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学案 鲁科版选修31.doc

第3节测量电源的电动势和内电阻一、实验目的1学会用伏安法测量电池的电动势和内电阻，会使用常见的基本仪器2学会用“代数法”和“图象法”处理实验数据二、实验原理图431改变滑动变阻器的阻值，测出至少两组i、u数据，代入方程euir，可得到方程组eu1i1r，eu2i2r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，电流表(00.6 a)、电压表(03 v)各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干，铅笔，坐标纸一、实验步骤图4321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2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，拆除电路二、数据处理1代数法利用依次记录的多组数据(一般6组)，分别记录如表所示实验序号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图象法把测出的多组u、i值，在ui图中描点画图象，使ui图象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433所示，由ueir可知：图433(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、误差分析1偶然误差主要来源于电压表和电流表的读数以及作ui图象时描点不准确2系统误差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u越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大，将测量结果与真实情况在ui坐标系中表示出来，如图434所示，可见e测e真，r测r真图434四、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，故长时间放电电流不宜超过0.3 a，短时间放电电流不宜超过0.5 a因此实验中不宜将i调得过大，读电表的示数要快，每次读完后应立即断电3当干电池的路端电压变化不很明显时，作图象时，纵轴单位可取的小一些，且纵轴起点可不从零开始如图435所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势e，但图线与横轴交点不再是短路电流，求内阻时要在直线上取相隔较远的两点，用r求出图4354为了提高测量的精确度，在实验中i、u的变化范围要大一些，计算e、r时，u1和u2、i1和i2的差值要大一些5用伏安法测电动势e和内电阻r时，可以设计成两种电路如图436所示，在实验中我们选择甲图的原因有：依据闭合电路的欧姆定律euir，在实验中需要测路端电压u和电源中的电流i，可以看出，甲图中由于电压表的分流作用，使电流表测得的不是真实的电源中的电流；乙图中由于电流表的分压作用，电压表测得的不是真实的路端电压这两个电路都存在系统误差，由于电流表的电阻和电源的内阻差不多大，则乙图测量的电源内阻阻值和真实值相差太大故电流表的分压作用不能忽略，所以选用甲图电路较好甲乙图4366仪器的选择(1)电流表量程的选择：量程要大于电源允许通过的最大电流，对于电池来讲允许通过的最大电流是0.5 a故需要选00.6 a.(2)电压表量程的选择：量程要大于电源电动势，对一节干电池来讲，电压表量程在大于1.5 v的前提下越小越好(3)滑动变阻器的选择：滑动变阻器的最大电阻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.实验探究1对实验原理的考查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、或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)2.510实验探究2实验操作与数据处理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.下面分别为实验原理图及所需的器件图图437(1)试在实物图中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路(2)一位同学记录的6组数据见表试根据这些数据在图中画出ui图线根据图象读出电池的电动势e_v，根据图象求出电池内阻r_.i/a0.120.200.310.320.500.57u/v1.371.321.241.181.101.05图438【解析】(1)按照原理图将实物连接如图(2)根据表格中u、i数据，在方格纸ui坐标上找点描迹如图，连直线时第四组数据(0.32 a,1.1