2019第二章第5節(jié).doc

1、第 5 節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.知道伏安法測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)一步3 個(gè)測(cè)量方法 伏理解電源路端電壓隨電流變化的關(guān)系。安法、安阻法、伏阻2.學(xué)會(huì)根據(jù)圖像合理外推進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。法3.嘗試進(jìn)行電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻測(cè)量誤差的分析，了解測(cè)2 種數(shù)據(jù)處理方法量中減小誤差的辦法。 計(jì)算法、作圖法一、實(shí)驗(yàn)原理和方法1.伏安法：由 EUIr 知，只要測(cè)出 U、I 的兩組數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r 的方程，從而解出 E、r，用到的器材有電池、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表，電路圖如圖 1 所示。圖 12.安阻法：由 EIRIr 可知，只要能得到 I 、R 的

2、兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r 的兩個(gè)方程，就能解出 E、r，用到的器材有電池、開關(guān)、電阻箱、電流表，電路圖如圖2所示。圖 2U3.伏阻法： 由 EU Rr 知，如果能得到 U、 R 的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于 E、r 的兩個(gè)方程，就能解出 E、r，用到的器材有電池、開關(guān)、電阻箱、電壓表，電路圖如圖3所示。圖 3二、實(shí)驗(yàn)步驟 (以伏安法為例 )1.電流表用 0 0.6 A 量程，電壓表用 03 V 量程，按實(shí)驗(yàn)原理圖 (如圖 1)連接好電路。2.把滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端，使其阻值最大。3.閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表有明顯的示數(shù)，記錄一組數(shù)據(jù)(I1 、U1)。用同樣的方法測(cè)量幾組I 、U 值。4

3、.斷開開關(guān)，整理好器材。第 1頁5.處理數(shù)據(jù)，用公式法和圖像法這兩種方法求出電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理1.計(jì)算法： 由 EU1 I1r，E U2I 2r 可解得I1U2I2U1U2U1EI1 I2，r I1 I2 。可以利用 U、I 的值多求幾組 E、r 的值，算出它們的平均值。2.作圖法(1)本實(shí)驗(yàn)中，為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，一般用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即根據(jù)多次測(cè)出的 U、I 值，作 UI 圖像。(2)將圖線兩側(cè)延長(zhǎng)，縱軸截距點(diǎn)意味著斷路情況，它的數(shù)值就是電池電動(dòng)勢(shì)E。(3)橫軸截距點(diǎn) (路端電壓 U0)意味著短路情況，它的數(shù)值就是短路電流I 短E。r(4)圖線斜率的絕對(duì)值等于電池的內(nèi)

4、阻r，即 r |UE，如圖 4所示。I |I短圖 4四、注意事項(xiàng)1.為使電池的路端電壓有明顯變化，應(yīng)選取內(nèi)阻較大的舊干電池和內(nèi)阻較大的電壓表。2.實(shí)驗(yàn)中不能將電流調(diào)得過大，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池因大電流放電時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致內(nèi)阻r 發(fā)生明顯變化。3.當(dāng)干電池的路端電壓變化不很明顯時(shí)，作圖像，縱軸單位可取得小一些，且縱軸起點(diǎn)可不從零開始。如圖 5 所示，此時(shí)圖線與縱軸交點(diǎn)仍為電池的電動(dòng)勢(shì)E，但圖線與橫軸交點(diǎn)不再r|U是短路電流，內(nèi)阻要在直線上取較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)用I |求出。圖 5五、誤差分析1.偶然誤差：主要來源于電壓表和電流表的讀數(shù)以及作U I 圖像時(shí)描點(diǎn)不準(zhǔn)確。2.系統(tǒng)誤差：主要原因

5、是電壓表的分流作用，使得電流表上讀出的數(shù)值比流過電源的電流偏小一些。 U 越大，電流表的讀數(shù)與總電流的偏差就越大，將測(cè)量結(jié)果與真實(shí)情況在 UI 坐標(biāo)系中表示出來，可以得到E 測(cè) E 真 ，r 測(cè) r 真 。第 2頁精典示例 一、實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理例 1 在“用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中。(1)備有如下器材A.干電池 1 節(jié)B.滑動(dòng)變阻器 (020 )C.滑動(dòng)變阻器 (01 k )D. 電壓表 (03 V)E.電流表 (00.6 A)F.電流表 (03 A)G.開關(guān)、導(dǎo)線若干其中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 _，電流表應(yīng)選 _。(只填器材前的字母代號(hào) )(2)為了最大限度的減小實(shí)驗(yàn)誤差，請(qǐng)

6、在虛線框中畫出該實(shí)驗(yàn)最合理的電路圖。(3)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的UI 圖像如圖 6 所示，由圖像可得電池的電動(dòng)勢(shì)為_ V，內(nèi)阻為 _ 。圖 6(4)寫出該實(shí)驗(yàn)誤差的原因： _；電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量值 _真實(shí)值，內(nèi)阻的測(cè)量值 _真實(shí)值。 (填 “大于 ”“等于 ”或 “小于 ”)解析(1)滑動(dòng)變阻器的最大值一般為待測(cè)電阻的幾倍時(shí)較好，在該實(shí)驗(yàn)中因干電池內(nèi)阻比較小，故滑動(dòng)變阻器選擇較小一點(diǎn)的即可，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選B。(也可以從便于調(diào)節(jié)的角度來分析，應(yīng)該選擇阻值較小的滑動(dòng)變阻器。)電流表的量程要大于電源允許通過的最大電流，對(duì)于干電池來講允許通過的最大電流一般是 0.5 A，故需要選擇 00.6 A，所以電

7、流表應(yīng)選 E。(2)電路圖如圖所示。(3)由 UI 圖像可知：縱截距為 1.5 V，故干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V；內(nèi)阻 r UI0.91.51 。0.60(4)由于電壓表的分流作用，使電流表讀數(shù)總是比干路電流小，造成E 測(cè)E 真，r測(cè)r真。答案(1)B E (2)見解析圖第 3頁(3)1.51(4)電壓表的分流小于小于二、實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)和實(shí)物連線例 2某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測(cè)定干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，使用的器材還包括定值電阻 (R0 5 )一個(gè)，開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖7(a)。(1)在圖 (b)的實(shí)物圖中，已正確連接了部分電路，請(qǐng)完成余下電路的連接。(2)請(qǐng)完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟：檢查

8、并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖(c)所示，讀得電阻值是_；將開關(guān) S1 閉合，開關(guān) S2 斷開，電壓表的示數(shù)是1.49 V；將開關(guān) S2_，電壓表的示數(shù)是1.16 V；斷開開關(guān) S1。(3)使用測(cè)得的數(shù)據(jù)， 計(jì)算出干電池的電動(dòng)勢(shì)是_，內(nèi)阻是 _(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 )。圖 7解析(2)由題圖 (c)讀得電阻箱阻值為 R 20 ；將 S1 閉合，S2 斷開，電壓表示數(shù)為電源電動(dòng)勢(shì) E1.49 V，將 S2 再閉合，電壓表示數(shù)為電阻箱 R 兩端電壓。將電UV1.16壓表視為理想電表，則干路電流I R 20 A0.058 A。(3)因?yàn)镋，所以E01.49 5200.69。IR0

9、Rrr I R R 0.058答案(1)如圖所示(2)20 閉合(3)1.49 V 0.69(1)外電路斷路時(shí)外電壓等于電動(dòng)勢(shì)，即例2 中 S 斷開時(shí)電壓表示數(shù)為電動(dòng)勢(shì)。2(2)不管哪種方法，測(cè)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理都是閉合電路歐姆定律。1.(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和器材選擇)用電流表和電壓表測(cè)定由三節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組(電動(dòng)勢(shì)約 4.5 V ，內(nèi)電阻約 1 )的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，除待測(cè)電池組、電鍵、導(dǎo)線外，還有下列器材供選用：A.電流表：量程0.6 A，內(nèi)電阻約 1 B.電流表：量程 3 A，內(nèi)電阻約 0.2C.電壓表：量程 3 V，內(nèi)電阻約 30 k D.電壓表：量程6 V，內(nèi)電阻約 60 k 第 4頁E

10、.滑動(dòng)變阻器： 01 000，額定電流 0.5 AF.滑動(dòng)變阻器： 020 ，額定電流 2 A(1)為了使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，電流表應(yīng)選用_，電壓表應(yīng)選用 _，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 _(均填儀器的字母代號(hào) )。(2)圖 8 為正確選擇儀器后，連好的部分電路。為了使測(cè)量誤差盡可能小，還需在電路中用導(dǎo)線將 _和 _相連、 _和_相連、 _和_相連 (均填儀器上接線柱的字母代號(hào))。圖 8(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表壞了，于是不再使用電流表，剩余儀器中僅用電阻箱替換掉滑動(dòng)變阻器，重新連接電路，仍能完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中讀出幾組電阻箱的阻值R 和對(duì)應(yīng)電壓表的示數(shù)U。用圖像法處理采集到的數(shù)據(jù)，為了在直角坐標(biāo)系中得到的函數(shù)圖

11、像是一條直線，則可以_為縱坐標(biāo)，以 _為橫坐標(biāo)。解析(1)為了使測(cè)量更準(zhǔn)確，電流表選量程為0.6 A 的電流表 A ，電池組的電動(dòng)勢(shì)約 4.5 V，故電壓表選 D，為了便于調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器應(yīng)選F。(2)為了使測(cè)量誤差盡可能小，測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的原理圖如圖甲所示，因此將 a、d 相連， c、 g 相連， f、h 相連。(3)用電阻箱和電壓表測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)原理圖如圖乙所示，根據(jù)閉合電路歐姆定律，得UEU Rr所以11r 1URr 1U (或 UEr 或UR)，EE RRE E11或 UUR R 圖像處理數(shù)據(jù)。因此可作出 U RR或U答案(1)ADF(2)adcgf h11UR(3

12、)UR 或UR或U R (橫縱坐標(biāo)互換亦可 )2.(實(shí)物連線、誤差分析和數(shù)據(jù)處理 )某同學(xué)在用電流表和電壓表測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，串聯(lián)了一只2.5 的保護(hù)電阻 R0，實(shí)驗(yàn)電路如圖9 甲所示。第 5頁(1)請(qǐng)按圖甲電路原理圖把圖乙實(shí)物電路用筆畫線代替導(dǎo)線連接起來。圖 9(2)該同學(xué)順利完成實(shí)驗(yàn)，測(cè)定下列數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)在圖丙坐標(biāo)圖中畫出UI 圖像，由圖知：電池的電動(dòng)勢(shì)為 _，內(nèi)阻為 _。I/A0.100.170.230.30U/V1.201.000.800.60(3) 考慮電表本身電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，造成本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的原因是_。(4)實(shí)驗(yàn)所得的電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量值與真實(shí)值比較：E

13、 測(cè) _E 真 ，r 測(cè)r 真 。(填 “”)解析(1)對(duì)照電路圖連線即可，要注意電表的正負(fù)極，實(shí)物圖連線如圖甲所示。(2)UI 圖線是一條傾斜的直線，描點(diǎn)作圖如圖乙所示?？v軸截距為 1.5，所以電動(dòng)勢(shì) E1.5 V，1.50.2圖線的斜率 |k|0.433.0則內(nèi)阻 r (3.0 2.5)0.5。(3)電流表所測(cè)的電流小于通過電源的電流，因?yàn)殡妷罕韮?nèi)阻有分流作用。(4)保護(hù)電阻等效到電源的內(nèi)部，電壓表測(cè)的電壓為外電壓，電流表所測(cè)的電流偏小，作出UI 圖線的測(cè)量圖線和實(shí)際圖線，虛線表示實(shí)際圖線，從圖線可以看出，電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量值均小于真實(shí)值。答案(1)見解析圖甲(2)見解析圖乙1.5 V0.

14、5 (3)電壓表內(nèi)阻分流(4)基礎(chǔ)過關(guān)1.(多選 )用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，下列說法錯(cuò)誤的是()A.應(yīng)選用舊的干電池作為被測(cè)電源，以使電壓表讀數(shù)變化明顯B.應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表C.移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)，不能使滑動(dòng)變阻器短路造成電流表過載第 6頁D.使滑動(dòng)變阻器阻值盡量大一些，測(cè)量誤差才小解析伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電壓表和內(nèi)阻較小的電流表，滑動(dòng)變阻器阻值不能太大，如果太大不便于調(diào)節(jié)。答案 BD2.用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)E 和內(nèi)阻 r，所用電路如圖 1(a)所示，一位同學(xué)測(cè)得的六組數(shù)據(jù)如下表所示。組別123456電流 I/A0.120

15、.200.310.320.500.57電壓 U/V1.371.321.241.181.101.05圖 1(1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖 (b)中作出 UI 圖線。(2)根據(jù)圖線求出電池的電動(dòng)勢(shì)E _V，電池的內(nèi)阻 r _。解析(1)作圖線時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上，個(gè)別偏離太遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去，圖線如圖所示。(2)由圖線與縱軸的交點(diǎn)可得電動(dòng)勢(shì)E1.45 V ，再讀出圖線與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)(0.65，1.00)，由 EUIr 得EUr 0.69 。I答案(1)見解析圖(2)1.450.69能力提升3.用如圖 2 所示電路測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 實(shí)驗(yàn)器材：待測(cè)電源 (電動(dòng)勢(shì)約 3 V，內(nèi)阻約 2 )，保護(hù)電

16、阻 R1(阻值 10 )和 R2(阻值 5 )，滑動(dòng)變阻器 R，電流表 A ，電壓表 V ，開關(guān) S，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)主要步驟：圖 2( )將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大，閉合開關(guān)；( )逐漸減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，記下電壓表的示數(shù)U 和相應(yīng)電流表的示數(shù) I；()以 U 為縱坐標(biāo)， I 為橫坐標(biāo)，作UI 圖線 (U、I 都用國(guó)際單位 )；第 7頁( )求出 UI 圖線斜率的絕對(duì)值k 和在橫軸上的截距a?；卮鹣铝袉栴}：(1)電壓表最好選用 _；電流表最好選用 _。A.電壓表 (0 3 V，內(nèi)阻約 15 k )B.電壓表 (0 3 V，內(nèi)阻約 3 k )C.電流表 (0 200 mA，內(nèi)阻

17、約 2 )D.電流表 (0 30 mA，內(nèi)阻約 2 )(2)滑動(dòng)變阻器的滑片從左向右滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大。兩導(dǎo)線與滑動(dòng)變阻器接線柱連接情況是 _。A.兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器電阻絲兩端的接線柱B.兩導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿兩端的接線柱C.一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿左端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲左端接線柱D.一條導(dǎo)線接在滑動(dòng)變阻器金屬桿右端接線柱，另一條導(dǎo)線接在電阻絲右端接線柱(3)選用 k、a、R1 和 R2 表示待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)E 和內(nèi)阻 r 的表達(dá)式，E_，r _，代入數(shù)值可得E 和 r 的測(cè)量值。解析(1)由于待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)為3 V，故電壓表應(yīng)選 03 V 量程，而該電路中電壓表分

18、流越小，實(shí)驗(yàn)誤差越小，故選內(nèi)阻大的電壓表，故電壓表選A ?；芈分须娏鞯淖畲笾?I maxE 158 mA，故電流表選 C。R1R2 rr A(2)當(dāng)電壓表示數(shù)變大時(shí)，說明外電路電阻變大，即滑片從左向右滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變大，對(duì)于A 、B 兩選項(xiàng)，在滑片移動(dòng)的過程中回路電阻不變，選項(xiàng) C 中滑片向右移動(dòng)時(shí)回路電阻變大，選項(xiàng) D 中，滑片向右移動(dòng)時(shí)回路電阻變小，故選項(xiàng)C 正確。(3)根據(jù)閉合電路歐姆定律，得EUI(R2 r)，即 UEI(R2r)，所以 k R2r ，所以 r k R2，橫截距為 U0 時(shí)， I a，即 0Eak，所以 Eak。第 8頁答案(1)AC(2)C(3)akk R24.某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3 所示的電路來測(cè)量定值電阻R0的阻值 (約為幾歐到十幾歐 )及電源的電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻 r。圖 3實(shí)驗(yàn)器材有：待測(cè)電源，待測(cè)電阻R0，電流表 A( 量程為 0.6 A，內(nèi)阻不計(jì) )，電阻箱 R(099.9 )，開關(guān) S1 和