高中物理 2.5 学生实验 测量电源的电动势和内阻课件 教科版选修31.ppt

第五节学生实验 测量电源的电动势和内阻 第二章直流电路 第二章直流电路 一 实验目的1 掌握用电压表和电流表测量电动势和内阻的方法 2 学会用图像法求电源的电动势和内阻 二 实验原理我们可以利用闭合电路欧姆定律来测量电源的电动势和内阻 在如图所示的电路中 通过改变 连入电路的电阻r 只要测量出 组u i的数据 就能根据公式e 列出关于e和r的二元一次方程组 从而解出电源的电动势e和内阻r 当然 也可以测量出多组u i的数据 利用 求解电源的电动势和内阻 滑动变阻器 两 u ir 图像 三 实验器材待测电池一节 电流表 0 0 6a 电压表 0 3v 各一个 一个 开关一个 导线若干 铅笔 坐标纸 四 实验步骤1 明确电流表 电压表的量程 按实验电路图连接好电路 并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为 的一端 2 闭合开关s 接通电路 将滑动变阻器的滑动触头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 滑动变阻器 最大值 3 同样的方法 依次记录多组u i值 4 断开开关s 电路 5 利用 和 求出电动势和内阻 想一想 本实验中 若只给电流表和电阻箱或只给电压表和电阻箱 如何设计电路来完成这个实验 拆除 公式法 图像法 学案导引1 处理数据的方法常有哪几种 2 在描点画线时应注意哪些问题 数据的处理方法 1 求平均值法利用依次记录的多组数据 一般6组 分别记录如下表所示 采用如图所示的电路 测定电池的电动势和内阻 1 除了选用照片中的部分器材外 填选项 a 还需要电压表b 还需要电流表c 还需要学生电源d 不再需要其他器材 a 2 测量所得数据如下 用作图法求得电池的内阻r 3 根据第5次所测得的实验数据 求得电流表内阻ra 0 75 0 10 0 22 关键提醒 1 由电路图可知此实验为伏安法测电池的电动势和内阻 2 描点作图与数学中的作图法相同 3 分析截距和斜率的物理意义 4 注意坐标原点不是 0 0 解析 1 照片中已有电流表 电阻箱和干电池 还缺少电压表 2 作出u i图像 由图像斜率可求得r 0 75 0 10 学案导引1 实验中电池用新的好吗 2 该实验中偶然误差来源于哪里 器材的选取与误差分析 1 实验操作中的注意事项 1 电池应选使用过一段时间的半新电池 这样可以使路端电压有较大范围的变化值 2 闭合开关前 一定要把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端 3 在电流表有明显示数且稳定后 再读出电压表读数u和电流表读数i 4 一般来说电池的电动势和内阻都随着使用时间的增长而变化 实验时不要长时间通电 只是在读数时让电路接通 其他时间要断开电路 5 该实验中电流表选0 0 6a挡 电压表选0 3v挡 2 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u i图像时描点不准确 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u i坐标系中表示出来 如图所示 可见e测 e真 r测 r真 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 可供选用的器材有 a 电流表 量程 0 0 6a ra 1 b 电流表 量程 0 3a ra 0 6 c 电压表 量程 0 3v rv 5k d 电压表 量程 0 15v rv 10k e 滑动变阻器 0 10 额定电流1 5a f 滑动变阻器 0 2k 额定电流0 2a 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 见解析 a c e 3 如图所示为实验所需器材 请按原理图连接出正确的实验电路 见解析 4 引起该实验系统误差的主要原因是 关键提醒 1 电表量程的选择原则是在不超量程的前提下选小量程的 2 选择滑动变阻器时 滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍即可 3 实物电路连接前应先画出实验电路图 4 实验误差分析要以真实值和测量值的差别去分析 电压表的分流作用 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rv r 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 5a 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 规律方法 选择实验仪器的三个原则 1 安全性原则 即一定要保证仪器的安全 对电表来讲不超量程 对滑动变阻器来讲不能超其额定电流 2 精确性原则 即要保证测量时读数精确 对电表来讲在不超量程的前提下 尽量选用小量程的 对欧姆表来讲尽量让指针指在中值刻度附近 3 方便性原则 此原则主要针对滑动变阻器来讲 在滑动变阻器分压式接法中 在安全的前提下选最大阻值小的要方便 在滑动变阻器限流式接法中 选比待测电阻大几倍的要方便 仪器的选择和电路的连接 范例 9分 测量电源的电动势和内阻的实验电路如图甲所示 图乙中给出的器材有 待测的电源 电动势约为4v 内阻约为2 电压表 内阻很大 有5v 15v两个量程 电流表 内阻不计 有0 1a 1a两个量程 滑动变阻器 阻值范围0 10 开关 另有导线若干 试按照图甲中的电路在图乙中画出连线 将器材连接成实验电路 要求正确选择电表量程 以保证仪器的安全并使测量有尽可能高的精确度 思路点拨 估算法确定电表的量程 一是估计电源两端能出现的最大电压 来确定电压表的量程 二是估计电路中能通过的最小电流 只要最小电流不超量程即可 因为实验中电路上尽可能使用最小