高三物理复习 实验9：测定电源的电动势和内阻课件 新人教版.ppt

实验9 测定电源的电动势和内阻 一 实验目的1 进一步理解闭合电路欧姆定律 掌握用伏特表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法 2 进一步熟悉电压表 电流表 滑动变阻器的使用 量程选择及电表内阻对测量电路的影响 3 掌握用图象法求电动势和内阻的方法 理解并掌握路端电压u与干路电流i的关系图象 即u i图象 与纵 横坐标轴交点坐标的物理意义以及图象斜率的物理意义 二 实验原理闭合电路欧姆定律u e ir 式中u为路端电压 r为电源内阻 i为流过电源的电流 e为电动势 只要测得两组 i u 值 列方程组 u1 e i1re u2 e i2r r 或多测几组 i u 值 画出u i图线 利用图线的截距和斜率求得e和r 三 实验器材电池 被测电源 电压表 电流表 滑动变阻器 开关 导线 坐标纸 四 实验步骤1 连接电路 如图7 5 1所示 电流表取0 6a量程 电压表取3v量程 移动触头位置 使电键刚闭合时 连入电路中的有效阻值最大 2 测几组 i u 值 闭合电键 移动变阻器触头位置 使电流表有明显示数 记下一组 i u 值 断开电键 用同样方法 多次移动变阻器触头位置 记录多组 i u 值 然后断开电键 3 建立坐标系 描点 纵轴表示电压 横轴表示电流 取合适的标度 使所描绘的图线分布绝大部分坐标纸 必要时纵坐标可以不从零开始计数 4 根据描出的坐标点作出u i图象 应使图象尽量多地通过描出的点 不在图象上的点要尽量对称地分布于图线两侧 对于个别离图线较远的点 误差很大 应坚决舍弃 5 测算电动势和内电阻 准确读出u i图线与纵轴和横轴的交点坐标 并代入u e ir中 算出e和r的值 图7 5 1 五 注意事项1 应使用内阻大些 用过一段时间 的干电池 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 发生严重的极化现象 使得e和r明显变化 2 画u i图象时 为画图准确应尽量利用坐标纸 将图象画得较大 以提高精确度 并且纵轴坐标可以不从零开始 用截距求e 用斜率r 求内阻大小 六 误差分析1 由于接线不紧 易造成接触电阻 使内阻测量值偏大 2 每次读完电表示数后 没有立即断电 而是长时间闭合开关s 甚至在改变滑动变阻器阻值的全过程中始终放电 造成电池电动势e下降 内阻r增大 3 测量电路存在系统误差 i真 i测 iv中未考虑电压表的分流作用 4 用图象法求e和r时 由于作图不准造成的偶然误差 例1 2009年高考安徽理综卷 用图7 5 2所示的电路 测定一节干电池的电动势和内阻 电池的内阻较小 为了防止在调节滑动变阻器时造成短路 电路中用一个定值电阻r0起保护作用 除电池 开关和导线外 可供使用的实验器材还有 a 电流表 量程0 6a 3a b 电压表 量程3v 15v c 定值电阻 阻值1 额定功率5w d 定值电阻 阻值10 额定功率10w e 滑动变阻器 阻值范围0 10 额定电流2a f 滑动变阻器 阻值范围0 100 额定电流1a 那么 1 要正确完成实验 电压表的量程应选择 v 电流表的量程应选择 a r0应选择 的定值电阻 r应选择阻值范围是 的滑动变阻器 2 引起该实验系统误差的主要原因是 解析 由于电源是一节干电池 1 5v 所以选量程为3v的电压表 估算电流时 考虑到干电池的内阻一般几欧左右 加上保护电阻 最大电流在0 5a左右 所以选量程为0 6a的电流表 由于电池内阻很小 所以保护电阻不宜太大 否则会使得电流表 电压表取值范围小 造成的误差大 滑动变阻器的最大阻值一般比电池内阻大几倍就好了 取0 10 能很好地控制电路中的电流和电压 若取0 100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象 关于系统误差一般是由测量工具和所用测量方法造成的 一般具有倾向性 总是偏大或者偏小 本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小 造成e测 e真 r测 r真 热点一实验器材的选择 图7 5 2 3 0 6 1 0 10 电压表的分流 测量电源b的电动势e及内阻r e约为4 5v r约为1 5 器材 量程3v的理想电压表 量程0 5a的电流表 具有一定内阻 固定电阻r 4 滑动变阻器r 开关s 导线若干 1 画出实验电路原理图 图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出 2 实验中 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 则可以求出e r 用i1 i2 u1 u2及r表示 1 例2 用电流表和电压表测定电源的电动势e和内阻r 所用的电路如图7 5 3所示 一位同学测得的6组数据如下表中所示 1 试根据这些数据 在图7 5 4中作出u i图线 2 根据图线得出电源的电动势e v 内阻r 3 若不作出图线 只选用其中两组u和i的数据 可利用公式e u1 i1r和e u2 i2r算出e和r 这样做可能得出误差很大的结果 选用第 组和第 组的数据 求得e和r误差最大 热点二实验数据的处理 图7 5 3 图7 5 4 1 45 0 70 3 4 解析 1 图线如图7 5 5所示e 1 45v r 0 70 3 第 组和第 组数据 作图线时 应把个别不合理的数据排除 由直线与纵轴的交点可读出电动势e 1 45v 再读出直线与横轴的交点的坐标 u i 连同得出的e值代入e u ir中 得r e u i 1 45 1 10 0 50 0 70 选用第3组和第4组数据 求得的e和r误差最大 不需要利用所给的6组数据分别进行计算 利用作图就可看出这一点 选用这两组数据求e和r 相当于过图中3和4两点作一直线 利用此直线求出e和r 而此直线与所画的直线偏离最大 实际上第4组数据不合理 已经排除 名师支招 用图象法处理数据是该实验的一个重点 在高考中经常出现 需要注意两点 1 作图时 应使尽量多的点分布在直线上 不在直线上的点均匀分布在直线两侧 个别离直线较远的点可忽略 2 如果u i图象坐标原点是u轴 i轴的零点 那么图线与u轴交点表示电动势e 与i轴交点坐标表示电源短路电流 内阻r e i短 当然 电源内阻也可以用r u i求得 因此 要特别注意看纵坐标的起点是不是零 图7 5 5 2 甲同学设计了如图7 5 6所示的电路测电源电动势e及电阻r1和r2的阻值 实验器材有 待测电源e 不计内阻 待测电阻r1 待测电阻r2 电压表 量程为1 5v 内阻很大 电阻箱r 0 99 99 单刀单掷开关s1 单刀双掷开关s2 导线若干 1 先测电阻r1的阻值 请将甲同学的操作补充完整 闭合s1 将s2切换到a 调节电阻箱 读出其示数r和对应的电压表示数u1 保持电阻箱示数不变 读出电压表的示数u2 则电阻r1的表达式为r1 2 甲同学已经测得电阻r1 4 8 继续测电源电动势e和电阻r2的阻值 该同学的做法是 闭合s1 将s2切换到a 多次调节电阻箱 读出多组电阻箱示数r和对应的电压表示数u 由测得的数据 绘出了如图7 5 7所示的 1 u 1 r 图线 则电源电动势e v 电阻r2 3 利用甲同学设计的电路和测得的电阻r1 乙同学测电源电动势e和电阻r2的阻值的做法是 闭合s1 将s2切换到b 多次调节电阻箱 读出多组电阻箱示数r和对应的电压表示数u 由测得的数据 绘出了相应的 1 u 1 r r1 图线 根据图线得到电源电动势e和电阻r2 这种做法与甲同学的做法比较 由于电压表测得的数据范围 选填 较大 较小 或 相同 所以 同学的做法更恰当些 图7 5 6 图7 5 7 将s2切换到b 1 43 1 2 较小 甲 例3 某同学设计了一个如图7 5 8所示的实验电路 用来测定电源的电动势和内阻 使用的实验器材为 待测干电池组 电动势约3v 电流表 量程0 6a 内阻小于1 电阻箱 0 99 99 滑动变阻器 0 10 单刀双掷开关一个 单刀单掷开关一个及导线若干 考虑到干电池的内阻较小 电流表的内阻不能忽略 1 该同学按图7 5 8连线 通过控制开关状态 测得电流表内阻约为0 20 试分析该测量产生误差的原因是 2 简要写出利用图7 5 8所示电路测定电源的电动势和内阻的实验步骤 3 图7 5 9是由实验数据绘出的 1 i r图象 由此求出待测干电池组的电动势e v 内阻r 计算结果保留三位有效数字 热点三实验拓展创新 图7 5 8 图7 5 9 开关s接c时 电路中的总电阻减小 电路中的总电流变大 打开k 把电阻箱阻值调到最大 s接在d上 减小电阻箱r的阻值 读出几组电阻箱r与电流表的读数i的值 2 86 2 38 解析 1 利用题中给出的电路图测电流表的内阻 先把s断开 k接通 调节滑动变阻器的阻值 使电流表满偏 然后s接c 调节电阻箱阻值 使电流表半偏 此时电阻箱的读数等于电流表的内阻 但s接c时 电路中的总电阻减小 总电流变大 产生系统误差 2 利用题中电路图可得出实验步骤 3 根据闭合电路欧姆定律有得 可见在图象中 图线的斜率k等于 由题图7 5 9得 所以e v 2 86v由和图7 5 9知当r 6 0 时 3 0a 1即3 0 而ra 0 2 得r 2 38 名师支招 本题是一道设计型实验题 近几年高考中电学实验较多 几乎年年都考 试题灵活 考查范围广 在注重素质教育 注重能力考查的趋势下 更应重视电学实验的研究 并通过研究性学习 培养学生自主设计实验能力和多角度探索实验结论的能力 3 如图7 5 10所示为一种测量电源电动势的电路原理图 e为供电电源 es为标准电源 ex为待测电源 rp是限流电阻 r0是电流表的保护电阻 ab是均匀电阻丝 长度为l 闭