1、5 学生实验：测量电源的电动势和内阻,第二章 直流电路,学习目标 1.知道测量电源的电动势和内阻的实验原理，进一步感受电源路端电压随电流变化的关系. 2.经历实验过程，掌握实验方法，学会根据图像合理外推进行数据处理的方法,内容索引,技能储备 明确原理 提炼方法,题型演练 学以致用 实训演练,达标检测 检测评价 达标过关,技能储备,1.伏安法：由EUIr知，只要测出U、I的 数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有 、 、_、 、 ，电路图如图1所示,一、测定电池电动势和内阻的实验方案设计,图1,两组,电池,开关,滑动变,阻器,电压表,电流表,2.安阻法：由EIRIr可
2、知，只要能得到 的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有 、 、 、，电路图如图2所示,图2,I、R,电池,开关,电阻箱,电流表,3.伏阻法：由EU 知，如果能得到 的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是 、 、 、，电路图如图3所示.,图3,U、R,电池,开关,电阻箱,电压表,二、实验操作与实验数据的处理,1.实验步骤(以伏安法为例) (1)电流表用00.6 A量程，电压表用03 V量程，按实验原理图连接好电路. (2)把滑动变阻器的滑片移到一端，使其接入电路中的阻值最大. (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数
3、据(I1、U1).用同样的方法测量几组I、U值. (4)断开开关，整理好器材. (5)处理数据，用公式法和图像法这两种方法求出电池的电动势和内阻.,2.实验数据的处理 (1)公式法 依次记录的多组数据(一般6组)如表所示：,分别将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求出它们的平均值作为测量结果.,(2)图像法 根据多次测出的U、I值，作UI图像； 将图线两侧延长，纵轴截距点意味着断路情况，它的数值就是电池电动势E； 横轴截距点(路端电压U0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流 (纵横坐标从零开始)； 图线斜率的绝对值等于电池的内阻r，即r ，如图4所
4、示.,图4,3.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，防止干电池大电流放电时内阻r的明显变化. (3)当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像时，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始. 如图5所示，此时图线与纵轴交点坐标值仍为电池的电 动势E，但图线与横轴交点坐标值不再是短路电流，内 阻要在直线上取较远的两点用r 求出.,图5,4.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：主要原因是电压表的分流作用，使得电流表
5、上读出的数值比流过电源的电流偏小一些.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6所示，可见E测E真，r测r真.,图6,题型演练,例1 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻.要求尽量减小实验误差. (1)应该选择的实验电路是图7中的_ (填“甲”或“乙”).,一、伏安法测电动势和内阻,图7,甲,答案,解析,解析 如果用乙电路，误差来源于电流表的分压，测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分，而电流表内阻与电源内阻很接近，故电源内阻测量误差大，用甲电路，误差来源于电压表的分流，因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻，故电压表分流很小.测量
6、引起的误差小，故选择甲电路图；,(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干，以及以下器材： A.电压表(015 V) B.电压表(03 V) C.滑动变阻器(020 ) D.滑动变阻器(0500 ) 实验中电压表应选用_；滑动变阻器应选用_.(选填相应器材前的字母),B,解析 电源电动势约为1.5 V，因此电压表量程选择3 V，故选B；为使电流表有较大角度的偏转，需选用总阻值小的滑动变阻器，故选C.,答案,解析,C,选择仪器时注意掌握的原则 1.安全性原则，即一定要保证仪器的安全，对电表来讲不超量程，对滑动变阻器来讲不能超其额定电流. 2.精确性原则，即要保证测量时读数精确，对电表来讲在
7、不超量程的前提下，尽量选用小量程的，对欧姆表(后面会讲到)来讲尽量让指针指在中值刻度附近. 3.方便性原则，此原则主要针对滑动变阻器来讲，在滑动变阻器控制电路时，电路的电压、电流的变化范围要尽可能大，以便获取多组测量值.,例2 在用电流表和电压表测电池的电动势和内电阻的实验中，所用电流表和电压表的内阻分别为0.1 和1 k，如图8所示为实验原理图及所需器材图.,图8,答案,解析,(1)在图中用笔画线代替导线将器件按原理图连接成实验电路.,答案 见解析图,解析 按照实验原理图将实物图连接起来，如图甲所示.,(2)一位同学记录的6组数据见下表：,答案,解析,试根据这些数据在图9中画出UI图像，根据
8、图像读出电池的电动势E_ V，求出电池内阻r_ .,答案 见解析图 1.46(1.451.47) 0.71(0.680.72),图9,1.伏阻法 (1)电路图：如图10所示 (2)实验原理：EU (3)数据处理 公式法,二、伏阻法和安阻法测电动势和内阻,图10,图像法,图11,2.安阻法 (1)电路图：如图12所示. (2)实验原理：EIRIr. (3)数据处理 公式法 由EI1R1I1r和EI2R2I2r可解出E和r.,图12,图13,图像法,例3 有一特殊电池，它的电动势约为 9 V，内阻约为40 ，已知该电池允许输出的最大电流为50 mA.为了测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图1
9、4甲所示电路进行实验，图中电流表的内阻RA5 ，R为电阻箱，阻值范围0999.9 ，R0为定值电阻，对电源起保护作用.,图14,(1)本实验中的R0应选_ (填字母). A.10 B.50 C.150 D.500 ,C,解析 当电阻箱接入电路的阻值为零时，电路中的电流不能超过50 mA，即电路中电阻的最小值约为180 ，其中包括电源内阻约为40 、电流表的内阻RA5 ，C选项最为合适.,答案,解析,(2)该同学接入符合要求的R0后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读取电流表的示数，记录多组数据，作出了如图乙所示的图线，则根据图线可求得该电池的电动势E_ V，内阻r_ .,10 45,解析 由U外
10、EIr得I(R0RRA)EIr，变形得,答案,解析,结合题图可得E10 V，r45 .,达标检测,1.(多选)某学生用电流表和电压表测干电池的电动势和内阻时，所用滑动变阻器的阻值范围为020 ，连接电路的实物图如图15所示.图中接线错误或不妥的是 A.滑动变阻器不起变阻作用 B.电流表接线有错 C.电压表量程选用不当 D.电压表接线不妥,答案,1,2,解析,图15,解析 变阻器要起到变阻作用，接入电路的两根导线一条接在上面的金属杆一端，另一条接在下面的接线柱上；电表接入电路，选好量程后，还应注意正、负接线柱，图中电流表接法不对；在实验中电压表不应并联在电源两端，因为开关断开后，电压表仍有读数.
11、,1,2,2.如图16 (a)所示是“测定电池的电动势和内阻”的实验电路，如果采用一节新干电池进行实验，实验时会发现，当滑动变阻器在阻值较大的范围内调节时，电压表读数变化很小，为了较精确地测量一节新干电池的内阻，加接一定值电阻，实验电路原理图如图(b)所示.可用以下给定的器材和一些导线来完成实验，器材：量程3 V的理想电压表V，量程0.6 A的电流表A(具有一定内阻)，定值电阻 R0(R01.5 )，滑动变阻器R1(010 )， 滑动变阻器R2(0200 )，开关S.,1,2,图16,(1)为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用_(填“R1”或“R2”). (2)用笔画线代替导线在图(c)中完成实物连接图.,1,2,R1,答案,答案 如图所示,(3)实验中改变滑动变阻器的阻值，测出几组电流表和电压表的读数，在给出的U-I坐标系中画出U-I图线如图(d)所示，则新干电池的内阻r_ .(保留两位有效数字),0.29(0.250.30均可),1,2,答案,
