《高考物理一轮 实验三：测定电源的电动势和内阻突破 鲁科.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮 实验三：测定电源的电动势和内阻突破 鲁科.ppt（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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 I1r可求出E rU2 E I2r 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 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 三 实验器
2、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 实验 三 测定电源的电动势和内阻 四 实验步骤1 连接电路 如图所示 电流表取0 6A量程 电压表取3V量程 移动触头位置 使开关刚闭合时 连入电路中的有效阻值最大 2 测几组 I U 值 闭合开关 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 断开开关 用同样方法 多次移动变阻器触头位置 记录多组 I U 值 然后填入表格中 3 断开开关 拆除电路 整理好器材 本实验一般利用作出U I图线的方法处理实验数据1 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
3、坐标可以不从零开始计数 2 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 如图所示 3 测算电动势和内阻 1 图线与纵轴交点为E 2 图线与横轴交点为I短 E r 3 图线的斜率的绝对值表示r U I 五 数据处理 六 注意事项1 为了使电池的路端电压变化明显 电池的内阻应选的大些 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 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
4、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 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 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 要在直线上任取两个相距较远的点 用r U I 计算出电池的内阻r 七
5、误差分析1 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 2 由于接线不紧 易造成接触电阻 使内阻测量值偏大 3 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 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 用图所示的电路 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
6、 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
7、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 3 0 6 1 0 10 电压表的分流 考点1实验原理的考查 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
8、 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 1 45 0 70 3 4 考点2实验数据的处理 解析 1 图线如图所示E 1 45V r
9、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 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
10、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 2 图甲是利用两个电流表和测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图 图中S为开关 R为滑动变阻器 固定电阻R1和内阻之和为10000 比r和滑动变阻器的总电阻都大得多 为理想电流表 1 按电路原理图在图乙虚线框内各实物图之间画出连线 甲 乙 2 在闭合开关S前 将滑动变阻器的滑动端c移动至 填 a端 中央 或 b端 3 闭合开关
11、S 移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置 读出电流表和的示数I1和I2 多次改变滑动端c的位置 得到的数据为在如图所示的坐标纸上以I1为纵坐标 I2为横坐标画出所对应的I1 I2曲线 4 利用所得曲线求得电源的电动势E V 内阻r 保留两位小数 5 该电路中电源输出的短路电流Im A 答案 1 连线如图甲所示 2 b端 3 如图乙所示 4 1 49 1 48 1 50范围内同样给分 0 60 0 55 0 65范围内同样给分 5 2 5 2 3 2 7范围内同样给分 图甲 图乙 考点3实验拓展创新 例3 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
12、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 3 根据实验数据描点 绘出的1 U R图象是一条直线 若直线的斜率为k 在1 U坐标轴上的截距为b 则该电源的电动势E 内阻r 用k b和R0表示 解析 1 实验时 应使电路中的电阻阻值最大 所以应先将电阻箱的电阻调到最大 2 方案1中R的阻值与R0相差较大 则R0两端的电压过小 电压表的示数过小 不能准确测量R0两端的电压 所以方案1不合理 方案2中R的阻值与R0相差较小 R
13、0两端的电压较大 电压表的示数较大 所以方案2比较合理 3 根据闭合电路欧姆定律有E U R0 R0 R r 1 U 1 ER0 R R0 r ER0 由k 1 ER0 得E 1 kR0 由b R0 r ER0 得r b k R0 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 2010年高考广东理综 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 实验原理图如图 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 计算结果保留二位有效数字 4 由于所用电压表不是理想电压表 所以测得的电动势值比实际值偏 填 大 或 小 20 闭合 0 69 小
