《2020-2021学年沪科版高中物理选修3-1学案：第4章探究闭合电路欧姆定律4.2测量电源的电动势和内阻学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020-2021学年沪科版高中物理选修3-1学案：第4章探究闭合电路欧姆定律4.2测量电源的电动势和内阻学案（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 4.24.2测量电源的电动势和内阻测量电源的电动势和内阻 一、实验目的 1掌握测量电源电动势和内阻的实验原理、实验电路和实验方法 2学会用图像法处理实验数据 二、实验器材 待测电池，电压表(03 V)，电流表(00.6 A)，滑动变阻器(10 )，电键，导线 三、实验原理 1如图 421 甲所示，改变滑动变阻器的阻值，从电流表、电压表中读出几组I和U 的值，由UEIr可得： E，r. I1U2I2U1 I1I2 U2U1 I1I2 甲乙 图 421 2为减小误差，至少测出六组U和I值，且变化范围要大些，然后在UI图中描点作 图，由图线纵截距和斜率找出E、r(r)如图 421 乙. |U|
2、|I| 一、实验步骤 1确定电流表、电压表的量程，按图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片移到使接入 电路的阻值为最大值的一端 图 422 2闭合开关 S，接通电路，将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动，从电流表有明 显读数开始，记录一组电流表、电压表读数 2 3同样的方法，依次记录多组U、I值 4断开开关 S，拆除电路 5以U为纵轴，I为横轴，将记录的电压、电流标在坐标图上，过这些点作一条直线， 根据纵轴截距求出电动势，根据斜率大小求出内电阻 二、数据处理 为减小测量误差，本实验常选用以下两种数据处理方法： 1公式法 利用依次记录的多组数据(一般 6 组)，分别记录且如表所示： 实验序号 1 2
3、 3 4 5 6 I/A I1 I2 I3 I4 I5 I6 U外/V U1 U2 U3 U4 U5 U6 分别将 1、4 组，2、5 组，3、6 组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们 的平均值 E，r作为测量结果 E1E2E3 3 r1r2r3 3 2图像法 把测出的多组U、I值，在UI图中描点画图像，使UI图像的直线经过大多数坐标点 或使各坐标点大致分布在直线的两侧，如图 423 所示，由UEIr可知： 图 423 (1)纵轴截距等于电源的电动势E，横轴截距等于外电路短路时的电流Im . E r (2)直线斜率的绝对值等于电源的内阻 r|. U I E Im (3)
4、若电源内阻r0(理想电源)，则UE. 三、注意事项 1器材或量程的选择 (1)电池 ： 为了使路端电压变化明显，电池的内阻宜大些，可选用已使用过一段时间的 1 号干电池 (2)电压表的量程：实验用的是一节干电池，因此电压表量程在大于 1.5 V 的前提下， 越小越好，实验室中一般采用量程为 03 V 的电压表 3 (3)电流表的量程 ： 对于电池来讲允许通过的电流最大为 0.5 A，故电流表的量程选 0 0.6 A 的 (4)滑动变阻器：干电池的内阻较小，为了获得变化明显的路端电压，滑动变阻器选择 阻值较小一点的 2电路的选择 伏安法测电源电动势和内阻有两种接法， 由于电流表内阻与干电池内阻接
5、近， 所以电流 表应采用内接法，即一般选择误差较小的甲电路图 甲乙 图 424 3实验操作 电池在大电流放电时极化现象较严重，电动势E会明显下降，内阻r会明显增大，故长 时间放电不宜超过 0.3 A，短时间放电不宜超过 0.5 A因此，实验中不要将I调得过大，读 电表示数要快，每次读完后应立即断电 4数据处理 (1)当路端电压变化不是很明显时，作图像时，纵轴单位可以取得小一些，且纵轴起点 不从零开始，把纵坐标的比例放大 (2)画UI图像时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均衡分布在直线的两侧，个 别偏离直线太远的点可舍去不予考虑这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确 度. 实验探究
6、1实验原理与误差分析 在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内电阻”的实验中，供选用的器材 有： A电流表(量程：00.6 A，RA1 )； B电流表(量程：03 A，RA0.6 )； C电压表(量程：03 V，RV5 k)； D电压表(量程：015 V，RV10 k)； E滑动变阻器(010 ，额定电流 1.5 A)； F滑动变阻器(02 k，额定电流 0.2 A)； 4 G待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干 (1)请在题中虚线框中画出能使本实验测量精确程度高的实验电路 (2)电路中电流表应选用_，电压表应选用_，滑动变阻器应选用 _(用字母代号填写) (3)如图 425 所示为实验
7、所需器材，请按原理图连接出正确的实验电路 图 425 (4)引起该实验系统误差的主要原因是_ _ _. 【解析】(1)电路如图所示 由于在如图所示的电路中只要电压表的内阻RVr， 这种 条件很容易实现，所以应选用该电路 (2)考虑到待测电源只有一节干电池，所以电压表应选 C；放电电流又不能太大，一般 不超过 0.5 A，所以电流表应选 A；变阻器不能选择太大的阻值，从允许最大电流和减小实 验误差来看，应选择电阻较小而额定电流较大的滑动变阻器 E，故器材应选 A、C、E. (3)如图所示： 5 注意闭合开关前，要使滑动变阻器接入电路的电阻最大，即滑片应滑到最左端 (4)系统误差一般是由测量工具和
8、测量方法造成的，该实验中的系统误差是由于电压表 的分流作用使得电流表读数(即测量值)总是比干路中真实电流值小，造成E测E真，r测r 真 【答案】(1)见解析图(2)ACE (3)见解析图(4)电压表的分流作用 实验探究 2实验数据的处理(图像法) 利用如图 426 所示电路， 可以测量电源的电动势和内阻， 所用的实验器材有 ： 图 426 待测电源，电阻箱R(最大阻值 999.9 )，电阻R0(阻值为 3.0 )，电阻R1(阻值为 3.0 )电流表 A(量程为 200 mA，内阻为RA6.0 )，开关 S. 实验步骤如下： 将电阻箱阻值调到最大，闭合开关 S； 多次调节电阻箱，记下电流表的示数
9、I和电阻箱相应的阻值R； 以 为纵坐标，R为横坐标，作 R图线(用直线拟合)； 1 I 1 I 求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b. 回答下列问题： (1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻，则 与R的关系式为_ 1 I (2)实验得到的部分数据如下表所示，其中电阻R3.0 时电流表的示数如图 427 甲所示，读出数据完成下表 答：_，_. R/ 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 I/A 0.143 0.125 0.100 0.091 0.084 0.077 6 I1/A1 6.99 8.00 10.0 11.0 11.9 13.0 图 427 (3)在图 427 乙的坐
10、标纸上将所缺数据点补充完整并作图，根据图线求得斜率k _A11，截距b_A1. (4)根据图线求得电源电动势E_V，内阻r_. 【解析】(1)电流表电阻是R1的 2 倍，所以干路电流为 3I，根据闭合电路欧姆定律 E3I(rR0R)IRA，代入数据，化简得 R. 1 I 3 E 3r15 E (2)电流表每小格表示 4 mA，因此电流表读数是 0.110，倒数是 9.09. (3)根据坐标纸上给出的点， 画出一条直线， 得出斜率k1.0 A11， 截距b6.0 A 1. (4)斜率k ，因此E 3.0 V，截距b， 3 E 3 k 3r15 E r51.0 . bE 3 7 【答案】(1) R 1 I 3 E 3r15 E (2)0.110,9.09 (3)见解析1.0(或在 0.961.04 之间)，6.0(或在 5.96.1 之间)(4)3.0(或在 2.73.3 之间)，1.0(或在 0.61.4 之间)
