高中物理 4.2 测量电源的电动势和内阻课件 沪科版选修31.ppt

第2课时测量电源的电动势和内阻 图4 2 1 课前自主学习 一 实验原理1 用电压表 电流表加上一个可变电阻 测定电动势时的电路图如图4 2 2所示 知识梳理 图4 2 2 其计算式为e u ir 2 用电流表 电阻箱测定电动势时的电路图如图4 2 3所示 图4 2 3 其计算式为e ir ir 3 用电压表 电阻箱测定电源的电动势时的电路图如图4 2 4所示 图4 2 4 二 数据处理方法代数法 运用解方程组求解e和r 为了减小实验的偶然误差 利用u和i值多求几组e和r的值 算出它们的 用作图法求电池的电动势和内阻 作u i图像时 在坐标图上以 为横坐标 以 纵坐标 作出图像后 把这条直线用虚线延长 这条直线与纵轴交点的物理意义是 与横轴交点的物理意义是 直线的斜率的绝对值的物理意义是 由此可以看出 用图像法处理实验数据的优点是 但要求在测量数据准确的基础上 作图像时必须严格认真 且使大多数的点在这一直线上 不在这一直线上的点大致均匀地分布在直线的两侧 才能从图像中找出正确的结论和准确的答案 平均值 电流强度i 路端电压u 电源的电动势e 电源的短路电流i短 电源的内电阻r 直观 简便 三 注意事项1 实验前应选择比较 的干电池 但外壳不要腐烂 一般选取电池内阻约在2 5 即可 2 电池在大电流放电时极化现象比较严重 电动势会明显下降 内阻r会明显 因此 实验中不要将i调的过 读电表示数要快 每次读完立即断电 3 在画u i图线时 要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧 而不要顾及个别偏离直线较远的点以减少 误差 旧 增大 大 偶然 1 在测定电源的电动势和内阻的实验中 待测电池 开关和导线 配合下列仪器 可以达到实验目的的是 a 一只电流表和一个电阻箱b 一只电流表 一只电压表和一个滑动变阻器c 一只电压表和一个电阻箱d 一只电流表和一个滑动变阻器答案 abc 基础自测 2 用图像法计算电动势和内电阻时 先要描点 就是在u i坐标系中描出与每组i u值对应的点 以下说法中正确的是 a 这些点应当准确地分布在一条直线上 即u i图线应通过每个点b 这些点应当基本上在一条直线上 由于偶然误差不能避免 所以u i图线不可能通过每一个点c 画u i图线时应当使它通过尽量多的描出的点d 不在u i图线上的点应当大致均匀地分布在图线两则答案 bcd 3 图4 2 5为某次测量电源的电动势和内电阻所作的图像 有关这个图像的说法正确的是 图4 2 5 a 纵轴截距表示待测电源的电动势 即e 3vb 横轴截距表示短路电流 即i短 0 6a 答案 ad 4 在测电源的电动势和内电阻的实验中 下列注意事项中错误的是 a 应选用旧的干电池作为被测电源 以使电压表示数的变化比较明显b 应选用内阻较小的电压表和电流表c 移动变阻器的触头时 不能使滑动变阻器短路造成电流表过载d 根据实验记录的数据作u i图像时 应通过尽可能多的点画一条直线 并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧答案 b 5 在用伏安法测定电池的电动势和内电阻的实验中 图4 2 6是某一同学的实际接线图 他接线处有一处错误 只需去掉一根导线 就可改正此错 这根导线的编号是 答案 图4 2 6 课堂互动探究 1 伏安法测e和r 实验电路如图4 2 7所示 实验原理 根据闭合电路欧姆定律 e u ir 改变外电路电阻r 用电流表和电压表测出两组总电流i1 i2和路端电压u1 u2 即可得到两个欧姆定律方程 e u1 i1r和e u2 i2r 解此方程组可得电源的电动势 实验电路及原理 图4 2 7 2 其他测量电路 用电阻箱和电流表测定 实验电路如图4 2 8所示 实验原理 改变电阻箱的阻值 记录r和i 图4 2 8 图4 2 9 用电阻箱和电压表测定 实验电路如图4 2 9所示 例1 某同学用电流表和电压表测量干电池的电动势和内阻时 所用滑动变阻器的阻值范围为0 20 连接电路的实物图如图4 2 10所示 该同学接线中错误和不规范的做法是 图4 2 10 a 滑动变阻器不起 变阻 作用b 电流表的接线有错c 电压表的量程选用不当d 电压表的接线有错解析 变阻器要起 变阻 的作用 必须使接入电路的两根导线一条接在下面的线柱上 另一条接在上面的金属杆的一端上 故图中变阻器起不到 变阻 的作用 a正确 电流表和电压表接入电路时 选择好恰当的量程后 要特别注意 接线柱是否连接正确 图中电流表的 接线柱出现连接错误 b正确 干电池的电动势为1 5v 电压表量程选择适当 c错误 但电压表不能直接并联 到电源两端 因为开关断开后 电压表仍有示数 d正确 故正确答案为abd 答案 abd 题后反思 连接实物电路图时 要注意以下几点 1 先画出电路图 这是连接实物图的依据 2 先连接干路 再连接支路 3 注意电源的正负极 电表的正负接线柱 电表量程的选择以及滑动变阻器接线柱的合理选用 利用伏安法测量干电池的电动势和内阻 现有的器材为 干电池 电动势约1 5v 符号电压表 量程1v 内阻998 3 符号电流表 量程为1a 符号滑动变阻器 最大阻值10 符号电阻箱 最大阻值99999 9 符号 单刀单掷开关1个 符号导线若干 设计测量电源电动势和内阻的电路并将它画在指定的方框内 要求在图中标出电压表 电流表的接线柱的正负 为了满足本实验要求并保证实验的精确度 电压表量程应扩大为原量程的 倍 电阻箱的阻值应为 解析 电源电动势为1 5v 而电压表最大量程为1v 需将电压表扩大量程再用 故电压表应与电阻箱串联使用 设计电路如右图所示 答案 见解析图所示 2998 3 e u ir可以写成u ri e 其中r e分别是电源的内电阻和电动势 对于不同的几次测量来说u i各不相同是变量 所以u e ri可以看做一个一次函数的表达式 它的u i图像是一条直线 以i为横坐标 u为纵坐标建立直角坐标系 根据几组i u的测量数据 在坐标系中描点 此时可以大致看到这些点呈直线分布 如果发现个别明显错误的数据 应该把它删除 用直尺画一条直线 使尽量多的点落在这条直线上 不在直线上的点 能大致均衡地分布在直线两侧 这条直线就能很好地代表u i关系 如图4 2 11所示 用图像法处理实验数据 图4 2 11 注意事项 1 在实验时 应注意以下几点 为了使电源的路端电压变化明显 电源的内电阻宜大些 或与电源串联一个几欧的电阻充当内电阻 实验中不要将i调得过大 每次读完立即切断电源 且最好使i值由大到小顺序变化 使实验过程中e和r的值保持稳定 要测出不少于6组i u数据 且变化范围要大些 2 在画u i图线时 要尽量使多数点落在直线上 不在直线上的点要均匀分布在直线的两侧 个别偏离直线太远的点可舍去不考虑 这样 就可减小偶然误差 提高测量精度 电源内电阻较小时u的变化较小 可以通过将i轴向u轴的正方向平移的方法来使图线更完整 图线斜率的绝对值仍是电源的内电阻 3 造成实验误差的主要原因是未考虑电压表的分流作用 使得电流表上读出的数值比实际的总电流 即流过电源的电流 要小一些 作图不准确也造成偶然误差 例2 下面是在测某电池的电动势和内电阻的实验中记录的六组数据 请在直角坐标系中画出u i图像 并根据图像算出待测电池的电动势和内电阻 解析 建立坐标系 利用描点法画出u i图像如下图所示 第四个点明显偏离 视为偶然误差造成的 应舍去 直线与纵轴的交点坐标即为电源的电动势e 1 47v 直线的斜率大小即为电源内电阻r 0 75 答案 1 47v0 75 题后反思 运用图像处理实验结果有两种情况 一种是根据图像发现规律 这在探索性实验中应用较多 另一种是根据图像的性质求出有关物理量 本题的应用就是后者 图4 2 12 答案 2 9v0 9 1 偶然误差 使用图4 2 7实验电路图主要来源于电流表和电压表的读数误差以及作u i图像时描点不很准确等 2 系统误差 系统误差来源于未计电压表分流 近似地将电流表的示数看作干路电流 实际上电流表的示数比干路电流略小 如果由实验得到的数据作出如图4 2 13所示中的实线a 伏安法测e r实验的误差分析 图4 2 13 那么考虑到电压表的分流后 得到的u i图像应是图4 2 13中的虚线b 由此可见 测出的电源电动势e测 e真 电源内电阻r测 r真 例3 在做 测干电池的电动势和内阻 的实验时 备有下列器材选用 a 干电池一节 电动势约为1 5v b 直流电流表 量程为 0 0 6a 和 0 3a 0 6a挡内阻为0 10 3a挡内阻为0 025 c 直流电压表 量程为 0 3v 和 0 15v 3v挡内阻为5k 15v挡内阻为25k d 滑动变阻器 阻值范围为0 15 允许通过的最大电流为1a e 滑动变阻器 阻值范围为0 1000 允许通过的最大电流为0 5a f 开关g 导线若干h 电池夹 1 将选定的器材按本实验要求的电路 系统误差较小 在如图4 2 14所示的实物图上连线 图4 2 14 2 如图4 2 15所示 电流表的量程取0 6a挡时读数为 量程取3a挡时读数为 电压表的量程取3v挡时读数为 量程取15v挡时读数为 图4 2 15 3 根据实验记录 画出的u i图像如图4 2 16所示 可得待测电池的内阻为 4 按本实验要求的电路测出的e测 r测与真实值比较 e测 e真 r测 r真 填 或 图4 2 16 解析 1 如图所示 此问实际涉及三点 仪器的选择 选择a b 0 0 6a c 0 3v d f g h 设计电路 要求系统误差较小 应采用电流表内接法 按设计电路顺序连线 2 电流表读数 0 6a挡为0 28a 3a挡为1 40a 电压表读数 3v挡为0 50v 15v挡为2 5v 4 由实验原理及电路分析知 e测 e真 r测 r真 答案 1 见解析 2 0 28a1 40a0 50v2 5v 3 1 4 题后反思 实验误差主要来自于电压表的分流引