高考物理复习 高效学习方略 实验9 测定电源的电动势和内阻课件.ppt

一 实验目的1 掌握伏安法测定电源的电动势和内阻的方法2 掌握用图象法求电动势和内阻 二 实验原理1 实验依据 闭合电路欧姆定律 2 实验电路 如图所示 4 作图法数据处理 如图所示 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 铅笔等 四 实验步骤1 电流表用0 6a量程 电压表用3v量程 按实验电路图连接好电路 2 把滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值最大的一端 3 闭合开关 调节变阻器 使电流表有明显示数并记录一组数据 i1 u1 用同样的方法测量几组i u值 填入表格 4 断开开关 拆除电路 整理好器材 五 数据处理本实验中数据的处理方法 一是联立方程求解的公式法 二是描点画图法 方法一 取六组对应的u i数据 数据满足关系式u1 e i1r u2 e i2r u3 e i3r 让第1式和第4式联立方程 第2式和第5式联立方程 第3式和第6式联立方程 这样解得三组e r 取其平均值作为电池的电动势e和内阻r的大小 六 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 可选用已使用过一段时间的干电池 2 实验中电流不宜过大 每次读完u和i的数据后应立即断开电源 3 测量数据不少于6组 且变化范围要大些 4 在画u i图线时 要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧 个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑 5 若电压变化范围较小 作图线时 纵轴的刻度可不从零开始 此时要注意e和r的确定 七 误差分析1 偶然误差 1 由读数不准和电表线性不良引起误差 2 用图象法求e和r时 由于作图不准确造成的误差 3 测量过程中通电时间过长或电流过大 都会引起e r变化 甲乙 2 若采用如图丙所示电路 电流表的示数与通过电源的电流相等 即是准确的 当i很小时 电流表的分压很小 但随电压的增大 电流i增大 电流表的分压作用也逐渐增大 此种情况的u i图线如图丁所示 所以e测 e真 r测 r真 八 实验创新1 用一个电流表和电阻箱测量 电路如图甲所示 测量原理为 e i1 r1 r e i2 r2 r 由此可求出e和r 此种方法测得的电动势无偏差 但内阻偏大 甲 乙 3 由于在测量电路中 电压表的分流作用和电流表的分压作用 给实验带来了系统误差 以下为两种有针对性的改进措施 1 实验时可以引入辅助电源 如图丙所示 e 为辅助电源 利用当辅助回路和测量回路的电流相等时灵敏电流计g中无电流这一特点 在测量电路中没有电流表的情况下 仍能测得其回路中的电流 从而消除由于电流表的内阻带来的误差 丙 2 在实验中由于电压表的分流 从而使电流表的示数小于流过电源的电流 而给测量带来误差 可以将电压表的内阻测出 进而求出电压表的分流iv 那么通过电源的电流就为ie ia iv 就可以消除由于电压表的分流而带来的误差 要点一对实验的理解与应用 例1 2010 广东理综 某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻 使用的器材还包括定值电阻 r0 5 一个 开关两个 导线若干 实验原理如图 a 1 在图 b 的实物图中 已正确连接了部分电路 请完成余下电路的连接 2 请完成下列主要实验步骤 a 检查并调节电压表指针指零 调节电阻箱 示数如图 c 所示 读得电阻值是 b 将开关s1闭合 开关s2断开 电压表的示数是1 49v c 将开关s2 电压表的示数是1 16v 断开开关s1 3 使用测得的数据 计算出干电池的内阻是 计算结果保留两位有效数字 4 由于所用电压表不是理想电压表 所以测得的电动势比实际值偏 填 大 或 小 解析 1 连线如图所示 要点二实验方案与注意事项 例2 2010 江苏单科 在测量电源的电动势和内阻的实验中 由于所用电压表 视为理想电压表 的量程较小 某同学设计了如图所示的实物电路 1 实验时 应先将电阻箱的电阻调到 选填 最大值 最小值 或 任意值 2 改变电阻箱的阻值r 分别测出阻值r0 10 的定值电阻两端的电压u 下列两组r的取值方案中 比较合理的方案是 选填 1 或 2 1 2011 威海模拟 在用伏安法测电池的电动势和内电阻的实验中 下列注意事项中错误的是 a 应选用旧的干电池作为被测电源 以使电压表示数变化比较明显 b 应选用内阻较小的电压表和电流表c 移动电阻器的触头时 不能使滑动变阻器短路造成电流表过载d 根据实验记录的数据作u i图象时 应通过尽可能多的点画一条直线 并使不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧 解析b为了减小测量误差 选项a正确 为了减小偶然误差 选项d正确 为了安全的需要 选项c正确 电压表内阻应选阻值大的 对电流表的内阻没有特别要求 选项b错误 2 2011 珠海模拟 用如图甲所示电路测电池的电动势和内阻时 由于电压表的分流作用造成系统误差 图乙所示的u i图象中有两条直线ab和a b 其中一条是根据实测数据画出的图线 另一条是修正电压表分流所引起的误差后得到的图线 由图可知 a ab是根据实测数据画出的图线b a b是根据实测数据画出的图线c 路端电压u越大 通过电压表的电流越大d 由于电压表的分流作用 使电池电动势和内阻的测量值小于真实值 解析acd由图示电路可知 测量电压是真实的 测量电流比真实电流小 故在同一u i图线中 对应于同一u值 测量电流值比真实电流小 故图中ab是根据实测数据画出的图线 所以选项a d正确 选项b错误 由图可看出u越大 ab a b对应的电流偏差越大 选项c正确 3 在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中 备有下列器材 a 干电池 电动势e约1 5v 内阻r 1 5 b 电流计g 满偏电流3ma 内阻rg 10 c 电流表a 0 0 6a 内阻约为0 1 d 滑动变阻器r1 0 20 10a e 滑动变阻器r2 0 100 1a f 定值电阻r3 990 g 开关 导线若干 1 为了方便且能较准确地进行测量 其中应选用的滑动变阻器为 用序号字母表示 2 请画出利用本题提供的器材所设计的测量电池电动势和内阻的实验电路图 3 如图所示 为某同学根据正确的电路图作出的i1 i2图线 i1为电流计g的示数 i2为电流表a的示数 由该图线可得被测干电池的电动势e 内阻r 解析与典型的伏安法测电动势及内阻的实验相比 本题所提供的器材中缺少电压表 但可将电流计先改装成电压表再按伏安法测定 进一步定量分析可知 电流计g的满偏电流3ma 内阻rg 10 若将其与定值电阻r3 990 串联 就可改装成量程为3v的电压表 其读数为u 1000i1 此时滑动变阻器选用r2时 r2可利用阻值范围较小 利用阻值范围较大时电流表a指针偏角太小 所以滑动变阻器选r1 由i1 i2图线知 纵坐标i1乘以1000即可转换为u i2图线 由此可算出e 1 475v和r 0 75 答案 1 d 2 电路图如图所示 3 1 475v0 75 4 硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件 某同学用如图甲所示电路探究硅光电池的路端电压u与总电流i的关系 图中r0为已知定值电阻 电压表视为理想电压表 1 请根据图甲所示的电路原理图 用笔画线代替导线将图乙所示的实验器材连接成实验电路 2 若电压表v2的读数为u0 则i 3 实验一 用一定强度的光照射硅光电池 调节滑动变阻器 通过测量得到该电池的u i曲线a 见图丙 由此可知电池内阻 填 是 或 不是 常数 短路电流为 ma 电动势为 v 4 实验二 减小实验一中光的强度 重复实验 测得u i曲线b 见图丙 当滑动变阻器的电阻为某值时 若实验一中的路端电压为1 5v 则实验二中外电路中消耗的电功率为 mw 计算结果保留两位有效数字 解析 1 画实物图时要依据实验原理图 按照电流的流向从电源正极出发顺次连接 实物连线如图丁所示 4 实验一中的路端电压为u1 1 5v时 电路中电流为i1 0 21ma 连接a中的点 0 21ma 1 5v 和坐标原点 此直线为此时对应滑动变阻器阻值的外电路电阻的u i图线 和图线b的交点为实验二中的路端电压和电路电流 如图戊所示 电流和电压分别为i 97 a u 0 7v 则外电路消耗的电功率为p ui 0 068mw 5 小明要测定一电源的电动势e和内电阻r 实验器材有 一只dis电流传感器 可视为理想电流表 测得的电流用i表示 一只电阻箱 阻值用r表示 一只开关和导线若干 该同学设计了如图甲所示的电路进行实验和采集数据 1 小明设计该实验的原理表达式是 用e r i r表示 2 小明在闭合开关之前 应先将电阻箱阻值调至 选填 最大值 最小值 或 任意值 在实验过程中 将电阻箱调至图乙所示位置 则此时电阻箱接入电路的阻值为 6 某课题研究小组 收集了数码相机 手机等用旧了的各种类型的电池 及从废旧收音机上拆下的电阻 电容 电感线圈 现从这些材料中选取两个待测元件 一是电阻r0 约为2k 二是手机中常用的锂电池 电动势e标称值为3 7v 允许最大放电电流为100ma 在操作台上还准备了如下实验器材 a 电压表v 量程4v 电阻rv约为4 0k b 电流表a1 量程100ma 电阻ra1约为5 c 电流表a2 量程2ma 电阻ra2约为50 d 滑动变阻器r1 0 20 额定电流为1a e 电阻箱r2 0 999 9 最小分度值为0 1 f 开关s一只 导线若干 1 为了测定电阻r0的阻值 小组的一位成员 设计了如图甲所示的电路原理图并选取了相应的器材 电源用待测的锂电池 其电路设计或器材选取中有不妥之处 你认为应该怎样调整 甲 2 在实际操作过程中 发现滑动变阻器r1 电流表a1已损坏 请用余下的器材测量锂电池的电动势e和内阻r a 请你在