高中物理選修3-1第四章第三節(jié)測量電源的電動勢和內(nèi)電阻

1、4.3 測量電源的電動勢和內(nèi)阻一、實驗目的一、實驗目的1知道測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗原理知道測量電源的電動勢和內(nèi)阻的實驗原理2學會利用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的方法學會利用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的方法二、實驗原理二、實驗原理 實驗電路如圖實驗電路如圖1所示，所示，根據(jù)閉合電路的歐姆定律，改變根據(jù)閉合電路的歐姆定律，改變R的阻值，測出兩組的阻值，測出兩組U、I的值，即可的值，即可得到兩個歐姆定律方程：得到兩個歐姆定律方程： EU1I1r和和EU2I2r，聯(lián)立可解出，聯(lián)立可解出E、r的值的值圖圖1三、實驗器材三、實驗器材 待測電池一節(jié)，電流表待測電池一節(jié)，電流表(00.6 A)、電壓表、電壓表(03 V)各

2、各一塊，滑動變阻器一只，開關(guān)一只，導線若干一塊，滑動變阻器一只，開關(guān)一只，導線若干四、實驗步驟四、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值最大3閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器，使電流表有明顯讀數(shù)，記錄一閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)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)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用同樣方法，再次測量并記錄幾組U、I值值5斷開開關(guān)，整理好器材斷開開關(guān)，整理好器材6根據(jù)測量的數(shù)據(jù)描繪根據(jù)測量的數(shù)據(jù)

3、描繪UI圖線，所得圖線的延長線圖線，所得圖線的延長線與與U軸交點即為電源的電動勢軸交點即為電源的電動勢E，圖線斜率的絕對值，圖線斜率的絕對值即為電池的內(nèi)阻即為電池的內(nèi)阻r.圖圖2六、注意事項六、注意事項1為使電池的路端電壓有明顯變化，應選取內(nèi)阻較大的為使電池的路端電壓有明顯變化，應選取內(nèi)阻較大的舊干電池和內(nèi)阻較大的電壓表舊干電池和內(nèi)阻較大的電壓表2實驗中不能將電流調(diào)得過大，且讀數(shù)要快，讀完后立實驗中不能將電流調(diào)得過大，且讀數(shù)要快，讀完后立即切斷電源，防止干電池大電流放電時內(nèi)阻即切斷電源，防止干電池大電流放電時內(nèi)阻r的明顯的明顯變化變化4為了提高測量的精確度，在實驗中為了提高測量的精確度，在實驗

4、中I、U的變化范圍的變化范圍要大一些，計算要大一些，計算E、r時，時，U1和和U2、I1和和I2的差值要大的差值要大一些一些七、誤差分析七、誤差分析1電流表內(nèi)接時電路如圖電流表內(nèi)接時電路如圖4甲所示甲所示產(chǎn)生實驗誤差的原因是由于電壓表的分流造成的，測產(chǎn)生實驗誤差的原因是由于電壓表的分流造成的，測量值與真實值的關(guān)系為：量值與真實值的關(guān)系為：E測測E真真；r測測r真真典例典例1測量電源的電動勢測量電源的電動勢E及內(nèi)阻及內(nèi)阻r(E約為約為4.5 V，r約為約為1.5 )器材：量程器材：量程3 V的理想電壓表的理想電壓表V，量程，量程0.5 A的電流表的電流表A(有有一定的內(nèi)阻一定的內(nèi)阻)，固定電阻，

5、固定電阻R4 ，滑動變阻器，滑動變阻器R，電鍵，電鍵S，導線若干導線若干(1)畫出實驗電路原理圖圖中各元件需用題目中給出的符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號或字母標出 (2)實驗中，當電流表讀數(shù)為實驗中，當電流表讀數(shù)為I1時，電壓表讀數(shù)為時，電壓表讀數(shù)為U1；當電；當電流表讀數(shù)為流表讀數(shù)為I2時，電壓表讀數(shù)為時，電壓表讀數(shù)為U2.則可以求出則可以求出E_，r_.(用用I1，I2，U1，U2及及R表示表示)思路點撥思路點撥根據(jù)電流表和電壓表的特點選擇電路接法，根據(jù)電流表和電壓表的特點選擇電路接法，將測量數(shù)據(jù)代入公式將測量數(shù)據(jù)代入公式EUIr列方程組求解列方程組求解解析

6、解析(1)實驗中，由于電流表具有一定的未知阻值的電實驗中，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(nèi)接電路中最大電流即電流表阻，所以應將電流表內(nèi)接電路中最大電流即電流表A的的量程為量程為0.5 A，電源內(nèi)電壓最大值約為，電源內(nèi)電壓最大值約為0.51.5 V0.75 V，路端電壓最小值為路端電壓最小值為4.5 V0.75 V3.75 V，而電壓表量程，而電壓表量程為為3 V因此須將電阻因此須將電阻R置于并聯(lián)的測量電路外，這樣并置于并聯(lián)的測量電路外，這樣并聯(lián)電路的最小電壓聯(lián)電路的最小電壓U4.5 V0.5(1.54)V1.75 V，小，小于電壓表的量程所以實驗原理如圖于電壓表的量程所以實

7、驗原理如圖5所示所示 本題中測電源的電動勢和內(nèi)阻時，電壓表、電流表各本題中測電源的電動勢和內(nèi)阻時，電壓表、電流表各有一只，且量程固定，但電壓表量程較小，不可直接連在有一只，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到一定的分壓作用1某同學在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實某同學在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，串聯(lián)了一只驗中，串聯(lián)了一只2 的保護電阻的保護電阻R0，實驗電路如圖，實驗電路如圖6甲甲所示，請回答下列問題：所示，請回答下列問題：圖圖6(1)按電路

8、原理圖甲連接實物電路圖乙按電路原理圖甲連接實物電路圖乙(2)連好電路后，該同學開始實驗，閉合電鍵連好電路后，該同學開始實驗，閉合電鍵S后，他發(fā)現(xiàn)電后，他發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)不為零，他用多用電表的電流表的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)不為零，他用多用電表的電壓擋檢查電路，把兩表筆分別接壓擋檢查電路，把兩表筆分別接a、b和和b、c及及d、e時，示數(shù)時，示數(shù)均為零，把兩表筆接均為零，把兩表筆接c、d時，其示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，檢時，其示數(shù)與電壓表示數(shù)相同，檢查各接線柱均未接錯，且接觸良好，各接線之間也未發(fā)生短查各接線柱均未接錯，且接觸良好，各接線之間也未發(fā)生短路，由此可推斷故障原因應是路，由此

9、可推斷故障原因應是_(3)考慮電表本身電阻對測量結(jié)果的影響，分析造成本實驗考慮電表本身電阻對測量結(jié)果的影響，分析造成本實驗系統(tǒng)誤差的原因是：系統(tǒng)誤差的原因是：_.解析：解析：(1)如圖所示如圖所示答案：答案：(1)見解析見解析(2)c、d之間滑動變阻器斷路之間滑動變阻器斷路(3)由于電壓表分流，由于電壓表分流，E測測E真真，r測測r真真(2)因電壓表示數(shù)不為零，電流表示數(shù)為零，故電路的因電壓表示數(shù)不為零，電流表示數(shù)為零，故電路的斷點一定在有電流表的支路，又因斷點一定在有電流表的支路，又因c、d兩點接電壓表時，兩點接電壓表時，示數(shù)不為零，故斷路發(fā)生在示數(shù)不為零，故斷路發(fā)生在c、d之間的滑動變阻器

10、處之間的滑動變阻器處(3)因電壓表的分流，使電流表的示數(shù)小于流過電源的因電壓表的分流，使電流表的示數(shù)小于流過電源的電流造成：電流造成：E測測E真真，r測測r真真典例典例2在用電壓表和電流表測電池的電動勢和內(nèi)阻的在用電壓表和電流表測電池的電動勢和內(nèi)阻的實驗中，所用電壓表和電流表的內(nèi)阻分別為實驗中，所用電壓表和電流表的內(nèi)阻分別為1 k和和0.1 ，圖圖7中為實驗原理圖及所需器件圖中為實驗原理圖及所需器件圖(1)在圖中畫出連線，將器件按原理圖連接成實驗電路在圖中畫出連線，將器件按原理圖連接成實驗電路圖圖7 圖圖8(2)一位同學記錄的一位同學記錄的6組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)

11、這些數(shù)據(jù)在圖8中畫出中畫出UI圖象，根據(jù)圖象讀出電池的電動勢圖象，根據(jù)圖象讀出電池的電動勢E_V，求出電池內(nèi)阻，求出電池內(nèi)阻r_.I(A)0.120.200.310.320.500.570U(V)1.371.321.241.181.101.05(3)若不作出圖線，只選用其中兩組若不作出圖線，只選用其中兩組U和和I的數(shù)據(jù)，用公式的數(shù)據(jù)，用公式EUIr列方程求列方程求E和和r，這樣做可能得出誤差很大的結(jié)，這樣做可能得出誤差很大的結(jié)果，其中選用第果，其中選用第_組和第組和第_組的數(shù)據(jù)，求組的數(shù)據(jù)，求得得E和和r誤差最大誤差最大思路點撥思路點撥解答本題時應注意以下三點：解答本題時應注意以下三點：(1)

12、實物連線上注意電表量程、正負極及連線的位置實物連線上注意電表量程、正負極及連線的位置(2)描點后連線的原則描點后連線的原則(3)電源電動勢、內(nèi)阻的大小確定方法電源電動勢、內(nèi)阻的大小確定方法解析解析(1)按照實驗原理圖將實物圖連接起來，如圖按照實驗原理圖將實物圖連接起來，如圖9甲甲所示所示甲乙甲乙圖圖9(3)由圖線可以看出第由圖線可以看出第4組數(shù)據(jù)點偏離直線最遠，若取第組數(shù)據(jù)點偏離直線最遠，若取第3組組和第和第4組數(shù)據(jù)列方程組求組數(shù)據(jù)列方程組求E和和r，相當于過圖中，相當于過圖中3和和4兩點作兩點作一直線求一直線求E和和r，而此直線與所畫的直線偏離最大，所以選，而此直線與所畫的直線偏離最大，所以選用第用第3組和第組和第4組數(shù)據(jù)求得的組數(shù)據(jù)求得的E和和r誤差最大誤差最大答案答案(1)見解析見解析(2)1.460.71(3)342如圖如圖10甲所示的電路測定電池的電動勢和內(nèi)甲所示的電