2017-2018学年沪科版高中物理选修3-1学案：第4章探究闭合电路欧姆定律4.2测量电源的电动势和内阻学案 word版含答案

4.2测量电源的电动势和内阻一、实验目的1掌握测量电源电动势和内阻的实验原理、实验电路和实验方法2学会用图像法处理实验数据二、实验器材待测电池，电压表(03 V)，电流表(00.6 A)，滑动变阻器(10 )，电键，导线三、实验原理1如图421甲所示，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组I和U的值，由UEIr可得：E，r.甲乙图4212为减小误差，至少测出六组U和I值，且变化范围要大些，然后在UI图中描点作图，由图线纵截距和斜率找出E、r(r)如图421乙.一、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大值的一端图4222闭合开关S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明显读数开始，记录一组电流表、电压表读数3同样的方法，依次记录多组U、I值4断开开关S，拆除电路5以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，过这些点作一条直线，根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻二、数据处理为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法：1公式法利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录且如表所示：实验序号123456I/AI1I2I3I4I5I6U外/VU1U2U3U4U5U6分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值E，r作为测量结果2图像法把测出的多组U、I值，在UI图中描点画图像，使UI图像的直线经过大多数坐标点或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图423所示，由UEIr可知：图423(1)纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im.(2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻r|.(3)若电源内阻r0(理想电源)，则UE.三、注意事项1器材或量程的选择(1)电池：为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的1号干电池(2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于1.5 V的前提下，越小越好，实验室中一般采用量程为03 V的电压表(3)电流表的量程：对于电池来讲允许通过的电流最大为0.5 A，故电流表的量程选00.6 A的(4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择阻值较小一点的2电路的选择伏安法测电源电动势和内阻有两种接法，由于电流表内阻与干电池内阻接近，所以电流表应采用内接法，即一般选择误差较小的甲电路图甲乙图4243实验操作电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长时间放电不宜超过0.3 A，短时间放电不宜超过0.5 A因此，实验中不要将I调得过大，读电表示数要快，每次读完后应立即断电4数据处理(1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点不从零开始，把纵坐标的比例放大(2)画UI图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度.实验探究1实验原理与误差分析在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中，供选用的器材有：A电流表(量程：00.6 A，RA1 )；B电流表(量程：03 A，RA0.6 )；C电压表(量程：03 V，RV5 k)；D电压表(量程：015 V，RV10 k)；E滑动变阻器(010 ，额定电流1.5 A)；F滑动变阻器(02 k，额定电流0.2 A)；G待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干(1)请在题中虚线框中画出能使本实验测量精确程度高的实验电路(2)电路中电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用_(用字母代号填写)(3)如图425所示为实验所需器材，请按原理图连接出正确的实验电路图425(4)引起该实验系统误差的主要原因是_.【解析】(1)电路如图所示由于在如图所示的电路中只要电压表的内阻RVr，这种条件很容易实现，所以应选用该电路(2)考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选C；放电电流又不能太大，一般不超过0.5 A，所以电流表应选A；变阻器不能选择太大的阻值，从允许最大电流和减小实验误差来看，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器E，故器材应选A、C、E.(3)如图所示：注意闭合开关前，要使滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑片应滑到最左端(4)系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，该实验中的系统误差是由于电压表的分流作用使得电流表读数(即测量值)总是比干路中真实电流值小，造成E测E真，r测r真【答案】(1)见解析图(2)ACE(3)见解析图(4)电压表的分流作用实验探究2实验数据的处理(图像法)利用如图426所示电路，可以测量电源的电动势和内阻，所用的实验器材有：图426待测电源，电阻箱R(最大阻值999.9 )，电阻R0(阻值为3.0 )，电阻R1(阻值为3.0 )电流表A(量程为200 mA，内阻为RA6.0 )，开关S.实验步骤如下：将电阻箱阻值调到最大，闭合开关S；多次调节电阻箱，记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R；以为纵坐标，R为横坐标，作 R图线(用直线拟合)；求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.回答下列问题：(1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则与R的关系式为_(2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R3.0 时电流表的示数如图427甲所示，读出数据完成下表答：_，_.R/1.02.03.04.05.06.07.0I/A0.1430.1250.1000.0910.0840.077I1/A16.998.0010.011.011.913.0图427(3)在图427乙的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k_A11，截距b_A1.(4)根据图线求得电源电动势E_V，内阻r_.【解析】(1)电流表电阻是R1的2倍，所以干路电流为3I，根据闭合电路欧姆定律E3I(rR0R)IRA，代入数据，化简得R.(2)电流表每小格表示4 mA，因此电流表读数是0.110，倒数是9.09.(3)根据坐标纸上给出的点，画出一条直线，得出斜率k1.0