高中物理課件第2章 特別策劃(2) 實驗：測量電源的電動勢和內阻（粵教版選修3-1）

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歡迎進入物理課堂 特別策劃 二 實驗 測量電源的電動勢和內阻 1 利用電流表和電壓表測電池的電動勢和內阻所依據(jù)的公式是 需要測量的物理量有 E U Ir U I 2 用作圖法求電池的電動勢和內阻 作U I圖象時 在坐標圖上以 為橫坐標 以 為縱坐標 作出圖象后 把這條直線用虛線延長 這條直線與縱軸交點的物理意義是 與橫軸交點的物理意義是 直線的斜率的物理意義是 由此可以看出 用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)的優(yōu)點是 但要求在測量數(shù)據(jù)準確的基礎上 作圖象時必須嚴格認真 且使大多數(shù)的點在這一直線上 不在這一直線上的點大致均勻地分布在直線的兩側 才能從圖象中找出正確的結論和準確的答案 I U 電源電動勢E 短路電流I 斜率的大小等于電源內阻 減小實驗中的偶然誤差 3 下圖給出了測定一節(jié)干電池的電動勢和內阻的實驗電路圖 由于一般電池的內阻較小 比電壓表的內阻小得多 與電流表的內阻相差不多 所以為使測量結果比較準確 應選用下列 哪種電路 解析 圖A的測量結果里 內阻包含電流表的內阻 誤差太大 不合適 圖C是伏安法測電阻Rx 圖D是測量小燈泡的電阻的 故只有B合適 答案 B 測量電源的電動勢和內阻 實驗目的 1 進一步熟練電壓表 電流表 滑動變阻器的使用 2 學會用伏安法測電池的電動勢和內阻 3 學會利用圖象處理實驗數(shù)據(jù) 實驗器材 待測電池 電流表 0 0 6A 電壓表 0 3V 滑動變阻 器 開關 導線若干 實驗步驟 1 確定電流表 電壓表的量程 按電路圖把器材連接好 2 將滑動變阻器的滑片移到一端 使接入電路部分的電阻 值最大 3 閉合開關 調節(jié)滑動變阻器 使電流表有明顯讀數(shù) 記 錄一組電流表和電壓表的讀數(shù) 4 用同樣方法 再次測量并記錄幾組U I值 5 斷開開關 整理好器材 6 根據(jù)測量的數(shù)據(jù)描繪U I圖線 所得圖線的延長線與U軸交點即為電源的電動勢E 圖 線斜率的絕對值即為電池的內阻r 圖T2 2 E U1 I1rE U2 I2r 誤差分析 造成誤差的主要原因是未考慮電壓表的分流作用 使得電流表上讀出的數(shù)值比實際的總電流 即流過電源的電流 要小一些 U越大 電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大 作圖不準確也會造成偶然誤差 采用圖T2 4電路時有E測 E真 r測 r真 U I圖象如圖T2 5所示 圖T2 4 圖T2 5 注意事項 1 為了使電池的路端電壓變化明顯 電池的內阻宜大些 選 用已使用過一段時間的1號干電池或水果電池 2 由于干電池在大電流放電時極化現(xiàn)象嚴重 電動勢會明顯下降 內阻r會明顯增大 故實驗中不能將電流調得過大 長時間放電不宜超過0 3A 短時間放電不宜超過0 5A 且讀數(shù)要快 讀完后立即切斷電源 水果電池的內阻變化也比較明顯 測量前應做好充分準備 測量盡量迅速 在內阻發(fā)生較大變化之前結束測量 U I 求出 橫坐標必須從零開始 3 實驗中U取值不能太小 一般不得小于1V 測得的U I值不少于5組 且變化范圍要大一些 解方程組求解E r值時 取1 4組 2 5組 3 6組求解后 求平均值 4 縱坐標可不從零開始 如圖T2 6所示 計算內阻時 要在直線上取兩較遠點 用r 圖T2 6 要點1實驗器材選取和電路設計 例1 測量電源的電動勢E及內阻r E約為4 5V r約 為1 5 器材 量程3V的理想電壓表V 量程0 5A的電流表A 有一定的內阻 固定電阻R 4 滑動變阻器R 開關S 導線若干 請畫出實驗電路原理圖 圖中各元件需用題目中給出的符 號或字母標出 解析 實驗中 由于電流表具有一定的未知阻值的電阻 所以應將電流表內接 電路中最大電流即電流表A的量程為0 5A 電源內電壓最大值約為0 5 1 5V 0 75V 路端電壓最小值為 4 5V 0 75V 3 75V 而電壓表量程為3V 因此需將電阻R置于測量電路外 這樣并聯(lián)電路的最小電壓U 4 5V 0 5 1 5 4 V 1 75V 小于電壓表的量程 所以實驗原理如圖T2 7所示 答案 如圖T2 7所示 圖T2 7 總結 本題中測電源的電動勢和內阻時 電壓表 電流表各有一個 且量程固定 但電壓表量程較小 不可直接連在電源兩端 此時可利用固定電阻與電源串聯(lián) 固定電阻起到一定的分壓作用 觸類旁通 1 用圖T2 8的電路測定一節(jié)蓄電池的電動勢和內阻 因蓄電池內阻非常小 為防止調節(jié)滑動變阻器時造成短路 電路中用了一個保護電阻R0 除蓄電池 開關 導線外 可供使用的實驗器材還有 圖T2 8 A 電流表 量程0 6A 3A B 電壓表 量程3V 15V C 定值電阻 阻值1 額定功率5W D 定值電阻 阻值10 額定功率10W E 滑動變阻器 阻值范圍0 10 額定電流2A F 滑動變阻器 阻值范圍0 200 額定電流1A 1 電流表選 擋 電壓表選 擋 2 定值電阻選 滑動變阻器選 解析 先由電源的電動勢E 2 0V 一節(jié)蓄電池的電動勢 分析 電壓表的量程應選3V擋 若選15V擋則不便讀數(shù) 定值電阻只有兩個 若選用R0 10 的電阻 則線路上的電流最大為0 2A 但電流表的最小量程為0 6A 讀數(shù)也不準確 故應選R0 1 的定值電阻 滑動變阻器接入電路后 改變其阻值時 應使線路中電流有明顯的改變 若阻值過大 反而不利于調節(jié) 故選用最大阻值R 10 的變阻器 由于定值電阻R0與滑動變阻器R已選 則可知電流表選量程為0 6A擋 答案 1 0 0 6A 0 3V 2 CE U I 流 內阻r 當然 電源內阻也可以用r 要點2實驗原理及數(shù)據(jù)處理1 作圖時 應使盡量多的點分布在直線上 不在直線上的點均勻分布在直線兩側 個別離直線較遠的點可忽略 2 如果U I圖象坐標原點是U軸 I軸的零點 那么圖線與U軸交點表示電動勢E 與I軸交點坐標表示電源短路電 EI短 求 例2 用電流表和電壓表測定電池的電動勢E和內電阻r 所用的電路如圖T2 9所示 一位同學測得的6組數(shù)據(jù)如下表所示 圖T2 9 1 試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖T2 10中作出U I圖線 圖T2 10 2 根據(jù)圖線得出電池的電動勢E V 電池的內 阻r 3 若不作出圖線 只選用其中兩組U和I的數(shù)據(jù) 可利用公式E U1 I1r和E U2 I2r算出E和r 這樣做可能得出誤差很大的結果 選用第 組和第 組的數(shù)據(jù) 求得E和r誤差最大 的坐標 0 65 1 0 連同得出的E值代入E U Ir中 得r E UI 0 71 解析 2 作圖線時應把個別不合理的數(shù)據(jù)排除 由直線與縱軸的交點可讀出電動勢E 1 46V 再讀出直線與橫軸的交點 3 選用第3組和第4組數(shù)據(jù)求得的E和r誤差最大 選用這兩組數(shù)據(jù)求E和r 相當于過圖中3和4兩點作一直線 利用此直線求出E和r 而此直線與所畫的直線偏離最大 實際上 第4組數(shù)據(jù)不合理 已經(jīng)排除 答案 1 如圖T2 11所示 2 1 460 71 3 34 圖T2 11 觸類旁通 2 某同學采用如圖T2 12所示的電路測定電源的電動勢和內電阻 已知干電池的電動勢約為1 5V 內阻約為1 電壓表 量程0 3V 內阻3k 電流表 量程0 0 6A 內阻1 0 滑動變阻器有R1 最大阻值10 額定電流2A 和R2 最大阻值100 額定電流0 1A 各一只 圖T2 12 1 實驗中滑動變阻器應選用 填 R1 或 R2 2 在實驗中測得多組電壓和電流值 得到如圖T2 13所示的電壓與電流關系圖線 根據(jù)圖線求出的電源電動勢E V 內阻r 圖T2 13 解析 1 選擇阻值小的 方便調節(jié) 故選R1 2 圖線的截距就是電動勢 斜率就是內阻 注意縱軸U的變化是從0 8開始的 答案 1 R1 2 1 460 92 要點3實物圖連線 實物圖連接是一類考查學生實驗技能和操作能力較為有效的題型 連線前一定要畫出實驗電路圖 然后按圖連線 且必須注意以下幾點 1 連線不能交叉 2 必須把線接在接線柱上 3 電流應從電表正接線柱流入 從負接線柱流出 4 變阻器應處在有效控制狀態(tài) 在實際操作中 畫電路圖時 各元件的相對位置應盡量與實物圖相吻合 連實物圖時 應先串后并 先連控制電路后連測量電路 要特別注意變阻器的分壓連接 把變阻器的全電阻 開關 電源連成干路 讓變阻器的部分電阻與測量電路并聯(lián)即可 例3 測量電池的電動勢E及內阻r E約為6V r約為1 5 器材 量程3V的理想電壓表V 量程0 6A的電流表A 具有一定內阻 固定電阻R 8 5 滑動變阻器R 0 10 開關S 導線若干 1 在下面的虛框中畫出實驗電路原理圖 圖中各元件需用題目中所給出的符號或字母標出 2 用筆畫線代替導線在圖T2 14 中完成實物連線 圖T2 14 解析 本題考查實驗原理和實驗圖的連接 及處理實驗數(shù) 據(jù)的能力 答案 1 2 如圖T2 15甲 乙所示 圖T2 15 觸類旁通 3 測一待測電源的電動勢及內阻 所給的實驗器材有 待測電源E 定值電阻R1 阻值未知 電壓表V 量程為3 0V 內阻很大 電阻箱R 0 99 99 單刀單擲開關S1 單刀雙擲開關S2 導線若干 1 某同學連接了一個如圖T2 16所示的電路 她接下來 的操作是 圖T2 16 將S2接到a 閉合S1 撥動電阻箱旋鈕 使各旋鈕盤的刻度處于如圖T2 17甲所示的位置 記錄下對應的電壓表示數(shù)為2 20V 然后斷開S1 保持電阻箱示數(shù)不變 將S2切換到b 閉合S1 此時電 壓表的讀數(shù)如圖乙所示 然后斷開S1 請你解答下列問題 圖T2 17 11UR 圖丙所示的 圖線 圖甲所示電阻箱的讀數(shù)為 圖乙所示的電壓表讀數(shù)為 V 由此可算出定值電阻R1的阻值為 計算結果保留三位有效數(shù)字 2 在完成上述操作后 她繼續(xù)以下的操作 將S2切換到a 多次調節(jié)電阻箱 閉合S1 讀出多組電阻箱的示數(shù)R和對應的電壓表示數(shù)U 由測得的數(shù)據(jù) 繪出了如 由此可求得電源電動勢E V 電源內阻r 答案 1 20 002 805 45 2 2 90 26 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全