高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第3节测量电源的电动势和内电阻教学案鲁科版.docx

第3节 测量电源的电动势和内电阻一、实验目的1用伏安法测电源的电动势和内电阻。2学会用“代数法”和“图像法”分析处理实验数据。二、实验原理原理图如图431所示。图431改变滑动变阻器的阻值，测出两组I、U的数据，代入方程 EUIr，可得到方程组解此方程组可求得：电动势E，内阻r。三、实验器材待测电池一节、滑动变阻器、电流表(00.6 A)、电压表(03 V)、开关、导线、坐标纸、直尺。四、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按图432所示把器材连接好。图4322把滑动变阻器的滑片移到使阻值最大的一端。3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电流表和电压表的示数，用同样的方法测量并记录几组I和U的值，并填入预先设计的表格中。4断开开关，整理好器材。五、数据处理1代数法运用方程组求解E和r。利用所测U、I值多求几组E和r的值，最后算出它们的平均值。图4332图像法以纵轴表示路端电压，横轴表示总电流，建立直角坐标系，将所测多组相应的U、I值进行描点，然后用平滑的曲线将各点连接起来。由UEIr知，UI图像是一条斜向下的直线，如图433所示。(1)直线与纵轴的交点表示电动势E。(2)直线与横轴的交点表示短路电流I0。(3)直线斜率的绝对值等于电源的内阻r|k|。六、误差分析1偶然误差(1)电压表和电流表的读数误差。(2)由于导线与电池接触不好造成电池内阻不稳定产生误差。(3)作UI图线时描点、连线不准确产生误差。图4342系统误差公式UEIr中I是通过电源的电流，而本实验电路是存在系统误差的，这是由于电压表分流IV，使电流表示值I测小于电池的输出电流I真。因为I真I测IV，而IV，U越大，IV越大，U趋于零时，IV也趋于零。所以它们的关系可用图434表示，由图线可看出r和E的测量值都小于真实值。r测r真，E测E真。七、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，宜选用旧电池和内阻较大的电压表。2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，读电表要快，每次读完后应立即断电。3电压表、电流表应选择合适的量程，使测量时偏转角大些，以减小读数时的相对误差。4当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点可以不从零开始。5画UI图像时，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，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。例1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)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图。(3)某同学根据实验数据画出的UI图像如图435所示，由图像可得电池的电动势为_ V，内电阻为_ 。图435解析(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因电源内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B。(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器。)电流表的量程要大于电源允许通过的电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5 A，故需要选择00.6 A量程的电流表，所以电流表应选E。(2)电路图如图所示。(3)由题中UI图像可知：纵截距为1.5 V，故电池的电动势为1.5 V；内电阻r1 。答案(1)BE(2)见解析图(3)1.51例2在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内阻分别为0.1 和1 k。图436为实验原理图及所需的器件图。图436(1)试在图乙中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路。(2)一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在如图437所示的坐标图中画出UI图像，根据图像读出电池的电动势E_ V，根据图像求出电池的内电阻r_ 。实验序号123456I/A0.120.200.310.320.500.57U/V1.371.321.241.181.101.05图437解析(1)先将电源、开关、电流表、滑动变阻器按照一定顺序连接好，再将电压表并到滑动变阻器与电流表串联电路两端，实物连接如图所示。(2)根据表格中U、I数据，在方格纸UI坐标上描点画线，如图所示，连直线时第四组数据(0.32 A,1.18 V)标出的点明显偏离其他点，误差太大，应该舍去，然后将直线延长，交U轴于U11.46 V(1.441.48都正确)，即为电源电动势；交I轴于I0.64 A，注意此时U21.00 V，由闭合电路欧姆定律得I，所以r 0.72 (0.670.77都正确)。答案(1)见解析图(2)见解析图1.460.721(多选)关于“用电流表和电压表测干电池的电动势和内电阻”实验的注意事项，下列说法中正确的是()A应选用旧的干电池作为被测电源B不能长时间将流过电源的电流调得过大C应选用内阻较小的电流表和电压表D根据实验记录的数据作UI图线时，应通过尽可能多的点画线，并使不在图线上的点大致均匀分布在直线的两侧解析：选ABD为了使电池的路端电压变化明显，应选用电池内阻较大的旧电池，A对；电池在大电流放电时消耗电能较多，使得E和r明显变化，因而不能长时间将流过电源的电流调得过大，B对；电压表内阻越大，分流作用越小，误差越小，C错；作UI图线时，应使尽可能多的点在直线上，不在图线上的点大致均匀分布在直线的两侧，D对。2(多选)为了测出电源的电动势和内阻，除待测电源和开关、导线以外，配合下列哪组仪器，才能达到实验目的()A一个电流表和一个电阻箱B一个电压表、一个电流表和一个滑动变阻器C一个电压表和一个电阻箱D一个电流表和一个滑动变阻器解析：选ABC电阻箱既可以改变阻值，又可以读出阻值，配合一个电流表或电压表，就可以测出电源的电动势和内阻，选项A、C正确；根据伏安法测电源电动势和内阻的方法可知，选项B正确，D错误。3. (多选)如图438所示是根据某次测量电源电动势和内电阻的实验数据画出的UI图像。关于这个图像，下列说法中正确的是()图438A纵轴截距表示待测电源的电动势，即E6.0 VB横轴截距表示短路电流，即I短0.5 AC待测电源内电阻r3 D电流为0.3 A时的外电阻R18 解析：选AD图像与纵坐标轴的交点对应的电流值为0，此时为开路状态，截距即为电源电动势E6.0 V，选项A对；但图像与横坐标轴的交点对应的路端电压U5.0 V，所以0.5 A不是短路电流，选项B错；r 2 ，选项C错；当I0.3 A时，由部分电路欧姆定律得R 18 ，选项D对。4在用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻的实验中，被测的电源是两节干电池串联的电池组。可供选择的实验器材如下：A电流表，量程00.6 A,03 AB毫安表，量程0100 mA,0100 AC电压表，量程03 V,015 VD滑动变阻器，01 000 ，0.1 AE滑动变阻器，020 ，2 AF开关一个，导线若干图439(1)为了尽量得到较好的效果，电流表应选_，量程应选_，电压表量程选_，滑动变阻器应选_。(2)如图439有甲、乙两个可供选择的电路，应选_电路进行实验。实验中误差是由于_表的读数比实际值偏_所造成的。解析：(1)一般干电池允许通过的最大电流为0.5 A，故电流表应该选A，其量程应该选00.6 A。两节干电池串联后的电动势为3.0 V，故电压表量程应该选03 V。滑动变阻器的最大阻值只需要比电池组的内阻大几倍即可，故选择E。(2)应该选乙电路，电流表的内阻和电源内阻相差不大，其分压作用不可忽略，而电压表的内阻相对滑动变阻器的阻值来讲大很多，其分流作用可以忽略，故选择乙电路。实验中电压表的示数是路端电压，电流表的示数比干路中的电流略小，所以实验中的误差是由于电流表的读数比实际值偏小所造成的。答案：(1)A00.6 A03 VE(2)乙电流小5某研究性学习小组利用如图4310甲所示电路测量电池组的电动势E和内阻r。根据实验数据绘出如图乙所示的R图线，其中R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得到E_，r_。图4310解析：由欧姆定律有，EI(Rr)，Rr。由此知图线的斜率为电动势E，纵轴截距大小为内阻r。E V2.8 V，r1 。答案：2.8 V1 6为测量一电源的电动势及内阻(1)下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V的电压表。A量程为1 V、内阻大约为1 k的电压表B量程为2 V、内阻大约为2 k的电压表C量程为3 V、内阻为3 k的电压表选择电压表_串联_ k的电阻可以改装成量程为9 V的电压表。(2)利用一个电阻箱、一只开关、若干导线和改装好的电压表(此表用符号V1、V2或V3与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表)，在虚线框内画出测量电源电动势及内阻的实验原理电路图。(3)根据以上实验原理电路图进行实验，读出电压表示数为1.50 V时，电阻箱的阻值为15.0 ；电压表示数为2.00 V 时，电阻箱的阻值为40.0 ，则电源的电动势E_ V、内阻r_。解析：(1)改装电压表时，其内阻值要准确告知，所以排除A、B而选C；再由闭合电路欧姆定律可知U(RVR串)，代入数据得R串6 k。(2)电路图如图所示：(3)根据闭合电路欧姆定律可得通式为，将U11.50 V、R115.0 及U22.00 V、R240.0 代入上式解得：E2.5 V、r10 。答案：(1)C6(2)图见解析(3)2.5107. (2015四川高考)用实验测一电池的内阻r和一待测电阻的阻值Rx。已知电池的电动势约6 V，电池内阻和待测电阻阻值都为数十欧。可选用的实验器材有：图4311电流表A1(量程030 mA)；电流表A2(量程0100 mA)；电压表V(量程06 V)；滑动变阻器R1(阻值05 )；滑动变阻器R2(阻值0300 )；开关S一个，导线若干条。某同学的实验过程如下：.设计如图4311所示的电路图，正确连接电路。.将R的阻值调到最大，闭合开关，逐次调小R的阻值，测出多组U和I的值，并记录。以U为纵轴，I为横轴，得到如图4312所示的图线。图4312.断开开关，将Rx改接在B、C之间，A与B直接相连，其他部分保持不变。重复的步骤，得到另一条UI图线，图线与横轴I的交点坐标为(I0,0)，与纵轴U的交点坐标为(0，U0)。回答下列问题：(1)电流表应选用_，滑动变阻器应选用_。(2)由图4312的图线，得电源内阻r_。(3)用I0、U0和r表示待测电阻的关系式Rx_，代入数值可得Rx。(4)若电表为理想电表，Rx接在B、C之间与接在A、B之间，滑动变阻器滑片都从最大阻值位置调到某同一位置，两