir中，我们得到：

E=Ig（Rg+R1）+（Ig+U2R2）r

接下来，我们对方程进行逐步的展开和合并同类项操作：

首先，将方程右边的各项按照不同的物理量进行分类整理，得到：

E=IgRg+IgR1+Igr+（U2R2）r

为了更清晰地看出方程的结构，我们可以将所有包含Ig的项合并在一起：

E=（Rg+R1+r）Ig+（U2R2）r

进一步地，为了使方程呈现出一次函数的标准形式，我们需要将常数项移到等式的一边：

E-（U2R2）r=（Rg+R1+r）Ig

最后，经过一系列的巧妙整理和化简，我们终于得到了形如y=kx+b的一次函数形式的方程：

Ig=[E-（U2R2）r]（Rg+R1+r）

其中，y代表Ig，x代表一些与实验测量相关的变量组合（在这个例子中可以看作是[E-（U2R2）r]），k代表直线的斜率（Rg+R1+r），b代表直线在y轴上的截距（0）。通过这样精心的整理和化简，我们得到了一个标准的一次函数形式的方程。这一成果为我们后续利用图像法或数据处理方法来准确求解电源的电动势E和内阻r提供了极大的便利。

测定电源内阻与电动势的实验中写方程的通用步骤涵盖了明确核心方程、进行变量替换以及整理方程得到一次函数形式这三个关键阶段。每一步都需要我们以严谨细致的态度去分析实验电路和测量方法，准确无误地运用物理知识和数学技巧，只有这样，才能确保最终得到正确的结果。

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