高中物理选修试验第七章实验九测定电源的电动势和内阻实验十练习使用多用电表.ppt

,一、实验目的 1测定电源的电动势和内阻 2加深对闭合电路欧姆定律的理解 3掌握用图象法求电动势和内阻的方法,二、实验原理 如图实91甲所示，改变滑动变阻器的阻值，从电压表和电流表中读出两组对应的数值(u1，i1)和(u2，i2)，由闭合电路欧姆定律可得：u1ei1r，u2ei2r，可解出e、r的数值然后求e、r的平均值,图实91,为减少误差，多测量几组u、i值，然后在ui图中描点作图所得图线的延长线与u轴的交点即为电动势e，图线斜率的绝对值即为电源的内阻(r )(如图实91乙所示),三、实验器材 电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、 导线、坐标纸、铅笔,四、实验操作 1实验步骤 (1)电流表用0.6 a量程，电压表用3 v量程，按图实91甲所 示连接好电路 (2)把滑动变阻器的滑片移动到使接入电路的阻值最大的一端 (3)闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显示数并记录一组数 据(i1，u1)用同样方法测量几组i、u值，填入表格中.,(4)断开开关，拆除电路，整理好器材,2数据处理 本实验中数据的处理方法，一是联立方程求解的公式法，二是描点画图法 方法一：取六组对应的u、i数据，数据满足的关系式u1ei1r、u2ei2r、u3ei3r让第1式和第4式联立方程，第2式和第5式联立方程，第3式和第6式联立方程，这样解得三组e、r，取其平均值作为电池的电动势e和内阻r的大小,方法二：以路端电压u为纵轴、干路电流i为横轴建立ui坐标系，在坐标平面内描出各组(u，i)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧，则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距)，直线的斜率的大小即为电池的内阻r，即r| |.,五、注意事项 1为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻宜大些(选 用已使用过一段时间的干电池) 2要测出不少于6组的(i，u)数据，且变化范围要大些，然 后用方程组求解，并求平均值,3画ui图线时，由于读数的偶然误差，描出的点不在一 条直线上，在作图时应使图线通过尽可能多的点，并使不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去这样就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度,4由于干电池的内阻较小，路端电压u的变化也较小，这 时画ui图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始(横坐标i必须从零开始)但这时图线和横轴的交点不再是短路电流，而图线与纵轴的截距仍为电源电动势，图线斜率的绝对值仍为内阻,六、误差分析 1由读数不准确和电表线性不良引起误差 2用图象法求e和r时，由于作图不准确造成的误差 3如图实92所示，在理论上eu(ivia)r，其中电 压表示数u是准确的电源两端电压而实验中忽略了通过电压表的电流iv而形成误差，而且电压表示数越大，iv越大,图实92,结论： (1)当电压表示数为零时，iv0，iai短，短路电流测量值 真实值 (2)e测e真 (3)因为r测 ，所以r测r真从电路的角度看，电压表应看 成内电路的一部分，故实际测出的是电池和电压表这一整体的等效内阻和电动势(r测和e测)，如图实92所示，因为电压表和电池并联，所以r测小于电池内阻r真，因为外电阻r断开时a、b两点间电压uab等于电动势e测，此时电源与电压表构成回路，所以uabe真，即e测e真,4若采用图实93所示的电路，ia为电源电流真实值， 理论上有euuaiar，其中ua不可知，而造成误差，而且电流表示数越大，ua越大，当电流为零时，ua0，电压为准确值，等于e.,图实93,结论： (1)e为真实值 (2)i短测r真，r测为r和ra的串联值，这时r测 的测量误差非常大,(2010苏北四市调研)在用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻的实验中： (1)备有如下器材：,a干电池1节； b滑动变阻器(020 )； c滑动变阻器(01 k)； d电压表(03 v)； e电流表(00.6 a)； f电流表(03 a)； g开关、导线若干,其中滑动变阻器应选_，电流表应选_(只填器材前的序号) (2)为了最大限度地减小实验误差，请在下面的虚线框中画出该实验最合理的电路图,(3)某同学记录的实验数据如下表所示，试根据这些数据在图实94中画出ui图线，根据图线得到被测电池的电动势e_v，内电阻r_.,图实94,解析 (1)由于干电池的电动势只有1.5 v，滑动变阻器应 选b，从测量的数据可以看出电流最大只有0.4 a，电流表应选e. (2)电路图如图实95甲所示,图实95,(3)作出的ui图象如图实95乙所示，从图象可以看出在u轴上的截距为1.45 v，即电源的电动势为1.45 v图象斜率的绝对值为：ku/i0.65/0.5 1.3 .,答案 (1)b e (2)如图实95甲所示 (3)ui图象如图实95乙所示 1.45 1.3,(2009北京高考)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一下这个电池的电动势e和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 ，可当标准电阻用)、一只电流表(量程ig0.6 a，内阻rg0.1 )和若干导线,(1)请根据测定电动势e和内电阻r的要求，设计图实9 6甲中器件的连接方式，画线把它们连接起来,图实96,(2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值r，读出与r对应的电流表的示数i，并作记录当电阻箱的阻值r2.6 时，其对应的电流表的示数如图实96乙所示处理实验数据时，首先计算出每个电流值i的倒数 ；再制作r 坐标图，如图实97所示，图中已标注出了(r， )的几个与测量对应的坐标点请你将与图实96乙所示的实验数据对应的坐标点也标注在图实97上,图实97,(3)在图实97上把描绘出的坐标点连成图线 (4)根据描绘出的图线可得出这个电池的电动势e_v，内电阻r_.,解析 (1)先设计实验电路图， 然后再根据电路图连线电路 图如图实98所示，由欧 姆定律ei(rrrg)知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电源电动势和内阻因此，直接将可变电阻和电流表串联在电路中就行,图实98,(2)由电流表示数可读出此时 电流为0.50 a，则坐标为(2,2.6) 再在坐标纸上描出该点，如 图实99所示,图实99,(3)剔除明显有误差的点，过其他点作一条直线，如图实99所示 (4)由欧姆定律i 得r (rrg)，由此式可知，外电阻和电流的倒数呈线性关系将图实99中的直线延长，与纵坐标轴的交点值为(rrg)0.4，则电阻r为0.3 ，直线的斜率为k 1.5，即电源的电动势为1.5 v.,答案 (1)实物连线如图实98所示 (2)(3)如图实99所示 (4)1.5(1.461.54) 0.3(0.250.35),一、实验目的 1了解多用电表的构造和原理，掌握多用电表的使用 方法 2会使用多用电表测电压、电流及电阻 3会用多用电表探索黑箱中的电学元件,二、实验原理 1表盘 多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程外形如图实101所示：上半部为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程另外，还有欧姆表的调零旋纽、机械调零旋纽和测试笔的插孔,图实101,由于多用电表的测量项目和量程比较多，而表盘的空间有限，所以并不是每个项目的量程都有专门的标度，有些标度就属于共用标度，如图实101中的第二行就是交、直流电流和直流电压共用的标度,2挡位 如图实102所示，多用电表是由一只小量程的电流表与若干元件组成的，每进行一种测量时，只使用其中一部分电路，其他部分不起作用,图实102,(1)当s接通1或2时，表头与电阻并联，所以1、2为电流档， 由于并联阻值的大小不同，量程也不同，1的量程较大 (2)当s接通3或4时，接通内部电源，此时为欧姆档，4的倍 率比3的倍率高 (3)当s接通5或6时，表头与电阻串联，此时为电压档，由于 串联的阻值不同，6的量程比5的量程大,3多用电表的电阻档 电阻档是根据闭合电路欧姆定律制成的，它的原理如图实103所示电阻r是可变电阻，也叫调零电阻,图实103,当红、黑表笔相接时(图甲)，相当于被测电阻rx0，调节r的阻值，使 ig，则表头的指针指到满偏刻度，所以刻度盘上指针指在满偏处定为刻度的零点rrgr是欧姆表的内阻 当红、黑表笔不接触时(图乙)，相当于被测电阻rx，电流表中没有电流，表头的指针不偏转，此时指针所指的位置是示数为“”点,当红、黑表笔间接入被测电阻rx时(图丙)，通过表头的电流i ，改变rx，电流i随着改变，每个rx值都对应一个电流值，在刻度盘上直接标出与i值对应的rx值，就可以从刻度盘上直接读出被测电阻的阻值当rxrrgr时，i ，指针半偏，所以欧姆表内阻等于中值电阻,三、实验器材 多用电表一块、直流电源一个、开关一个、晶体二极管一个、定值电阻(大、中、小)三个、电阻箱几个、干电池几节、导线若干,四、实验操作 1熟悉多用电表的表面结构，并观察多用电表在使用前指 针是否指在刻度线左端的“0”位置，否则要进行机械调零 (用小螺丝刀轻轻转动位于表盘和选择开关中间的调零螺丝即定位螺丝，使指针指在刻度线左端的“0”位置),2利用多用电表的直流电压档测直流电源的电压(注意量程， 防止烧坏电表) 3将电源、定值电阻、开关用导线连接，利用多用电表的 直流电流档测电路的电流,4利用多用电表的欧姆档测电阻 (1)根据被测电阻的大约阻值，选取合适的档位，把两表笔 短接，观察指针是否指欧姆表的“0”刻度，若不指欧姆表的“0”刻度，调节欧姆表的调零旋纽，使指针指在欧姆表的“0”刻度处； (2)将被测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数；,(3)读出指针在刻度盘上所指的数值，观察选择开关所对应 的欧姆档的倍率，用读数乘以倍率，即得测量结果； (4)测量完毕，应将选择开关置于“off”档或交流电压最高档 5.研究二极管的单向导电性：利用多用电表的欧姆档测二极 管两个引线间的电阻，确定正、负极,五、注意事项 1表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插 入“”孔，黑表笔插入“”孔，注意电流的实际方向 2区分“机械零点”与“欧姆零点”机械零点是表盘刻 度左侧的“0”位置，调整的是表盘下边中间的定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆档的调零旋纽,3测电压时，多用电表应与被测元件并联；测电流时，多 用电表应与被测元件串联 4测量电阻时，每变换一次档位都要重新进行欧姆调零 5由于欧姆表盘难于估读，测量结果只需取两位有效数字， 读数时注意乘以相应量程的倍率,6使用多用电表时，手不能接触测试笔的金属杆，特别是 在测电阻时，更应注意不要用手接触测试笔的金属杆 7测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开，否则不 但影响测量结果，甚至可能损坏电表 8如果长期不用欧姆表，应把表内电池取出,六、误差分析 1欧姆表的电池用久后电动势要变小，内电阻要变大， 此时会引起较大的测量误差 2电流档和电压档的表盘刻度均匀，欧姆档的表盘刻度 不均匀，读数时的估读容易带来误差,(2009天津高考)图实104所示为一简单欧姆表原理示意图，其中电流表的满偏电流ig300 a，内阻rg100 ，可变电阻r的最大阻值为10 k，电池的电动势e1.5 v，内阻r0.5 ，图中与接线柱a相连的表笔颜色应是_色按正确使用方法测量电阻rx的阻值时，,指针指在刻度盘的正中央，则rx_k.若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小、内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述rx，其测量结果与原结果相比将_(填“变大”、“变小”或“不变”),图实104,解析 欧姆表中的电流方向是红进黑出根据题中电源极性可知与a相连的表笔应是红色由闭合电路欧姆定律可得e (rgrrxr)，又有eig(rgrr)，联立得rx 5 k.由此推理可知e变小后接入电路的r值也变小，故测量结果比原结果大,答案 红 5 变大,(2010北京市朝阳区模拟)某课外小组练习使用多用电表测量电阻他们的操作过程如下： (1)将红、黑表笔分别插入多用电表的“”“”插孔，选择开关旋纽转至电阻“10”档； (2)将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋纽使指针指零； (3)红、黑表笔分别与电阻的两端相连，此时多用电表的示数如图实105甲所示；接下来他们的操作步骤应为_,a将选择开关旋纽转至电阻“1”档，红、黑表笔分别与电 阻的两端相连，读出电阻的阻值 b将选择开关旋纽转至电阻“100”档，红、黑表笔分别与 电阻的两端相连，读出电阻的阻值 c将选择开关旋纽转至电阻“100”档，红