《高考物理一轮复习 8.3测定电源的电动势和内电阻同步课件（通用）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 8.3测定电源的电动势和内电阻同步课件（通用）（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲 测定电源的电动势和内电阻,一、实验目的 1掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方 法；进一步理解闭合电路欧姆定律 2掌握用图象法求电动势和内阻的方法,二、实验原理 1实验依据：闭合电路欧姆定律 2实验电路：如图实31所示,图实31,3E和r的求解：由UEIr 得： 解得,4作图法数据处理，如图实32所示： (1)图线与纵轴交点为电动势E. (2)图线与横轴交点为短路电流 I短 . (3)图线的斜率的大小表示内阻r | ,图实32,三、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,四、实验步骤 1电流表用0.6 A量程，电压表用3 V量程，按图
2、实31 所示连接好电路 2把滑动变阻器的滑片移动到使阻值最大的一端 3闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显示数并记 录一组数据(U1，I1)用同样方法测量几组I、U值填入 表格中 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,法一取六组对应的U、I数据，数据满足关系式U1EI1r、U2EI2r、U3EI3r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,法二以路端电压U为纵轴、干路电流I为横轴建立UI坐标系，在坐标平面内描出各组(U，
3、I)值所对应的点，然后尽量多地通过这些点作一条直线，使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| ,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，以免干电池在大电流放电时极化现象 严重，使得E和r发生明显变化,3测出不少于6组I和U的数据，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U、I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
4、组，分别解出E、r值再求平均,4在画UI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 据点将呈现如图实33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| |计算出电池的内阻r,图实33,七、误差分析 1由读数和电表线性不良引起
5、误差 2用图象法求E和r时，由于作图 不准确造成误差,3本实验采用图实31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IVU/RV，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实7 4所示，显然，E、r的测量值都比真实值偏小，r测r 真、E测E真,图实34,4若采用如图实35所示电路，电流是准确的， 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
6、情况的UI图线如图实36所示，所 以E测E真、r测r真,图实35,图实36,八、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，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，如图实 37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,图实37,2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IEI
7、AIV，就可以消除由于电压表的分流而带来 的误差,2009安徽高考)用图实 38所示电路，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0.6 A、3 A)； (b)电压表(量程3 V、15 V)； (c)定值电阻(阻值1 、额定功率5 W,图实38,d)定值电阻(阻值10 、额定功率10 W)； (e)滑动变阻器(阻值范围010 、额定电流2 A)； (f)滑动变阻器(阻值范围0100 、额定电流1 A) 那么： (1)要正确完成实验，电压表的量程应选择
8、_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_ _,解题指导由于一节干电池的电动势为1.5 V，故选量程为3 V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0.5 A左右，所以选量程为0.6 A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010 能很好地控制电路中的电流和电压，若取0100 会出现开始几乎不变最后突然变化的现象,系统误差一般是由测量工具和测量方法造成的，一般具有
9、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,答案(1)30.61010(2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小,某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 ，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig0.6 A，内阻rg0.1 )和若干导线 (1)请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图实39甲中器件的连接方式，画线把它们连接起来,图实39,2)接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，
10、并作记录当电阻箱的阻值R2.6 时，其对应的电流表的示数如图实39乙所示处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数 ；再制作R 坐标图，如图实310所示，图中已标注出了(R， )的几个与测量对应的坐标点请你将与图实39乙所示的实验数据对应的坐标点也标注在图实310上,图实310,3)在图实310上把描绘出的坐标点连成图线 (4)根据图实310描绘出的图线可得出这个电池的电动势E_V，内电阻r_,解题指导(1)先设计实验电路图，然后再根据电路图连线电路图如图实311所示，由欧姆定律EI(Rrrg)知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电源电动势和内阻因此，直接将电阻箱和电流表串联在电路中就
11、行,图实311,2)由电流表示数可读出此时电流为0.50 A，则坐标为(2,2.6)再在坐标纸上描出该点，如图实312所示,图实312,3)剔除明显有误差的点，过其他点作一条直线，如图实312所示 (4)由欧姆定律I 得R (rrg)，由此式可知，外电阻和电流的倒数呈线性关系将图实312中的直线延长，与纵坐标轴的交点值为(rrg)0.4，则电阻r为0.3 ，直线的斜率为k 1.5，即电源的电动势为1.5 V,答案(1)实物连线如图实311所示 (2)(3)如图实312所示 (4)1.5(1.461.54)0.3(0.250.35,某同学设计了一 个如图实313所示的实验 电路，用以精确测定电源
12、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3 V)、电压表(量程3 V，内阻约几千欧)、电阻箱(09999.99 )、滑动变阻器(010 )、单刀双掷开关、单刀单掷开关各一个及导线若干,图实313,1)为精确测得电源的电动势和内阻，该同学想先测得电压表的内阻，按如图实313所示的电路连线，通过控制开关状态来实现，则开关S2应打在_(a端还是b端)，开关S1应_(闭合还是断开)； (2)简要写出利用图实313所示电路测量电压表内阻的实验步骤,3)简要写出利用图实313所示电路测量电源的电动势和内阻的实验步骤； (4)写出电源电动势真实值的表达式_，并比较真实值与测量值之间的关系
13、E真_E测； (5)试分析用上述实验器材，能否建立U 图象来求解电源的电动势和内阻？为什么,解题指导(2)为保证电路安全，先将滑动变阻器滑片滑至c端；然后将S2打在b端，S1断开；先将电阻箱阻值置于零，调节滑动变阻器使电压表满偏；保持滑动变阻器阻值不变，调节电阻箱阻值，使电压表半偏，此时电阻箱的数值即是电压表的内阻 (3)将开关S2打在a上，接通开关S1；电路中电压表和电阻箱并联，改变电阻箱的阻值，电压表的示数会相应发生变化；多读出几组电阻箱的阻值和对应的电压表的示数；由闭合电路欧姆定律EUIrU 可求出电源的电动势和内阻,4)E真U( )r，E测U r，E真E测 (5)如题中所述，电阻箱的电阻约几千欧，远大于电源的内阻，当电阻箱的电阻变化时，电压表的示数几乎不变，或变化很小，从电压表上很难读出来，所以不宜用U 的图象来求解电源的电动势和内阻,答案(1)b断开(2)见解题指导(3)见解题指导 (4)E真U( )r(5)见解题指导
