實(shí)驗(yàn) 測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻

實(shí)驗(yàn)測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)分析與導(dǎo)引一、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．掌握用電壓表和電流表測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的方法；進(jìn)一步理解閉合電路歐姆定律．2．掌握用圖象法求電動(dòng)勢和內(nèi)阻的方法．第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日【實(shí)驗(yàn)原理】1．實(shí)驗(yàn)依據(jù)：閉合電路歐姆定律．2．實(shí)驗(yàn)電路圖7－5－1第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－2第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日【實(shí)驗(yàn)器材】電池，電壓表，電流表，滑動(dòng)變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線若干，坐標(biāo)紙．第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日【實(shí)驗(yàn)步驟】1．按如圖7－5－3所示電路圖連接成電路，電流表取0.6A量程，電壓表取3V量程，將滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到有效電阻最大(圖中左端)．第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－3第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日2．檢查電路無誤后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭的位置，使電流表有明顯示數(shù)，記下一組(I，U)值．3．改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置5次，用同樣的方法，再測出5組(I，U)數(shù)值．然后斷開開關(guān)，整理好儀器．第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日4．建立坐標(biāo)系、描點(diǎn)．縱軸表示電壓，橫軸表示電流，取合適的標(biāo)度，使所描坐標(biāo)點(diǎn)絕大部分分布在坐標(biāo)紙上，必要時(shí)縱坐標(biāo)可以不從零開始取值．5．根據(jù)描出的坐標(biāo)點(diǎn)作出U－I圖象，并延長與兩坐標(biāo)軸相交．第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－4第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、注意事項(xiàng)1．為了使電池的路端電壓變化明顯，電池的內(nèi)阻應(yīng)選的大些(選用已使用過一段時(shí)間的舊干電池)．2．在實(shí)驗(yàn)中不要將I調(diào)得過大，每次讀完U和I數(shù)據(jù)后應(yīng)立即斷開電源，以免干電池在大電流放電時(shí)極化現(xiàn)象嚴(yán)重，使得E和r明顯變化．第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日3．測出不少于6組I、U數(shù)據(jù)，且變化范圍要大些，用方程組求解時(shí)，類似于逐差法，要將測出的I、U數(shù)據(jù)中，第1和第4組為一組，第2和第5組為一組，第3和第6組為一組，分別解出E、r值再求平均．第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日4．在畫U－I圖線時(shí)，要使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)對稱分布在直線的兩側(cè)，而不要顧及個(gè)別離開直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，以減小偶然誤差．5．干電池內(nèi)阻較小時(shí)，U的變化較小，此時(shí)，坐標(biāo)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)將呈現(xiàn)如圖7－5－5甲所示的狀況，使下部大面積空間得不第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日到利用，為此，可使縱坐標(biāo)不從零開始而是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)從某一恰當(dāng)值開始(橫坐標(biāo)I必須從零開始)，如圖乙所示，并且把縱坐標(biāo)的比例放大，可使結(jié)果的誤差減小．此時(shí)圖線與橫軸交點(diǎn)不表示短路電流，而圖線與縱軸的截距仍為電動(dòng)勢，要在直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日點(diǎn)，用r圖7－5－5第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、誤差分析1．由讀數(shù)誤差和電表線性不良引起誤差．2．用圖象法求E和r時(shí)，由于作圖不準(zhǔn)確造成的誤差．3．本實(shí)驗(yàn)采用的測量電路是存在系統(tǒng)誤差的，這是由于電壓表的分流IV引起的，使電流表的示數(shù)I測小于電池的輸出電流第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日I真．因?yàn)镮真＝I測＋I(xiàn)V，而IV＝U/RV，U越大，IV越大，U趨近于零時(shí)，IV也趨近于零．所以此種情況下圖線與橫軸圖7－5－6第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日的交點(diǎn)為真實(shí)的短路電流，而圖線與縱軸的交點(diǎn)為電動(dòng)勢的測量值，比真實(shí)值偏?。拚蟮膱D線如圖7－5－6所示，顯然，E、r的測量值都比真實(shí)值偏小，r測<r真、E測<E真．分析系統(tǒng)誤差時(shí)，也可采用等效電源第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日法，即把電壓表和電源看做等效電源，則r測等于r真與RV的并聯(lián)電阻，E測為連接電壓表時(shí)，電源兩端的電壓，故r測＜r真，E測＜E真．4．若采用如圖7－5－7所示電路，電流是準(zhǔn)確的，當(dāng)I很小時(shí)，電壓表的分流很小，但隨電壓的增大，電流I增大，第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日電流表的分壓作用也逐漸增大．此種情況如圖7－5－8所示，所以E測＝E真、r測>r真．也可把電流表和電源作為等效電源，則r測＝r真＋rA，E測為電流表示數(shù)為零(即電路斷路)時(shí)的路端電壓，故E測＝E真．第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－7圖7－5－8

第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)步驟和原理的考查

(2010·高考廣東理綜卷)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)阻，使用的器材還包括定值電阻(R0＝5Ω)一個(gè)，開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖7－5－9甲．典例透析與示范例1第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－9第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日(1)在圖乙的實(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)如圖丙所示，讀得電阻值是____________；第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日B．將開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電壓表的示數(shù)是1.49V；C．將開關(guān)S2____________，電壓表的示數(shù)是1.16V；斷開開關(guān)S1.第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日(3)使用測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出干電池的內(nèi)阻是__________(計(jì)算結(jié)果保留二位有效數(shù)字)．(4)由于所用電壓表不是理想電壓表，所以測得的電動(dòng)勢比實(shí)際值偏__________(填“大”或“小”)．第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－10第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日【答案】

(1)如圖7－5－10所示(2)A.20Ω

C．閉合(3)0.69Ω

(4)小【規(guī)律總結(jié)】該實(shí)驗(yàn)的原理是閉合電路歐姆定律的使用，實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)置是根據(jù)原理而定，因此完成此題時(shí)要仔細(xì)分析原理圖及電阻箱在本題中的用途．第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析及處理例2

(2012·南通調(diào)研)在測定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，備有下列器材：A．干電池(電動(dòng)勢約為1.5V，內(nèi)阻小于1.5Ω)B．電流表G(滿偏電流2mA，內(nèi)阻10Ω)第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日C．電流表A(0～0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω)D．滑動(dòng)變阻器R1(0～20Ω，10A)E．滑動(dòng)變阻器R2(0～100Ω，1A)F．定值電阻R3＝990ΩG．開關(guān)、導(dǎo)線若干第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日(1)為方便且能較準(zhǔn)確地進(jìn)行測量，應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器________(填寫序號)；(2)請?jiān)谙旅娴奶摼€框內(nèi)畫出利用本題提供的器材所設(shè)計(jì)的測量電池電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)電路原理圖；第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日(3)某同學(xué)根據(jù)他設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)測出了六組I1(電流表G的示數(shù))和I2(電流表A的示數(shù))．請?jiān)趫D7－5－11所給的坐標(biāo)紙上作出I1和I2的關(guān)系圖線：第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日序號123456I1/mA1.401.361.351.281.201.07I2/A0.100.150.230.250.350.50第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－11(4)根據(jù)圖線可得，被測電池的電動(dòng)勢為________V，內(nèi)阻為________Ω.第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日【解析】

(1)為便于調(diào)節(jié)，滑動(dòng)變阻器不能太大，選D較合適．(2)由于沒有電壓表，將G與R3串聯(lián)作電壓表使用，電路圖如圖7－5－12甲所示．第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－12第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日(3)描點(diǎn)作出I1－I2關(guān)系圖線如圖7－5－12乙所示．(4)電流表G的示數(shù)與定值電阻R3與電流表G的內(nèi)阻之和的乘積表示路端電壓，所以I1－I2圖線的縱截距與R3與電流表G的內(nèi)阻之和的乘積即為電池的電動(dòng)勢．電源的電動(dòng)勢為1.48×10－3×(10＋990)V＝1.48V(也可：1.47V～1.49V)．第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日【答案】

(1)D

(2)如圖7－5－12甲所示(3)如圖7－5－12乙所示(4)1.48(1.47～1.49)

0.80(0.70～0.90)第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日【規(guī)律總結(jié)】本題中沒有電壓表，因此考查了學(xué)生靈活應(yīng)用電表改裝的原理完成實(shí)驗(yàn)的能力，同時(shí)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理借助I1－I2圖象的斜率意義完成，在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和目的，靈活運(yùn)用圖象法完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理是非常關(guān)鍵的．第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3

(2010·高考江蘇卷)在測量電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，由于所用電壓表(視為理想電壓表)的量程較小，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖7－5－13所示的實(shí)物電路．第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖7－5－13第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到________．(選填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改變電阻箱的阻值R，分別測出阻值R0＝10Ω的定值電阻兩端的電壓U.下列兩組R的取值方案中，比較合理的方案是________．(選填“1”或“2”)第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日方案編號電阻箱的阻值R/Ω1400.0350.0300.0250.0200.0280.070.060.050.040.0第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日第五十頁，共五十六頁，2022年，8月28日第五十一頁