【金榜夺冠】高三物理第一轮复习 第八章 第三单元 第5课时 实验：测定电源的电动势和内阻课件 选修31.ppt

第三单元实验与探究第5课时实验 测定电源的电动势和内阻 选修3 1第八章电路 基础回顾 1 实验目的 1 掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内电阻的方法 进一步理解闭合电路欧姆定律 2 掌握用图象法求电源电动势和内阻的方法 2 实验原理本实验的依据是闭合电路的欧姆定律 实验电路如右图 甲 所示 改变滑动变阻器的阻值 从电流表 电压表中读出2组u i值 由u e ir可得 r 以上方法误差较大 为了减小误差 实验中至少测出6组u i 且变化范围要大些 然后在u i图中描点画直线 所得直线跟纵轴的交点即为电动势e值 图线斜率的绝对值即为电源内阻r的值 如右图 乙 所示 3 实验器材被测干电池 电流表 电压表 滑动变阻器 开关和导线若干 4 实验步骤 1 电流表用0 6a量程 电压表用3v量程 按图连接电路 2 把滑动变阻器的滑片滑到使其接入电路的阻值最大的一端 闭合s 调节滑动变阻器 使两电表有较合适的示数 记录一组数据 i u 再用同样方法测量几组 i u 数据 3 断开开关 整理好器材 4 处理数据 用公式法和作图法两种方法求出电源的电动势和内阻 5 注意事项 1 为了使电池的两端电压变化明显 电池的内阻应选大些的 选用已使用过一段时间的干电池 2 在实验中不要将i调得过大 每次读完u和i的数据后应立即断开电源 以免干电池在大电流放电时严重极化 使得e和r明显变化 3 测出不少于6组 i u 数据 且变化范围要大些 用方程组求解时 类似于逐差法 要将测出的 i u 数据中 第1组和第4组为一组 第2组和第5组为一组 第3组和第6组为一组 分别解出e r值再求平均 4 在画u i图线时 要使尽可能多点落在这条直线上 不在直线上的点应对称分布在直线两侧 不要顾及个别离开直线较远的点 以减小偶然误差 要点深化 1 u i图线 1 u i图线的理解u i图线是根据实验数据画出的图线 由图线看出 电压随电流的增大而减小 原因是当滑动变阻器的电阻r变小时 电路的电流i就增大 电源的内电压u内 ir就增大 由电源的外电压u外 即电压表的示数 e u内 知外电压减小 2 u i图线坐标平移的理解干电池内阻较小时 u的变化较小 此时 坐标图中数据点将呈现如下左图所示的状况 使下部大面积空间得不到利用 为此 可使纵坐标不从零开始 而是根据测得的数据从某一恰当值开始 横坐标i必须从零开始 如下右图所示 并且把纵坐标的比例放大 可使结果的误差减小 此时图线与横轴交点不表示短路电流 而图线与纵轴的截距仍为电动势 计算内阻要在直线上任取两个相距较远的点 用r tan 计算出电池的内阻r 2 两种测量电路误差分析的几种方法 在电源电动势和内阻测量中 到底选择上图 甲 来实验还是选择上图 乙 来实验的误差较小 第一种实验电路 课本上的测量电路 如图 甲 所示 u e ir中的i是通过电源的电流 由于电压表分流iv 使电流表示数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 它们的关系可用右图 a 表示 测量图线为ab 真实图线为a b 由图线可以看出r和e的测量值都小于真实值 即r测 r真 e测 e真 由于我们选择的电压表的内阻远大于电流表加上滑阻的电阻 故选择图 甲 的电路进行实验误差较小 第二种实验电路如图 乙 所示 由于电流表的分压作用 所以u真 u测 ua u测 ira ra为电流表的内阻 这样在u i图线上对应每一个i应加上一个正值 u i ra 由于ra很小 所以在i很小时 u趋于零 i增大 u也增大 理论值与测量值的差异如右图 b 所示 由图可知 e测 e真 r测 r真 内阻测量误差非常大 由于我们选择的电流表的内阻略小于滑动变阻器的阻值 这样造成其阻值与并联电路的电阻很接近 故本实验误差较大 通常不要选择图乙的电路进行实验 电流表内接实验电路产生的相对误差也可以根据等效电源的方法进行定量计算 电流表看成内电路的一部分 如右图虚线框所示 内阻的测量值 即等效电源的内阻为电源内阻和电流表内阻之和r测 r真 ra r真 相对误差为 因为ra与r真接近甚至大于r真 所以 相对误差很大 远远超出实验误差允许范围 内阻的测量已没有意义 当然 对于低压电源而内阻值几千欧的电池 比如水果电池 而言 其相对误差则较小 这时却要选择此实验电路了 3 几种测量电源电动势和内阻的新方法 1 利用电阻箱和电流表测定电源的电动势e和内阻r电路图如图所示 原理 改变电阻箱的阻值 记录r与i 为了准确可多测几组数据 求平均值 也可以用图象处理 误差为e测 e r测 r 2 利用电阻箱和电压表测定电源的电动势e和内阻r电路图如图所示 原理 改变电阻箱阻值 记录r与u 为了准确可多测几组数据 求平均值 也可以用图象处理 误差为e测 e r测 r 题型一实验原理 数据处理及误差分析 1 如图甲是 测定一节干电池的电动势和内阻 的实验电路 如果采用新电池进行实验时会发现 当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节时 电压表的示数变化很小 这是因为 从而影响测量值的精确性 2 为了较精确地测量 可采用如图乙的实验电路 在电源处串联一个定值电阻r0 除了解决以上的问题 还对 和 具有保护作用 3 根据图乙用笔画线代替导线在图丙中完成实物连接图 4 实验中 改变滑动变阻器的阻值 测出当电流表读数为i1时 电压表读数为u1 当电流表读数为i2时 电压表读数为u2 则新电池的电动势e 内阻r 用i1 i2 u1 u2和r0表示 解析 在测定电源电动势和内阻的实验中 滑动变阻器起限流作用 其总阻值不能太小 因为一旦太小 电路电流过大 就会烧坏电池及电流表 这是要特别注意的 而串入的保护电阻若串联在电源处 则可等效于增大了电源的内阻 即 r r0 这样在有两组数据时 根据闭合电路的欧姆定律列式有 e u1 i1 r r0 e u2 i2 r r0 两式联立就能求出电源的电动势和内阻 答案 1 新电池的内阻很小 内电路的电压变化很小 路端电压也就变化很小 2 电池电流表 3 如图所示 题型训练 1 在 用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻 的实验中 提供的器材有 a 一节干电池eb 电流表a 量程0 6a c 电压表v 量程3v d 滑动变阻器r1 最大阻值20 允许最大电流1a e 滑动变阻器r2 最大阻值300 允许最大电流0 5a f 电键s 导线若干 1 按如图 a 所示电路测量干电池的电动势和内阻 滑动变阻器应选 填写器材代号 为使测量尽可能精确 用笔画线代替导线将如图 b 所示的实物图连接成实验电路 已连接了部分线 要求变阻器的滑动触头滑至最右端时 其使用电阻值最大 2 实验步骤 按实验要求连接好电路 闭合电键前把变阻器的滑动触头滑至一端 使接入电路的阻值最大 闭合电键 调节滑动变阻器 使 的指针有明显偏转 读取 和 的示数 用同样方法测量多组数据 断开电键 整理好器材 数据处理 3 将实验测得的数据标在如图 c 所示的坐标图中 请作出u i图线 由此求得待测电池的电动势e v 内电阻r 结果保留三位有效数字 1 答案 1 r1 如左下图所示 2 电流表电流表电压表 3 如右下图所示 e 1 50v r 1 88 e 1 47 1 50 v r 1 80 1 88 均算对 题型二几种测量电源电动势和内阻的新方法 某实验小组要测量一节干电池的电动势和内阻 实验室提供的实验器材如下 a 待测的干电池e 电动势约为1 5v 内电阻约为2 b 电压表v1 0 2v 内阻rv1 4000 c 电压表v2 0 2v 内阻rv2约为3500 d 电流表a 0 3a 内阻0 1 e 滑动变阻器r2 0 200 允许最大电流1a f 开关s1和s2 导线若干 该小组根据以上实验器材设计了如右图所示的电路来测量电源的电动势和内阻 1 请你根据实验电路补充完整主要的实验步骤 a 闭合开关 和 记下v1的读数u1 b 闭合开关 断开开关 记下v1的读数u1 和v2的读数u2 2 请你根据以上步骤记录的物理量和已知的物理量写出该干电池的电动势和内阻的表达式e r 解析 闭合开关s1和s2 电压表v2被短路 根据闭合电路的欧姆定律有 闭合开关s1 断开开关s2 v1和v2串联 读数之和为u1 u2 以电压表确定电路的电流为 根据闭合电路的欧姆定律有 联立解得 r 答案 1 s1s2s1s2 2 点评 其实 像许多这样的实验题都已偏向于理论探究了 思考的方式可以用解计算题的方法来分析 列式并进行解答 题型训