4.3测量电源的电动势和内阻 学案-2021年粤教版(新教材)物理必修第三册
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1、第三节第三节 测量电源的电动势和内阻测量电源的电动势和内阻 学习目标 1.掌握伏安法测量电动势和内阻的原理,能正确操作并进行实验数据的处理.2.掌握安阻法、伏 阻法测量电动势和内阻的原理,并会用图像法处理数据 伏安法测量电源的电动势和内阻 1实验器材 被测干电池一节(E 约为 1.5 V)、 直流电压表(量程 3 V)、 直流电流表(量程 0.6 A)、 滑动变阻器 R(阻值范围 0 15 、额定电流 2 A)、导线、开关 2实验原理 如图 1 所示,根据闭合电路欧姆定律 EUIr,可得 UEIr,以电流 I 为横轴,电压 U 为纵轴得到 U I 图像,图线在纵轴上的截距在数值上等于电源电动势
2、 E,图线的斜率在数值上等于电源的内阻 r. 图 1 3实验操作与数据处理 (1)确定电流表、电压表的量程,按图示连接好电路,并将滑动变阻器的滑片移到使接入电路的阻值为最大 值的一端 (2)闭合开关 S,接通电路,将滑动变阻器的滑片由一端向另一端移动,从电流表有明显读数开始,记录一 组电流表、电压表读数,并把数据记录在下表中 (3)用同样的方法,依次记录多组 U、I 的值 (4)断开开关 S,拆除电路 (5)以 U 为纵轴,I 为横轴,将记录的电压、电流值标在坐标纸上,过这些点作一条直线,根据纵轴截距求 出电源电动势,根据斜率大小求出内阻 物理量 实验次数 1 2 3 4 5 U/V I/A
3、4.误差分析 (1)偶然误差:主要来源于电压表和电流表的读数以及作 UI 图像时描点不准确 (2)系统误差:主要原因是未考虑电压表的分流作用,使得电流表上读出的数值比实际的总电流(即流过电源 的电流)要小一些U 越大,电流表的读数与总电流的偏差就越大,将测量结果与真实情况在 UI 坐标系中 表示出来,如图 2 所示,可见 E测E真,r测r真 图 2 5注意事项 (1)为使电池的路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电池和内阻较大的电压表 (2)实验中不能将电流调得过大,且读数要快,读完后立即切断电源,防止干电池因大电流放电时间过长导 致内阻 r 发生明显变化 (3)当路端电压变化不是很明显时
4、,作 UI 图像时,纵轴单位可以取得小一些,且纵轴起点可以不从零开始 (4)画 UI 图像时,要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧,个别偏离直线太远的点 可舍去不予考虑这样,就可使偶然误差得到部分抵消,从而提高精确度 一、伏安法测量电源的电动势和内阻 (2020 莆田市第一中学高二期末)某同学用伏安法测一节干电池的电动势 E 和内电阻 r,所给的其他 器材有: 图 3 A电压表 V:03 V15 V B电流表 A:00.6 A3 A C滑动变阻器 R1:(20 ,1 A) D滑动变阻器 R2:(1 000 ,0.1 A) E电阻箱 R(0999.9 ) F开关和导线若干 (1
5、)实验中电压表应选用的量程为 (选填“03 V”或“015 V”),电流表应选用的量程为 (选填“00.6 A”或“03 A”),滑动变阻器应选用 (选填字母代号“R1”或“R2”); (2)根据实验要求在图 3 甲虚线框中画出电路图,并补充连接实物电路图乙; (3)测出几组电流、电压的数值,并画出 UI 图像如图丙所示,由图像知该电池的电动势 E V,内 电阻 r . 答案 (1)03 V 00.6 A R1 (2)见解析图(a) 见解析图(b) (3)1.5 2.5 解析 (1)由题图丙可知,电流小于 0.6 A,故电流表应选用的量程为 00.6 A;而电池的电动势约为 1.5 V, 故电
6、压表应选用的量程为 03 V;为了调节方便并能减小误差,故滑动变阻器应选用 R1. (2)对照电路原理图,连接实物图 (3)UI图像的纵轴截距表示电池的电动势, 故该电池的电动势E1.5 V; 斜率的绝对值表示电源的内电阻, 故 r1.51.0 0.2 2.5 . 二、安阻法测量电源的电动势和内阻 1实验原理 如图 4 甲所示, 根据闭合电路欧姆定律 EIRIr, 得1 I 1 ER r E, 以电阻 R 为横轴, 以电流的倒数 1 I为纵轴, 得到1 IR 图像是一条直线 如图乙所示,直线的斜率 k 在数值上等于1 E,纵轴截距 b 在数值上等于 r E,所以 E 1 k,r b k. 图
7、4 2实验操作与数据处理 (1)按实验原理图连接好实验电路,检查电流表的量程是否合适,并把电阻箱的阻值调至最大 (2)闭合开关 S,调节电阻箱,使电流表有明显示数,读取此时电阻 R 和电流表示数 I,并把数据记录在下表 中 物理量 实验次数 1 2 3 4 5 R/ I/A 1 I/A 1 (3)改变电阻箱的阻值,重复上述步骤(2),将测量结果记录在表中 (4)断开开关,整理器材 (5)以1 I为纵轴,R 为横轴,将记录的数据在坐标纸上描点,过这些点作一条直线,确定直线的斜率和纵轴上 的截距,计算出电动势和内阻 说明:由 EIRIr 得 RE1 Ir,所以本实验也可作 R 1 I图像,R 1
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