第二章 特别策划(二) 实验：测量电源的电动势和内阻.ppt

特别策划 二 实验 测量电源的电动势和内阻 1 利用电流表和电压表测电池的电动势和内阻所依据的公式是 需要测量的物理量有 E U Ir U I 2 用作图法求电池的电动势和内阻 作U I图象时 在坐标图上以 为横坐标 以 为纵坐标 作出图象后 把这条直线用虚线延长 这条直线与纵轴交点的物理意义是 与横轴交点的物理意义是 直线的斜率的物理意义是 由此可以看出 用图象法处理实验数据的优点是 但要求在测量数据准确的基础上 作图象时必须严格认真 且使大多数的点在这一直线上 不在这一直线上的点大致均匀地分布在直线的两侧 才能从图象中找出正确的结论和准确的答案 I U 电源电动势E 短路电流I 斜率的大小等于电源内阻 减小实验中的偶然误差 3 下图给出了测定一节干电池的电动势和内阻的实验电路图 由于一般电池的内阻较小 比电压表的内阻小得多 与电流表的内阻相差不多 所以为使测量结果比较准确 应选用下列 哪种电路 解析 图A的测量结果里 内阻包含电流表的内阻 误差太大 不合适 图C是伏安法测电阻Rx 图D是测量小灯泡的电阻的 故只有B合适 答案 B 测量电源的电动势和内阻 实验目的 1 进一步熟练电压表 电流表 滑动变阻器的使用 2 学会用伏安法测电池的电动势和内阻 3 学会利用图象处理实验数据 实验器材 待测电池 电流表 0 0 6A 电压表 0 3V 滑动变阻 器 开关 导线若干 实验步骤 1 确定电流表 电压表的量程 按电路图把器材连接好 2 将滑动变阻器的滑片移到一端 使接入电路部分的电阻 值最大 3 闭合开关 调节滑动变阻器 使电流表有明显读数 记 录一组电流表和电压表的读数 4 用同样方法 再次测量并记录几组U I值 5 断开开关 整理好器材 6 根据测量的数据描绘U I图线 所得图线的延长线与U轴交点即为电源的电动势E 图 线斜率的绝对值即为电池的内阻r 图T2 2 E U1 I1rE U2 I2r 误差分析 造成误差的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 作图不准确也会造成偶然误差 采用图T2 4电路时有E测 E真 r测 r真 U I图象如图T2 5所示 图T2 4 图T2 5 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 选 用已使用过一段时间的1号干电池或水果电池 2 由于干电池在大电流放电时极化现象严重 电动势会明显下降 内阻r会明显增大 故实验中不能将电流调得过大 长时间放电不宜超过0 3A 短时间放电不宜超过0 5A 且读数要快 读完后立即切断电源 水果电池的内阻变化也比较明显 测量前应做好充分准备 测量尽量迅速 在内阻发生较大变化之前结束测量 U I 求出 横坐标必须从零开始 3 实验中U取值不能太小 一般不得小于1V 测得的U I值不少于5组 且变化范围要大一些 解方程组求解E r值时 取1 4组 2 5组 3 6组求解后 求平均值 4 纵坐标可不从零开始 如图T2 6所示 计算内阻时 要在直线上取两较远点 用r 图T2 6 要点1实验器材选取和电路设计 例1 测量电源的电动势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V 量程0 5A的电流表A 有一定的内阻 固定电阻R 4 滑动变阻器R 开关S 导线若干 请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 解析 实验中 由于电流表具有一定的未知阻值的电阻 所以应将电流表内接 电路中最大电流即电流表A的量程为0 5A 电源内电压最大值约为0 5 1 5V 0 75V 路端电压最小值为 4 5V 0 75V 3 75V 而电压表量程为3V 因此需将电阻R置于测量电路外 这样并联电路的最小电压U 4 5V 0 5 1 5 4 V 1 75V 小于电压表的量程 所以实验原理如图T2 7所示 答案 如图T2 7所示 图T2 7 总结 本题中测电源的电动势和内阻时 电压表 电流表各有一个 且量程固定 但电压表量程较小 不可直接连在电源两端 此时可利用固定电阻与电源串联 固定电阻起到一定的分压作用 触类旁通 1 用图T2 8的电路测定一节蓄电池的电动势和内阻 因蓄电池内阻非常小 为防止调节滑动变阻器时造成短路 电路中用了一个保护电阻R0 除蓄电池 开关 导线外 可供使用的实验器材还有 图T2 8 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0 200 额定电流1A 1 电流表选 挡 电压表选 挡 2 定值电阻选 滑动变阻器选 解析 先由电源的电动势E 2 0V 一节蓄电池的电动势 分析 电压表的量程应选3V挡 若选15V挡则不便读数 定值电阻只有两个 若选用R0 10 的电阻 则线路上的电流最大为0 2A 但电流表的最小量程为0 6A 读数也不准确 故应选R0 1 的定值电阻 滑动变阻器接入电路后 改变其阻值时 应使线路中电流有明显的改变 若阻值过大 反而不利于调节 故选用最大阻值R 10 的变阻器 由于定值电阻R0与滑动变阻器R已选 则可知电流表选量程为0 6A挡 答案 1 0 0 6A 0 3V 2 CE U I 流 内阻r 当然 电源内阻也可以用r 要点2实验原理及数据处理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 EI短 求 例2 用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r 所用的电路如图T2 9所示 一位同学测得的6组数据如下表所示 图T2 9 1 试根据这些数据在图T2 10中作出U I图线 图T2 10 2 根据图线得出电池的电动势E V 电池的内 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 的坐标 0 65 1 0 连同得出的E值代入E U Ir中 得r E UI 0 71 解析 2 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 46V 再读出直线与横轴的交点 3 选用第3组和第4组数据求得的E和r误差最大 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 答案 1 如图T2 11所示 2 1 460 71 3 34 图T2 11 触类旁通 2 某同学采用如图T2 12所示的电路测定电源的电动势和内电阻 已知干电池的电动势约为1 5V 内阻约为1 电压表 量程0 3V 内阻3k 电流表 量程0 0 6A 内阻1 0 滑动变阻器有R1 最大阻值10 额定电流2A 和R2 最大阻值100 额定电流0 1A 各一只 图T2 12 1 实验中滑动变阻器应选用 填 R1 或 R2 2 在实验中测得多组电压和电流值 得到如图T2 13所示的电压与电流关系图线 根据图线求出的电源电动势E V 内阻r 图T2 13 解析 1 选择阻值小的 方便调节 故选R1 2 图线的截距就是电动势 斜率就是内阻 注意纵轴U的变化是从0 8开始的 答案 1 R1 2 1 460 92 要点3实物图连线 实物图连接是一类考查学生实验技能和操作能力较为有效的题型 连线前一定要画出实验电路图 然后按图连线 且必须注意以下几点 1 连线不能交叉 2 必须把线接在接线柱上 3 电流应从电表正接线柱流入 从负接线柱流出 4 变阻器应处在有效控制状态 在实际操作中 画电路图时 各元件的相对位置应尽量与实物图相吻合 连实物图时 应先串后并 先连控制电路后连测量电路 要特别注意变阻器的分压连接 把变阻器的全电阻 开关 电源连成干路 让变阻器的部分电阻与测量电路并联即可 例3 测量电池的电动势E及内阻r E约为6V r约为1 5 器材 量程3V的理想电压表V 量程0 6A的电流表A 具有一定内阻 固定电阻R 8 5 滑动变阻器R 0 10 开关S 导线若干 1 在下面的虚框中画出实验电路原理图 图中各元件需用题目中所给出的符号或字母标出 2 用笔画线代替导线在图T2 14 中完成实物连线 图T2 14 解析 本题考查实验原理和实验图的连接 及处理实验数 据的能力 答案 1 2 如图T2 15甲 乙所示 图T2 15 触类旁通 3 测一待测电源的电动势及内阻 所给的实验器材有 待测电源E 定值电阻R1 阻值未知 电压表V 量程为3 0V 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 某同学连接了一个如图T2 16所示的电路 她接下来 的操作是 图T2 16 将S2接到a 闭合S1 拨动电阻箱旋钮 使各旋钮盘的刻度处于如图T2 17甲所示的位置 记录下对应的电压表示数为2 20V 然后断开S1 保持电阻箱示数不变 将S2切换到b 闭合S1 此时电 压表的读数如图乙所示 然后断开S1 请你解答下列