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實驗測定電源的電動勢和內(nèi)阻

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實驗測定電源的電動勢和內(nèi)阻

沁陽市物理備課組 主備 張衛(wèi)平 審定 張德華 2007年12月18日實驗 測定電源的電動勢和內(nèi)阻【實驗?zāi)康摹?掌握利用電壓表和電流表測量電池電動勢和內(nèi)電阻的方法;2學(xué)會利用圖線處理數(shù)據(jù)的方法。3使學(xué)生理解和掌握運用實驗手段處理物理問題的基本程序和技能,具備敢于質(zhì)疑的習(xí)慣、嚴謹求實的態(tài)度和不斷求索的精神,培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力和操作能力,提高學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的動機和興趣。【實驗原理】由閉合電路的歐姆定律IE(Rr)可得:UEIr,式中E、r為電源電動勢和內(nèi)電阻,在電路中不隨外電阻的變化而改變。當外電阻R變化時,路端電壓U及電路中的電流I將發(fā)生改變。如改變外電阻,求得n組U、I值,即可由公式法或圖象法求得E、r?!緦嶒炂鞑摹侩娏鞅?,電壓表,滑動變阻器,開關(guān),電池,電池盒,一小電阻(可充當電源內(nèi)阻),導(dǎo)線若干?!緦嶒灢襟E】VARS圖1連接電路,如圖1所示。電流表取0.6A量程,電壓表取3V量程,移動觸頭位置,使電鍵剛閉合時,連入電路的有效阻值最大。測幾組(I,U)值。閉合電鍵,移動變阻器觸頭位置,使電流表有明顯示數(shù),記下一組(I,U)值,斷開電鍵,用同樣方法,多次移動變阻器觸頭位置,記錄多組(I,U)值,然后斷開電鍵。建立坐標系、描點??v軸表示電壓,橫軸表示電流,取合適的標度,使所描坐標點分布絕大部分坐標紙,必要時縱坐標可以不從零開始計數(shù)。據(jù)描出的坐標點作出UI圖象。應(yīng)使圖象盡量多地通過描出的點,不在圖象上的點要盡量對稱地分布于圖線兩側(cè),對于個別離圖線較遠的點,誤差很大,應(yīng)堅決舍棄。測算電動勢和內(nèi)電阻。準確讀出UI圖象與縱軸和橫軸的交點坐標,并代入U=E-Ir中,算出E,r。 【注意事項】1由于干電池的內(nèi)電阻較小(05歐15歐),如果電路短路,電路中電流過大,會損壞電表和電池,因而調(diào)節(jié)滑動變阻器時要防止電阻為零的情況發(fā)生。2一般來說干電池的電動勢和內(nèi)電阻是要變化的,隨著電池使用時間的增加,它的電動勢減小,內(nèi)電阻增加。實驗中使用電動勢為14伏左右半新電池效果較好。如果是新電池,電動勢在155伏到158伏之間,使用前應(yīng)用小電流放一下電,使電動勢降到15伏,并且穩(wěn)定下來。3實驗時為了不使在外電阻較小時,電路中的電流長時間超過干電池的正常放電電流(03安),應(yīng)使通電時間越短越好,只是在讀取數(shù)據(jù)時讓電路接通,否則易損傷電池。4改變滑動變阻器的阻值時,最好讓兩個電表中的一個表的指針指整數(shù)格,每次的電阻值的變化適當大一些,可以減小讀數(shù)誤差,電表讀數(shù)應(yīng)多估計一位。5圖線坐標軸的單位長度取得是否合適直接影響作圖的準確性。圖線的傾角最好接近45,坐標原點可以不從零開始,比如縱坐標原點可從比測量時的最小電壓稍小的某一電壓值U0開始。但這時圖線與橫軸的交點I不再是短路電流,電源內(nèi)電阻為:【誤差分析】實驗中的誤差屬于系統(tǒng)誤差,因為電壓表的分流作用 所以 I真=I測IV即(I真-I測),反映在圖線上:當U=0時,IV0 II真故r真r測 E真E測【經(jīng)典例題】例1 (2006廣東)某同學(xué)設(shè)計了一個如圖所示的實驗電路,用以測定電源電動勢和內(nèi)阻,使用的實驗器材為:待測干電池組(電動勢約3V)、電流表(量程0.6A,內(nèi)阻小于1)、電阻箱(099.99)、滑動變阻器(010)、單刀雙擲開關(guān)、單刀單擲開關(guān)各一個及導(dǎo)線若干??紤]到干電池的內(nèi)阻較小,電流表的內(nèi)阻不能忽略。(1)該同學(xué)按圖連線,通過控制開關(guān)狀態(tài),測得電流表內(nèi)阻約為0.20。試分析該測量產(chǎn)生誤差的原因是_。(2)簡要寫出利用圖7所示電路測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗步驟:_;_。(3)圖是由實驗數(shù)據(jù)繪出的圖象,由此求出待測干電池組的電動勢E_V、內(nèi)阻r_ 。(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)ACDSKAPBRRAEr圖7 【答案】:(1)并聯(lián)電阻箱后線路總阻值減小,從而造成總電流增大 (2)調(diào)節(jié)電阻箱R,斷開開關(guān)K,將開關(guān) S接D,記錄電阻箱的阻值和電流表示數(shù);斷開開關(guān)D,再次調(diào)節(jié)電阻箱R,將開關(guān)S接D,記錄電阻箱的阻值和電流表示數(shù) (3)2.81 2.33 【解析】:測定電源電動勢和內(nèi)阻實驗的原理知,此種接法出現(xiàn)誤差的原因是電流表的分壓作用。而R=r+r,圖線的斜率表示電源電動勢的倒數(shù),據(jù)此得出電動勢E2.81V, 內(nèi) 阻 r2.33。有的考生不能正確理解圖象的物理意義,從而無法得出正確的答案。 例2、測定電池電動勢與內(nèi)電阻的電路,有如圖甲、乙兩種,r,U,I各量的真實值與測量值均可在足碼上標出,電流表與電壓表內(nèi)阻用RA與Rv表示。BAIUO (1)由甲圖可知,電壓的誤差U 由此可知I越大,U 。若I=0,則U= 。由此可以判定,在電池的UI圖線中,實線是真實值的圖象,那么用電路甲測得的UI圖線便是虛線 ,由該電路測得的電動勢內(nèi)電阻分析:甲圖中路端電壓的真實值 電壓誤差 當I=0時,U=0 即 U-I的圖象是B。由于虛線B比實線斜率大,故解答:由甲圖可知,電壓的誤差由此可知I越大,U越大。若I=0,則U=0。由此可以判定,在電池的UI圖線中,實線是真實值的圖象,那么用電路甲測得的UI圖線便是虛線B,由該電路測得的電動勢內(nèi)電阻同理在乙圖中 路端電壓 電流誤差I(lǐng)=U/Rv 當U=0時,I=0 即 U-I的圖象是A。由虛線A可知由于虛線A比實線斜率小,故。(2).測定電池電動勢還有另外兩種方法:用電阻箱及一只電表(電壓表或電流表),試畫出測量的電路圖,需要測定的實驗數(shù)據(jù)?寫出計算電動勢及內(nèi)阻的表達式。解:電路圖如丙與丁所示,圖丙中,電阻為R1時電壓為U1;電阻為R2時電壓為U2; 由 解得: 解:圖丁中電阻為R1時電流為I1;電阻為R2時電流為I2;由 解得 【同步練習(xí)】1下面給出多種用伏安法測電池電動勢和內(nèi)電阻的數(shù)據(jù)處理方法,其中既能減小偶然誤差,又直觀、簡便的方法是:(C)A測出兩組I、U的數(shù)據(jù),代入方程組=U1+I1r和=U2+I2r,求出、r。B多測幾組I、U的數(shù)據(jù),求出幾組、r,最后分別求出其平均值。C測出多組I、U的數(shù)據(jù),畫出U-I圖象,再根據(jù)圖象求出、r。D多出多組I、U的數(shù)據(jù),分別求出I和U的平均值,用電壓表測出斷路時的路端電壓即為電動勢,再用閉合電路歐姆定律求出內(nèi)電阻r。2在測定電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中,有待測電池、開關(guān)和導(dǎo)線,配合下列哪組儀器,可以達到實驗?zāi)康摹?ABC)A一只電流表和一個電阻箱。B一只電流表、一只電壓表和一個滑動變阻器。C一只電壓表和一個電阻箱。D一只電流表和一個滑動變阻器。3. 在用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)電阻的實驗中,所用電流表和電壓表的內(nèi)阻分別為0.1歐姆和1千歐姆.下面分別為實驗原理圖及所需的器件圖.(1)試在下圖中畫出連線,將器件按原理圖連接成實電路.(2)一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見表.試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在下圖中畫出U-I圖線.根據(jù)圖線讀出電池的電動勢= 伏,根據(jù)圖線求出電池內(nèi)阻r= 歐.參考答案:接線出現(xiàn)任何錯誤都不給這3分.=1.46伏,r=0.72歐.(高考評分標準:全題5分.正確畫得U-I圖線給2分.U-I圖上由各組數(shù)據(jù)標出的六個點的位置要準確,連直線時第四組數(shù)據(jù)(0.32安,1.18伏)標出的點應(yīng)該舍去不顧.的答數(shù)在1.460.02伏范圍內(nèi)的都給1分.r的答數(shù)在0.720.05歐范圍內(nèi)的都給2分.)4要求測量由2節(jié)干電池串聯(lián)而成的電池組的電動勢和內(nèi)阻r(約幾歐),提供下列器材:電壓表V(量程3V,內(nèi)阻1k)、電壓表V2(量程15V,內(nèi)阻2k)、電阻箱(09999)、電鍵、導(dǎo)線若干。某同學(xué)用量程為15 V的電壓表連接成如圖所示的電路,實驗步驟如下:(l)合上電鍵S,將電阻箱R阻值調(diào)到R110,讀得電壓表的讀數(shù)為U1(2)將電阻箱R阻值調(diào)到R220,讀得電壓表的讀數(shù)為U2,由方程組U1U1r/R1、U2U2/R2 解出、r為了減少實驗誤差,上述實驗在選擇器材和實驗步驟中,應(yīng)做哪些改進? 參考答案:應(yīng)選用量程為3V的電壓表改變電阻箱阻值R,讀取若干個U的值,由IU/R計算出電流的值,然后作出UI圖線,得到、r。5. 測量電源的電動勢及內(nèi)阻的實驗電路如圖1所示。圖2中給出的器材有:待測的電源(電動勢約為4V,內(nèi)阻約為2),電壓表(內(nèi)阻很大,有5V、15V兩個量程),電流表(內(nèi)阻不計,有0.1A、1A兩個是程),滑線變阻器(阻值范圍010),開關(guān)。另有導(dǎo)線若干。試按照圖1中的電路在圖2中畫出連線,將器材連接成實驗電路(要求正確選擇電表量程,以保證儀器的安全并使測量有盡可能高的精確度)。參考答案:連線如圖所示第 4 頁 共 4 頁

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