1、第5节 学生实验:测量电源的电动势和内阻,实验探究,实验基础,典例研习,实验基础 解读实验萃取精华,一、实验目的 1.用伏安法测电源电动势和内电阻. 2.掌握用图像法处理实验数据.,二、实验原理 实验电路:如图所示.,若改变外电路电阻R,用电流表和电压表测出两组总电流I1,I2和对应路端电压U1,U2,由E=U+Ir可得到两个二元一次方程组,从而解得电源的电动势和内阻.,三、实验器材 被测电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线.,实验探究 探寻结论提升精度,一、实验操作 1.确定电流表、电压表的量程,按电路图把器材连接好,如图所示.,2.把滑动变阻器的滑动片移到使阻值最大一端. 3.闭合
2、开关,调节变阻器,使电流表有明显示数,记录一组电流表和电压表的示数,用同样的方法测量并记录几组I和U的值,并填入表格. 4.断开开关,拆去实验线路,整理好器材.,二、数据处理 1.代数法:利用U,I的值分别列出若干关于E=U+Ir方程组,求出若干组E和r的值,算出它们的平均值作为测量结果. 2.图像法 (1)以I为横坐标、U为纵坐标建立平面直角坐标系,根据几组I,U的测量数据在坐标系中描点. (2)用直尺画一条直线,使尽量多的点落在这条直线上,不在直线上的点,能大致均衡地分布在直线两侧.,(3)如图所示:,图线与纵轴交点为E.,图线与横轴交点为I短= .,图线的斜率表示r=| |.,三、误差分
3、析,四、注意事项 1.使用内阻大些(用过一段时间)的干电池,在实验中不要将I调得过大,每次读完U,I读数立即断电,以免干电池在大电流放电时极化现象严重使E,r明显变化.,2.干电池内阻较小时U的变化较小,坐标图中数据点将呈现如图(甲)所示的状况,为此可使坐标不从零开始,如图(乙)所示,纵坐标不从零开始,把纵坐标的比例放大,可使结果的误差减小些.此时图线与横轴交点不表示短路电流,在直线上任取两个相距较远的点,用r=| |计算出电池的内阻r.,3.合理地选择电压表与电流表的量程可以减小读数误差.,典例研习 通法悟道拓宽思路,类型一,仪器的选取和实物连线,【例1】 “用电流表和电压表测定电池的电动势
4、和内阻”的实验,供选用的器材有: A.电流表(量程:00.6 A,RA=1 ) B.电流表(量程:03 A,RA=0.6 ) C.电压表(量程:03 V,RV=5 k) D.电压表(量程:015 V,RV=10 k) E.滑动变阻器(010 ,额定电流1.5 A) F.滑动变阻器(02 k,额定电流0.2 A) G.待测电源(一节一号干电池)、开关、导线若干,(1)请在虚线框中画出本实验的实验电路图.,(2)电路中电流表应选用 ,电压表应选用 ,滑动变阻器应选用 .(用字母代号填写) (3)如图所示为实验所需器材,请按实验原理图连接成正确的实验电路.,核心点拨 选择电路:电压表要并联在电源两端
5、. 选择电表:根据电源电动势的大小选择电压表的量程;一节电池供电,电流不会太大,且小量程电表更容易读数. 电阻的选择:阻值太大,调节范围太小,很容易造成短路. 如何连接:先连接外围干路,最后再连电压表.,解析:(1)电路如图所示,由于在电路中只要求电压表的内阻RVr,这种条件很容易实现,所以应使用该电路.,(2)考虑到待测电源只有一节干电池,所以电压表应选C;放电电流又不能太大,一般不超过0.5 A,所以电流表应选A;滑动变阻器不能选择阻值太大的,从允许最大电流和减小实验误差的角度来看,应选择电阻较小额定电流较大的滑动变阻器E,故器材应选A,C,E.,(3)如图所示.,答案:(1)见解析 (2
6、)A C E (3)见解析,规律方法 器材的选择原则 实验器材的选取应遵循安全、精确和操作方便的原则.本实验的误差主要来自电压表的分流.因此实验中滑动变阻器的选择原则是:阻值范围较小而额定电流较大;电压表的选择原则是:在满足量程要求的前提下选取内阻较大的;电流表的选择需根据电源和选用的滑动变阻器来确定.,类型二,实验数据的处理,【例2】 (2015江苏卷,10)小明利用如图(甲)所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻. (1)图中电流表的示数为 A.,解析:(1)电流表所用量程为00.6 A,其分度值为0.02 A,其示数为0.4 A+ 20.02 A=0.44 A.,答案:(1)0.44,
7、(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:,请根据表中的数据,在图(乙)中作出U-I图线.,由图线求得:电动势E= V;内阻r= .,答案:(2)U-I图线见解析 1.60(1.581.62都算对) 1.2(1.181.26都算对),解析:(3)干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化,导致实验误差增大.,(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合.其实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为 .,答案:(3)见解析,类型三,用其他方法测E和r,【例3】 利用如图(a)所示电路,可以测量电源的电动势和内阻,所用的实验器材有:,待测电源,电阻箱R(最大阻
8、值999.9 ),电阻R0(阻值为3.0 ),电阻R1(阻值为3.0 ),电流表 (量程为200 mA,内阻为RA=6.0 ),开关S. 实验步骤如下: 将电阻箱阻值调到最大,闭合开关S; 多次调节电阻箱,记下电流表的示数I和电阻箱相应的阻值R;,求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b.,回答下列问题: (1)分别用E和r表示电源的电动势和内阻,则 与R的关系式为 .,(2)实验得到的部分数据如下表所示,其中电阻R=3.0 时电流表的示数如图(b)所示,读出数据,完成下表. 答: , .,答案:(2)0.110 9.09,解析:(2)电流表每小格表示4 mA,因此电流表读数是0.110 A,倒数是9.09A-1.,(3)在图(c)的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图,根据图线求得斜率k= A-1-1,截距b= A-1. (4)根据图线求得电源电动势E= V,内阻r= .,答案:(3)1.0 6.0 (4)3.0 1.0,解析:(3)根据给出的点,画出一条直线,如图所示,得出斜率k=1.0 A-1-1,截距b=6.0 A-1.,谢谢观赏！,
