【名师点金】2013届高考物理一轮复习课件第4讲实验：测定电源的电动势和内阻 练习使用多用电表.ppt

1、第4讲 实验：测定电源的电动势和内阻 练习使用多用电表,知识建构,技能建构,一、实验目的,1.用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻.,2.进一步理解闭合电路欧姆定律.,3.掌握用图象法求电动势和内阻的方法.,二、实验原理,知识建构,技能建构,1.实验依据:闭合电路欧姆定律.,知识建构,技能建构,3.E和r的求解:由U=E-Ir,得:,解得:.,2.实验电路:如图所示.,知识建构,技能建构,4.作图法数据处理:如图所示.,知识建构,技能建构,(2)图线与横轴交点I短=.,(1)图线与纵轴交点为E.,知识建构,技能建构,(3)图线的斜率表示r=.,注意:图线斜率的绝对值为电源内阻r的大小;当I=

2、0时,U=E,即图线与纵轴的交点纵坐标值;当U=0时,I为短路电流,即图线与横轴交点的横坐标值.但需要注意的是,有时纵坐标的起点不是零,此时图线与纵轴的交点坐标不是短路电流,图线斜率的绝对值仍是电源内阻值,与纵轴的交点坐标仍为电源电动势.,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.,知识建构,技能建构,1.电流表用0.6 A量程,电压表用3 V量程,按实验电路图连接好电路.,四、实验步骤,2.把变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端.,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).用同样方法测量几组I、U值,填入表格中.,知识

3、建构,技能建构,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,数据满足的关系式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.,知识建构,技能建构,方法二以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立U-I坐标系,在坐标平面内描出各组(U,I)值所对应的点,然后尽量多地通过这些点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧,则直线与纵轴交点的纵坐标即是电

4、池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线的斜率大小即为电池的内阻r.即r=|.,知识建构,技能建构,1.由读数误差和电表线性不良引起误差.,六、误差分析,知识建构,技能建构,3.本实验采用的如图所示的测量电路是存在系统误差的,这是由于电压表的分流IV引起的,使电流表的示数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趋近于零时IV也趋近于零.所以 此种情况下图线与横轴的交点为真实的短路电流,而图线与纵轴的交点为电动势的测量值,比真实值偏小.修正后的图线如图所示, E、r的测量值都比真实值偏小.理论计算表明:r测=r真、E测= RVE真.,2.用图象法求E和r

5、时,由于作图不准确造成的误差.,知识建构,技能建构,4.若采用如图甲所示电路,电流是准确的,当I很小时,电压表的分流很小,但随着电压的增大,电流I增大,电流表的分压作用也逐渐增大,此种情况如图乙所示.理论计算表明:E测=E真、r测=r真+RAr真.,知识建构,技能建构,1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻应选的大些(选用已使用过一段时间的干电池).,七、注意事项,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极化现象严重,使得E和r明显变化.,知识建构,技能建构,4.在画U-I图线时,要使尽可能多的点落在这条直线,上,不在直线上的点应对称分

6、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.,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和第4组为一组,第2和第5组为一组,第3和第6组为一组,分别解出E、r值再求平均.,知识建构,技能建构,5.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图甲所示的状况,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),如图乙所示,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.要在直线上任取

7、两个相距较远的点,用r=|计算出电池的内 阻r.,知识建构,技能建构,八、实验改进,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,因此给实验带来了系统误差,以下为两种有针对性的改进措施.,知识建构,技能建构,1.可以引入辅助电源,利用辅助回路和测量回路的电流相等,则灵敏电流计G中无电流这一特点,如图所示.,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.,知识建构,技能建构,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电流IV,那么通过电源的电流就为IE=I

8、A+IV,就可以消除由于电压表的分流而带来的误差.,知识建构,技能建构,一、实验器材的选用和实验数据的处理,知识建构,技能建构,例1用电流表和电压表测一节干电池的电动势和内阻(电动势 约为1.5 V,内阻为1 以下).除给出的电池、导线和开关外,还有以下器材可供选择:,A.直流电流表(00.6 A3 A),B.直流电流表(量程为5 A),C.直流电压表(03 V15 V),D.直流电压表(量程为2 V),E.滑动变阻器(阻值范围为020 ,额定电流为2 A),F.滑动变阻器(阻值范围为01000 ,额定电流为0.1 A),知识建构,技能建构,(1)为了得到尽可能好的实验效果,实验中电流表应选,

9、电压表应选,滑动变阻器应选(均填器材前的字母序号).请你画出实验电路的原理图.,知识建构,技能建构,(2)实验中测得数据如下表所示,请在图甲中作出U-I图线.根据图线可知:电池的电动势E=V,内阻r=.,甲,知识建构,技能建构,(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较大的数值.则选用第组和第组数据,求出的E和r误差最大.,【名师点金】(1)若仅考虑系统误差,采用如图乙所示的电路测E和r,其测量值均偏小.若采用电压表接在滑动变阻器两端的测量电路,虽然E测精确,但r测=r0+RA误差过大,因此不宜采用.,知识建构,

10、技能建构,(2)因电压表的示数为1.05 V1.37 V,所以纵坐标不要从零开始.计算内阻时,r= =0.70 ,但很容易错解为r= =2.27 .,【规范全解】(1)此题是用伏安法测电池的电动势E和内阻r,所采用的电路如图乙所示.,知识建构,技能建构,(2)描点作图如图丙所示,图线是一条倾斜直线.其中第4组读数对应点的偶然误差过大,作直线时应剔除.同时为使直线布列合理,使纵坐标从1.00 V开始记刻度.由图象得:E=1.45 V(0.02 V),r=0.70 (0.03 ).,知识建构,技能建构,(3)利用两组数据解方程组E=U1+I1r和E=U2+I2r求得E、r,就等效于在坐标系中选用(

11、U1、I1)、(U2、I2)作U-I图象求得E、r.故知选用第3组和第4组数据解出的E、r误差最大.,【答案】(1)ADE电路图如图乙所示,(2)U-I图线如图丙所示1.45(0.02),0.70(0.03)(3)34,知识建构,技能建构,1.因为实验电流一般要小于短路电流的一半(新电池要小于短路电流的),故用图象法处理数据时,坐标原点一般不取(0,0)点.,方法概述,2.作图象时,明显离散的点要作为错误数据舍弃.,知识建构,技能建构,3.图象与U轴的截距为E,斜率的绝对值为内阻,即r=|.,二、其他测电动势的方法,知识建构,技能建构,例2A同学设计了如图甲所示的电路测电源电动势E及电阻R1

12、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1.5 V,内阻很大),电阻箱R(099.99 ),单刀单 掷开关S1,单刀双掷开关S2及导线若干.,知识建构,技能建构,(1)先测电阻R1的阻值.请将A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=.,知识建构,技能建构,(2)A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

13、表示数U,由测得的数据绘出如图乙所示的-图象,则电源电动势E=V,电阻R2=.,知识建构,技能建构,(3)利用A同学设计的电路和测得的电阻R1,B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,由测得的数据绘出相应的-图象,根据图象得到电源电动势E和电阻R2.这种做法与甲同 学的做法相比较,由于电压表测得的数据范围(填“较大”、“较小”或“相同”),所以同学的做法更恰当些.,【名师点金】(1)根据两次电压表的示数U1、U2,U2-U1即为R1上的电压,故R1=r.,知识建构,技能建构,(2)先求出图线的函数表达式,

14、再讨论截距及斜率的含义,即可求出电动势E及R2.,知识建构,技能建构,(3)B同学的做法中,电压表示数U=E-IR2,A同学的做法中,U=E-I(R1+R2),调节R相同的情况下,I变化相同,故B同学做法电压表测得的数据范围小.,【规范全解】(1)电压表可当做理想电表,S2接a、b不影响R、R1上的总电压,故有:,=,可得:R1=r.,知识建构,技能建构,(2)当S2接a时,有:,E=U+(R1+R2),可得:=+,由此可知电源的电动势为-图象中图线截距的倒数,R2=kE-R1(其中k为图线的斜率),可得:E= V,R2=1.2 .,知识建构,技能建构,(3)当S2接b时,有:E=U+R2,可

15、得:=+,相当于图线的斜率变小,实验可测得U的范围变 小,所以A同学的做法更恰当.,【答案】(1)将S2切换到br,(2)1.2(3)较小A,知识建构,技能建构,方法概述,知识建构,技能建构,2.用一个电压表和电阻箱测量E和r,电路如图乙所示.测量原理为:E=U1+r,E=U2+r,由此可求出r和E.此种方法测得的电动势和内阻均 偏小.,乙,知识建构,技能建构,3.用一只电压表粗测电动势,直接将电压表接在电源两端,所测值近似认为是电源的电动势.此时U= E,需满足RVr.,知识建构,技能建构,4.用两个电压表可测得电源的电动势,电路如图丙所示.测量方法为:断开S,测得 、的示数分别为U1、U2

16、,此时,E=U1+U2+r,RV为 的内阻;再闭合S,的示数为U1,此时E=U1+r,解方程组可求得 E.,知识建构,技能建构,一、实验目的,(二)练习使用多用电表,1.了解多用电表的构造和原理,掌握多用电表的使用方法.,2.会使用多用电表测电压、电流及电阻.,3.会用多用电表探索黑箱中的电学元件.,二、实验原理,1.表盘,多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等,并且每一种测量都有几个量程.外形如图所示:上半部为表头,表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度;下半部为选择开关,它的四周刻有各种测量项目和量程.另外,还有欧姆表的调零旋钮、机械调零旋钮和测试笔的插孔.,知识建构,技能建构,2.欧姆

17、表测电阻的原理闭合电路欧姆定律,知识建构,技能建构,(1)构造:如图所示,欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红黑表笔组成.,内部构造:电流表、电池、调零电阻串联.,外部:接被测电阻.,(2)工作原理:闭合电路欧姆定律I= .,知识建构,技能建构,(3)刻度的标定:红黑表笔短接(待测电阻为零)时,进行欧姆调零,指针满偏,根据闭合电路欧姆定律有I=Ig=,此过程称为欧姆调零.,当红黑表笔之间接有未知电阻Rx时,有I=,故每一个未知电阻都对应一个电流值I.我们在刻度盘上直接算出I对应的Rx的值,所测电阻Rx即可从表盘上直接读出.由于I与R的非线性关系,表盘上电流刻度是均匀的,其对应的电阻刻度却是不

18、均匀的,电阻的零刻度在电流满偏处.当Rx=Rg+R+r时,I=,指针半偏,所以欧姆表的内阻 等于中值电阻.,知识建构,技能建构,3.内部结构:多用电表是由一个小量程的电流表与若干元件组成的,每进行一种测量时,只使用其中一部分电路,其他部分不起作用.,将多用电表的选择开关旋转到电流挡,多用电表内的电流表电路就被接通;选择开关旋转到电压挡或电阻挡,表内的电压表电路或欧姆表电路就被接通.,三、实验器材,多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小电珠、二极管、定值电阻(大、中、小)三个.,知识建构,技能建构,1.观察多用电表的外形,认识选择开关的测量项目及量程.,四、实验步骤,2.检查多用电表的

19、指针是否停在表盘刻度左端的零位置.若不指零,则可用小螺丝刀进行机械调零.,3.将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔.,知识建构,技能建构,4.如图甲所示连好电路,将多用电表选择开关置于直流电压挡,测小电珠两端的电压.,甲乙,知识建构,技能建构,6.利用多用电表的欧姆挡测三个定值电阻的阻值,比较测量值和真实值的误差.,5.如图乙所示连好电路,将选择开关置于直流电流挡,测量通过小电珠的电流.,7.研究二极管的单向导电性,利用多用电表的欧姆挡测二极管两个引线间的电阻,确定正负极.,8.探索黑箱内的电学元件.,知识建构,技能建构,知识建构,技能建构,1.测电阻时,电阻值等于表针的示数与倍率的乘积.,

20、五、数据处理,知识建构,技能建构,2.若表针指在两个相邻刻度的中央,如果测电流或电压时,估读数是最小分度的;若测电阻时,估读数要小于最小分度的.,六、误差分析,1.测电阻时,刻度线不均匀造成读数误差.,2.电池旧了电动势下降,会使电阻测量值偏大.,3.测电阻读数时,忘记乘以相应倍率.,知识建构,技能建构,1.使用多用电表“十三忌”,七、注意事项,(1)忌不调零就使用多用电表.,知识建构,技能建构,(3)忌搞反直流电流方向,直流电要从正极测试笔插孔流入,从负极测试笔插孔流出.,(2)忌搞错连接方式,测电压需并联,测电流需串联.,(4)忌用手接触测试笔的金属杆,特别在测电阻时,更应注意不要用手接触

21、测试笔的金属杆.,(5)忌用直流电流挡位测交流电.,知识建构,技能建构,(7)忌不进行欧姆表调零,就用多用电表测电阻值.,(6)忌用多用电表测不是50 Hz的交流电,普通多用电表的交流电流挡位是按照50 Hz设计的,不能准确测量其他频率的交流电.,(8)忌只看读数不乘倍率.,(9)改换欧姆挡量程后,忌不重新调零.,(10)忌把电池装反.,知识建构,技能建构,(12)忌把电池装在多用电表内长期不用.,(11)忌把电阻同其他电路联在一起进行测量.,(13)多用电表不用时,忌选择开关置于欧姆挡.,3.用多用电表测电流和电压时,要先选择量程再进行测量,且不要把量程当成倍率.,2.用多用电表测黑箱时,一

22、定要先用电压挡判断其内有无电源,确定无电源后才能使用欧姆挡测量.,知识建构,技能建构,一、多用电表的使用,知识建构,技能建构,例1某同学利用多用电表测量二极管的反向电阻.完成下列测 量步骤:,(1)检查多用电表的机械零点.,(2)将红、黑表笔分别插入正、负表笔插孔,将选择开关拨至电阻测量挡适当的量程处.,(3)将红、黑表笔,进行欧姆调零.,知识建构,技能建构,(5)为了得到准确的测量结果,应让电表指针尽量指向表盘(填“左侧”、“右侧”或“中央”);否则,在可能的条件下,应重新选择量程,并重复步骤(3)、(4).,(4)测反向电阻时,将表笔接二极管正极,将表笔接二极管负极,读出电表示数.,知识建

23、构,技能建构,(6)测量完成后,将选择开关拨向位置.,【名师点金】使用多用电表欧姆挡测量电阻时,应按照以下流程:,知识建构,技能建构,【规范全解】首先要机械调零,在选择量程后还要进行欧姆调零而且每一次换量程都要重复这样的过程.将红、黑表笔短接,即为欧姆调零.测量二极管的反向电阻时应将红表笔接二极管的正极,黑表笔接负极.欧姆表表盘的刻度线分布不均匀,在中央的刻度线比较均匀,所以尽量让指针指向表盘的中央.测量完成后应将开关打到OFF挡.,【答案】(3)短接(4)红黑(5)中央(6)OFF,方法概述,电路故障的分析方法,电路故障一般是短路或断路,常见的情况有:导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、变阻器内部

24、断路、接触不良等现象,检查故障的基本方法有两种.,知识建构,技能建构,(1)电压表检测方法,如果电压表示数为0,说明电压表上无电流通过,则可能在并联路段之外有断路,或并联路段内有短路.,如果电压表有示数,说明电压表上有电流通过,则在并联路段之外无断路,或并联路段内无短路.,知识建构,技能建构,(2)用多用电表的欧姆挡检测,要对检测的电路切断电源,逐一使元件脱离原电路(或对某段电路检测)后测量是通路还是断路便可找到故障所在.,二、多用表读数,知识建构,技能建构,例2下图为一正在测量中的多用电表表盘.,知识建构,技能建构,(2)如果是用直流10 mA挡测量电流,则读数为mA.,(1)如果是用10

25、挡测量电阻,则读数为.,(3)如果是用直流5 V挡测量电压,则读数为V.,知识建构,技能建构,【名师点金】多用电表的读数技巧:测电阻时(欧姆挡)读数:除非指针指在刻度盘处每个小格表示1 时,要估读到下一位,其余情况都不用估读,电阻值等于指针示数与所选倍率的乘积;,测电压、电流时的读数,要注意其量程,根据量程确定精确度,精度是1、0.1、0.01时要估读到下一位,精确度是2、0.02、5、0.5等时,不用估读到下一位(如精度为0.n采用估读).,知识建构,技能建构,【规范全解】本题考查的是多用电表的使用.欧姆表读数要用刻度乘以挡位倍率,即610 =60 ;,用10 mA挡测量电流,每格刻度为0.

26、2 mA,读数为7.1 mA;,用5 V挡测电压,每格刻度为0.1 V,读数为3 V+5.10.1 V=3.51 V.,【答案】(1)60(2)7.1(3)3.51,知识建构,技能建构,高考真题1(2011年高考全国理综卷)使用多用电表测量电阻时,多用电表内部的电路可以等效为一个直流电源(一般为电池)、一个电阻和一表头相串联,两个表笔分别位于此串联电路的两端.现需要测量多用电表内电池的电动势,给定的器材有:待测多用电表,量程为60 mA的电流表,电阻箱,导线若干.实验时,将多用电表调至1 挡,调好零点;电阻箱置于适当数值.完成下列填空:,知识建构,技能建构,(1)仪器连线如图甲所示(a和b是多

27、用电表的两个表笔).若两电表均正常工作,则表笔a为 (填“红”或“黑”)色.,知识建构,技能建构,(2)若适当调节电阻箱后,图甲中多用电表、电流表与电阻箱的示数分别如图乙、丙、丁所示,则多用电表的读数为 .电流表的读数为 mA,电阻箱的读数为 .,乙,知识建构,技能建构,丙丁,知识建构,技能建构,(4)计算得到多用电表内电池的电动势为 V.(保留3位有效数字),【命题分析】(1)本题考查多用电表的原理及内部结构、电表的读数和用闭合电路欧姆定律测电源电动势.,(3)将图甲中多用电表的两表笔短接,此时流过多用电表的电流为 mA;(保留3位有效数字),知识建构,技能建构,【规范全解】(1)多用电表的

28、黑表笔与内部电源的正极相连.要使电流从电流表的正接线柱流入,a必须是黑表笔.,【解析提示】掌握多用电表测电阻时的表内正负极,与测电流、电压时的正负极.,(2)多用电表的挡位为1 挡,因此读数为14 ,电流表的读数为53.0 mA,电阻箱的读数为4.6 .,知识建构,技能建构,(3)(4)电源电动势E=I(R+r)=0.0530(15+14) V=1.54 V,题图甲中多用电表短接,流过多用电表的电流I0= A=0.103 A=103 mA.,【答案】(1)黑,(2)14.053.04.6,(3)103,(4)1.54,知识建构,技能建构,考向预测1为了测量某电池的电动势 E(约为3 V)和内阻

29、 r,可供选择的器材如下:,A.电流表(2 mA100 ),B.电流表(1 mA内阻未知),C.电阻箱R1(0999.9 ),D.电阻箱R2(09999 ),E.滑动变阻器R3(010 1 A),F.滑动变阻器R4(01000 10 mA),G.定值电阻R0(800 0.1 A),H.待测电池,I.导线、开关若干,知识建构,技能建构,(1)采用如图甲所示的电路,测定电流表的内阻,得到电流表的 示数I1、电流表的示数I2如下表所示:,知识建构,技能建构,知识建构,技能建构,【解析】(1)在坐标系中描点,连线得到I1I2图线如图戊所示.电流表、两端电压相等 I1r1=I2r2,解得:r2=100 =200 .,戊,知识建构,技能建构,(2)在给定的器材中,图中滑动变阻器起到调节回路电流改变外电压的作用,根据安全原则和方便原则,选用电阻R3;电阻箱起到分压作用,相当于将改装为电压表.,R=-r2=-200 =2800 ,所以应该选用R2.,知识建构,技能