《（新课标）2018版高考物理大一轮复习 第七章 第5讲 实验九 测定电源的电动势和内阻课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（新课标）2018版高考物理大一轮复习 第七章 第5讲 实验九 测定电源的电动势和内阻课件（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验目的 1.掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法;进一步理解闭合 电路欧姆定律。,知识梳理,2.掌握用图象法求电动势和内阻的方法。 实验原理,1.实验依据:闭合电路欧姆定律。,2.实验电路:如图。,3.E和r的求解:由U=E-Ir 得: 解得:,4.作图法处理数据,如图: (1)图线与纵轴交点为E。 (2)图线与横轴交点为 I短= 。 (3)图线的斜率绝对值表示r= 。,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。 实验步骤,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。,2.把变阻器的滑片移动到使连入电路中的阻值
2、最大的一端。,3.闭合开关,调节变阻器的滑片位置,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。,4.断开开关,拆除电路,整理好器材。 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。 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I、U值所对应
3、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 是电池电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线的斜率绝对值即为电池 的内阻r,即r= 。,误差分析 1.读数误差和电表引起的误差。,2.用图象法求E和r时,由于作图不准确造成的误差。,3.本实验采用实验原理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/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,
4、比真实值偏小。修正后的图线如图所示,显然,E、r的测量值都比 真实值偏小,r测r真、E测E真。,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,所以E测=E真、r测r真。,甲,乙,注意事项 1.为了使电池的路端电压变化明显,电池的内阻应选得大些(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明显变化。,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
5、出的I、U数据中,第1组和第4组为一组,第2组和第5组为一组, 第3组和第6组为一组,分别解出E、r再求平均值。,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源电动势。要在直线上任取两 个
6、相距较远的点,用r= 计算出电池的内阻r。,1.如图甲所示,电压表V1、V2串联接入电路中时,示数分别为6 V和4 V,当只 有电压表V2接入电路中时,如图乙所示,示数为9 V,电源的电动势为 ( ),A.9.8 V B.10 V C.10.8 V D.11.2 V 答案 C 设电源的电动势和内阻分别为E和r,电压表V2的内阻为R2,根据闭合电路欧姆定律,对图甲和图乙分别有:E=6+4+ r,E=9+ r,解得:E=10. 8 V。故只有选项C正确。,2.用电流表和电压表测电源的电动势和内阻: (1)画出实验电路图。(电源内阻很小),(2)如图所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线。由图可知:
7、图线与电 压U轴的交点表示 ,电源的内阻 电源的内阻(填 “大于”“等于”或“小于”),用此电路测得的电动势和内阻比真实值 。 (3)图中两直线、的交点表示两个电路中 相等。,(2)电源的电动势 小于 偏小 (3)外电路电阻和外电路消耗的电功率,答案 (1)如图所示,解析 (2)纵轴截距表示电源的电动势,图线的斜率的绝对值表示电源的 内阻,线比线陡一些,故电源的内阻小于电源的内阻,用此电路测 得的电动势和内阻比真实值偏小。 (3)、的交点表示外电路电压、电流都相同,说明外电路的电阻、电功 率相同。,3.测量电源B的电动势E及内阻r(E约为4.5 V,r约为1.5 )。 器材:量程3 V的理想电
8、压表 ,量程0.5 A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)在虚线框中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,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) 答案 (1)如图所示,(2) -R 解析 列方程:E=U1+I1(r+R),E=U2+I2(r+R),答案 (1)如图所示,解得:E= ,r= -R,4.某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中,串联了一 只2 的保护电阻R0,实验电路如图甲
9、所示,请回答下列问题: (1)按电路原理图甲连接实物电路图乙。,(2)连好电路后,该同学开始实验,闭合开关S后,他发现电流表的示数为零, 电压表的示数不为零,他用多用电表的电压挡检查电路,把两表笔分别 接a、b和b、c及d、e时,示数均为零,把两表笔接c、d时,其示数与电压表示 数相同,检查各接线柱均未接错,且接触良好,各接线之间也未发生短路,由 此可推断故障原因应是 。 (3)排除故障后,该同学顺利完成实验,测得下列五组数据:,根据数据在图坐标上画出U-I图象,并求出该电池电动势E= V,r = 。,(4)考虑电表本身电阻对测量结果的影响,分析造成本实验系统误差的原因 是: 。 答案 (1)
10、图见解析 (2)滑动变阻器断路 (3)图见解析 1.85 0.6 (4) 电压表的分流 解析 (1)如图所示,(2)闭合开关S后,发现电压表的示数不为零,多用电表接c、d时,其示数与电 压表相同,说明电压表与电源之间、多用电表与电源之间形成闭合回路,d- e-a-b-c处均不断路;又电流表的示数为零,且又不是短路故障,则只能是滑动,变阻器断路。 (3)电源的U-I图象如图所示: 从图象上取相距较远的两点,再利用闭合电路欧姆定律可得E=1.85 V,r=0.6 。,(4)在本实验中,由于电压表的分流作用,所以通过电源的电流大于电流表的 示数,所以产生系统误差的原因是电压表的分流。,典例1 用图所
11、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:,一、实验器材和实验误差,重难突破,(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); (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 V,电流表的量程应选择 A;R0应选择 的定值
12、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 (1)干电池的电动势大约是1.5 V,所以电压表选用3 V量程。 为了减小电流表指针偏角太小带来的误差,故电流表选用0.6 A量程,定值 电阻选用1 的。为了操作方便,滑动变阻器选用010 的。 (2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比真实值小,造成E测E真,r测 r真。 答案 (1)3 0.6 1 010 (2)电压表的分流,二、实验数据的处理 典例2 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99
13、9.9 ,可当标准电阻用) 、一只电流表(量程Ig=0.6 A,内 阻rg=0.1 )和若干导线。 请根据测定电动势E和内电阻r的要求,设计图甲中器件的连接方式,画线 把它们连接起来。,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,并作 记录。当电阻箱的阻值R=2.6 时,其对应的电流表的示数如图乙所示。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,如图丙 所示,图中已标注出了 的几个与测量对应的坐标点。请你将与图乙,实验数据对应的坐标点也标注在图丙上。,在图丙上把描绘出的坐标点连成图线。 根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E= V,内电阻r = 。 解析 见答案。由欧姆定律有I= 得R= -(r+rg),图线的 斜率等于电源电动势,在纵轴上的截距等于电源内阻与电流表内阻之和的 负值,由图可知E=1.5 V,r=0.3 。 答案 如图甲所示 如图乙所示 如图乙所示,1.5(1.461.54) 0.3(0.250.35),甲,
