學(xué)生實(shí)驗(yàn)測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻

1、5學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)一步感受電源路端電壓隨電流變化的關(guān)系2.經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，掌握實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會(huì)根據(jù)圖像合理外推進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法知識(shí)探究一、實(shí)驗(yàn)原理1“伏安法”測E和r如圖2­5­1所示，改變R的阻值，測量外電壓U外和通過電源的電流I，由閉合電路歐姆定律建立方程組：EU1I1rEU2I2r聯(lián)立兩式便可求出電源的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r.圖2­5­12“安阻法”測E和r用電流表、電阻箱測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻時(shí)的電路圖如圖2­5­2所示由EIRIr可知，只要能得到I、R的兩組數(shù)據(jù)，列

2、出關(guān)于E、r的兩個(gè)方程，就能解出E、r.圖2­5­23“伏阻法”測E和r用電壓表、電阻箱測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻時(shí)的電路圖如圖2­5­3所示由EUr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.圖2­5­3二、實(shí)驗(yàn)器材(以伏安法為例)待測電池一節(jié)，電流表(00.6 A)、電壓表(03 V)各一塊，滑動(dòng)變阻器一只，開關(guān)一只，導(dǎo)線若干三、實(shí)驗(yàn)步驟1確定電流表、電壓表的量程，按圖所示電路把器材連接好，如圖2­5­4所示圖2­5­42把變阻器的滑動(dòng)片移到一端使阻值最大3閉合開關(guān)

3、，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯示數(shù)，記錄一組電流表和電壓表的示數(shù)，用同樣的方法測量并記錄幾組I和U的值并填入下表：實(shí)驗(yàn)序號(hào)123456I/AU外/V4斷開開關(guān)，整理好器材四、數(shù)據(jù)處理1公式法分別將1、4組，2、5組，3、6組聯(lián)立方程組分別解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它們的平均值E，r作為測量結(jié)果2圖像法把測出的多組U、I值，在U­I圖中描點(diǎn)畫圖像，使U­I圖像的直線經(jīng)過盡可能多的坐標(biāo)點(diǎn)并使不在直線上的各坐標(biāo)點(diǎn)大致均勻地分布在直線的兩側(cè)，如圖2­5­5所示，由UEIr可知，圖線與縱軸截距等于電動(dòng)勢E，圖線斜率的絕對值等于內(nèi)阻r，根據(jù)圖線縱截距

4、和斜率得出E、r.圖2­5­5五、注意事項(xiàng)1為使電源的路端電壓有明顯變化，應(yīng)選取內(nèi)阻較大的電源和內(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，防止電源大電流放電時(shí)內(nèi)阻r的明顯變化3當(dāng)電源的路端電壓變化不很明顯時(shí)，作圖像時(shí)，縱軸單位可取得小一些，且縱軸起點(diǎn)可不從零開始如圖2­5­6所示，此時(shí)圖線與縱軸交點(diǎn)仍為電源的電動(dòng)勢E，但圖線與橫軸交點(diǎn)不再是短路電流，內(nèi)阻要在直線上取較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)用r求出圖2­5­6六、誤差分析1偶然誤差產(chǎn)生原因減小方法電壓表、電流表的讀數(shù)電壓表、電流表指針偏角適當(dāng)大些描點(diǎn)時(shí)不準(zhǔn)確，畫U&

5、#173;I圖像時(shí)不規(guī)范多測幾組數(shù)據(jù)，不在直線上的點(diǎn)，大致均勻分布在直線兩側(cè)個(gè)別偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)不予考慮2.系統(tǒng)誤差(1)電流表相對于待測電阻(電源內(nèi)阻)外接圖2­5­7實(shí)測的E和r都小于真實(shí)值(2)電流表相對于待測電阻(電源內(nèi)阻)內(nèi)接圖2­5­8E測E真，r測r真任一種電路都存在系統(tǒng)誤差，若電源內(nèi)阻較小時(shí)，不能采用圖2­5­8甲的測量電路，盡管電動(dòng)勢的測量值準(zhǔn)確，但內(nèi)阻的測量誤差很大，因此要選用圖2­2­7甲的測量電路但若電源內(nèi)阻很大，以至于電流表內(nèi)阻可以忽略，如水果電池，則需用圖2­5­8甲

6、的測量電路典例剖析利用電流表和電壓表測定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻要求盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差圖2­5­9(1)應(yīng)該選擇的實(shí)驗(yàn)電路是圖2­5­9中的 (填“甲”或“乙”)電路圖(2)現(xiàn)有電流表(00.6 A)、開關(guān)和導(dǎo)線若干，以及以下器材：A電壓表(015 V)B電壓表(03 V)C滑動(dòng)變阻器(050 )D滑動(dòng)變阻器(0500 )實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用 ；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用 (選填相應(yīng)器材前的字母)(3)某位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)如下表所示，其中5組數(shù)據(jù)的對應(yīng)點(diǎn)已經(jīng)標(biāo)在圖2­5­10中的坐標(biāo)紙上，請標(biāo)出余下一組數(shù)據(jù)的對應(yīng)點(diǎn)，并畫出U­I圖線圖

7、2­5­10序號(hào)123456電壓U(V)1.451.401.301.251.201.10電流I(A)0.0600.1200.2400.2600.3600.480(4)根據(jù)(3)中所畫圖線可得出干電池的電動(dòng)勢E V，內(nèi)電阻r .思路點(diǎn)撥：一節(jié)干電池的電動(dòng)勢大約為1.5 V，內(nèi)阻很小電源的U­I圖像為一條傾斜的直線，作圖時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在直線上解析(1)如果用乙電路，誤差來源于電流表的分壓，測量時(shí)將電流表內(nèi)阻當(dāng)成電源內(nèi)阻的一部分，而電流表內(nèi)阻與電源內(nèi)阻很接近，故電源內(nèi)阻測量誤差大；用甲電路，誤差來源于電壓表的分流，因?yàn)殡妷罕淼膬?nèi)阻遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的電阻，故電壓表分流

8、很小，測量引起的誤差小，故選擇甲電路圖；(2)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢約為1.5 V，因此電壓表選擇量程為03 V的，故選B；為了方便調(diào)節(jié)，需選用最大阻值較小的滑動(dòng)變阻器，故選C；(3)先描點(diǎn)，然后畫直線，使點(diǎn)盡可能多地分布在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，個(gè)別偏差較大的點(diǎn)可忽略，就得到U­I圖線；(4)由閉合電路的歐姆定律得UEIr，故U­I圖像的縱截距表示電源的電動(dòng)勢，斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻，故E1.50 V，r0.83 .答案(1)甲(2)BC(3)如圖所示(4)1.50(1.491.51)0.83(0.810.85)選擇儀器時(shí)注意掌握的原則(1)安全性原則，

9、即一定要保證儀器的安全，對電表來講不超量程，對滑動(dòng)變阻器來講不能超其額定電流(2)精確性原則，即要保證測量時(shí)讀數(shù)精確，對電表來講在不超量程的前提下，盡量選用小量程的，對歐姆表來講盡量讓指針指在中值刻度附近(3)方便性原則，此原則主要針對滑動(dòng)變阻器來講，在滑動(dòng)變阻器控制電路時(shí)，電路的電壓、電流的變化范圍要盡可能大，以便獲取多組測量值一課外小組同學(xué)想要測量一個(gè)電源的電動(dòng)勢及內(nèi)阻準(zhǔn)備的器材有：電流表(0200 mA，內(nèi)阻是12 )，電阻箱R(最大阻值9.9 )，一個(gè)開關(guān)和若干導(dǎo)線(1)由于電流表A的量程較小，考慮到安全因素，同學(xué)們將一個(gè)定值電阻和電流表并聯(lián)，若要使并聯(lián)后流過定值電阻的電流是流過電流表

10、的電流的2倍，則定值電阻的阻值R0 .(2)設(shè)計(jì)的電路圖如圖2­5­11甲所示若實(shí)驗(yàn)中記錄電阻箱的阻值R和電流表的示數(shù)I，并計(jì)算出，得到多組數(shù)據(jù)后描點(diǎn)作出R­圖線如圖2­5­11乙所示，則該電源的電動(dòng)勢E V，內(nèi)阻r .圖2­5­11解析(1)由題意可知，設(shè)通過電流表的電流為I，則通過電阻R0的電流為2I；則R0RA6 .(2)R0與RA并聯(lián)后的電阻為R1 4 ，根據(jù)全電路歐姆定律：E3I(RR1r)，變形可得：R·(4r)；由圖線可知：4r6，則r2 ，E6 V.答案(1)6(2)62本題依據(jù)基本公式EI(Rr)

11、，并給出了R­圖像，體現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“化曲為直”的思想.首先由EI(Rr)變形得出Rr，然后分析圖像的截距和斜率的意義，得到結(jié)論.當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1如圖2­5­12所示是甲、乙、丙三位同學(xué)設(shè)計(jì)的測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的電路電路中R1、R2為已知阻值的電阻下列說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：12602121】圖2­5­12A只有甲同學(xué)設(shè)計(jì)的電路能測出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻B只有乙同學(xué)設(shè)計(jì)的電路能測出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻C只有丙同學(xué)設(shè)計(jì)的電路能測出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻D三位同學(xué)設(shè)計(jì)的電路都能測出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻D甲同學(xué)設(shè)計(jì)的電

12、路可用EI1(rR1)、EI2(rR2)求得電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，乙同學(xué)設(shè)計(jì)的電路可用EU1r、EU2r求得電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，而丙同學(xué)設(shè)計(jì)的電路可用EU1I1r、EU2I2r求得電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，故三位同學(xué)設(shè)計(jì)的電路都能測出電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，故D正確2在“測定電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，已連接好部分實(shí)驗(yàn)電路 圖2­5­13 圖2­5­14(1)按圖2­5­13甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，把圖2­5­13乙中剩余的電路連接起來(2)在圖2­5­13乙的電路中，為避免燒壞電表，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑

13、片應(yīng)置于 端(選填“A”或“B”)(3)如圖2­5­14是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的U­I圖像，由圖可知，電源的電動(dòng)勢E V，內(nèi)阻r .解析(1)電路連接如圖所示(2)閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值應(yīng)該最大，故滑片應(yīng)置于B端(3)由U­I圖像可知，電源電動(dòng)勢為1.5 V，內(nèi)阻r 1.0 .答案(1)見解析(2)B(3)1.51.03某研究性學(xué)習(xí)小組利用如圖2­5­15甲所示電路測量電池組的電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出如圖2­5­15乙所示的R­圖線，其中R為電阻箱讀數(shù)，I為電流表讀數(shù)，由此可以得到E

14、 ，r .圖2­5­15解析由歐姆定律有EI(Rr)，Rr.由此知題圖乙中圖線的斜率為電動(dòng)勢E，縱軸截距的大小為內(nèi)阻r.E V3 V，r1 .答案3 V1 4小明利用如圖2­5­16所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻圖2­5­16(1)圖中電流表的示數(shù)為 A.(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，電壓表和電流表的示數(shù)記錄如下：U/V1.451.361.271.161.06I/A0.120.200.280.360.44請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖2­5­17方格紙上作出U­I圖線圖2­5­17由圖線求

15、得：電動(dòng)勢E V，內(nèi)阻r .(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明進(jìn)行了多次測量，花費(fèi)了較長時(shí)間，測量期間一直保持電路閉合其實(shí)，從實(shí)驗(yàn)誤差考慮這樣的操作不妥，因?yàn)?解析(1)電流表使用的量程為00.6 A所以電流表讀數(shù)為0.44 A.(2)描點(diǎn)連線得到U­I圖像，如圖所示根據(jù)EUIr，圖像中縱軸截距表示電源的電動(dòng)勢，所以E1.60 V(1.581.62 V都算對)，斜率為內(nèi)阻，所以r1.22 (1.181.26 都算對)(3)干電池長時(shí)間使用后，電動(dòng)勢和內(nèi)阻會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差增大答案(1)0.44(2)U­I圖像見解析1.60(1.581.62都算對)1.22(1.181.26都算對)(

16、3)干電池長時(shí)間使用后，電動(dòng)勢和內(nèi)阻會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差增大5某同學(xué)準(zhǔn)備利用下列器材測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻A干電池兩節(jié)，每節(jié)的電動(dòng)勢約為1.5 V，內(nèi)阻約幾歐姆B直流電壓表V1、V2，量程均為03 V，內(nèi)阻約為3 kC定值電阻R0，阻值為5 D滑動(dòng)變阻器R，最大阻值為50 E導(dǎo)線和開關(guān)(1)該同學(xué)連接的實(shí)物電路如圖2­5­18所示，其中還有一根導(dǎo)線沒有連，請補(bǔ)上這根導(dǎo)線圖2­5­18圖2­5­19(2)實(shí)驗(yàn)中移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，讀出電壓表V1和V2的多組數(shù)據(jù)U1、U2，描繪出U1­U2圖像如圖2­5­

17、19所示，圖中直線的斜率為k，橫軸上的截距為a，則電源的電動(dòng)勢E ，內(nèi)阻r (用k、a、R0表示).【導(dǎo)學(xué)號(hào)：12602122】解析(1)利用兩個(gè)電壓表和一個(gè)定值電阻來確定電路中的總電流缺少的導(dǎo)線如圖所示(2)電路中的總電流I，由閉合電路歐姆定律得U1EI(R0r)，聯(lián)立得U1·U2，故有k,0·a，解得E，r.答案(1)如解析圖所示(2)6某同學(xué)利用電壓表和電阻箱測定干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻，使用的器材還包括定值電阻(R05 )一個(gè)，開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖2­5­20甲所示圖2­5­20(1)在圖2­5­20乙的實(shí)物圖中，已正確連接了部分電路，請完成余下電路的連接(2)請完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟：A檢查并調(diào)節(jié)電壓表指針指零；調(diào)節(jié)電阻箱，示數(shù)如圖2­5­20丙所示，讀得電阻值是 ；B將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49 V；C將開關(guān)S2 ，電壓表的示數(shù)是1.16 V；斷開開關(guān)S1.(3)使用測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出干電池的內(nèi)電阻是 (計(jì)