2019-2020年高中物理 實(shí)驗(yàn)手冊(cè) 第二部分 實(shí)驗(yàn)12 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻.doc
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2019-2020年高中物理 實(shí)驗(yàn)手冊(cè) 第二部分 實(shí)驗(yàn)12 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 [實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯 1. 學(xué)習(xí)用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。 2. 學(xué)習(xí)用圖像法處理數(shù)據(jù)。 [實(shí)驗(yàn)器材] 伏特表,安培表,滑動(dòng)變阻器(0—10歐姆),待測(cè)電源(1號(hào)干電池2節(jié)),電鍵,導(dǎo)線若干,電阻箱或定值電阻(3 歐姆) [實(shí)驗(yàn)原理] 一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為 E,內(nèi)阻為 r 的電源與負(fù)載電阻 R 構(gòu)成一閉合電路如圖6-1,根據(jù)全電路歐姆定律,電動(dòng)勢(shì)E,內(nèi)電阻 r,電源的路端電壓和通過電源的電流 I 之間有如下關(guān)系: E = U + I r 對(duì)于給定的電源,E 和r 是一定的, I 和 U都隨負(fù)載電阻R的改變而改變。只要改變 R的阻值,即可測(cè)出兩組I和U數(shù)據(jù),然后代入方程組: E = U1 + I1 r (1) E = U2 + I2 r (2) R 圖6-1 圖6-2 U I E I短 r 就可以求出電動(dòng)勢(shì)E 和內(nèi)電阻r。但這樣做偶然誤差較大。 為了減小偶然誤差,我們可以多測(cè)幾組I和U的數(shù)據(jù)(例如6組或8組) 分別代入公式: , 最后求出平均值。 也可以用U—I圖線法對(duì)伏安法測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。從圖6-2可以看出U是I的一次函數(shù),所以U—I圖線應(yīng)是一條斜率為負(fù)值的直線。其特點(diǎn)是: (1) I = 0時(shí),U = E。這就是說,當(dāng)外電路斷路時(shí),路端電壓等于電源 電動(dòng)勢(shì)。反映在U—I圖線上就是圖線在縱軸U上的截距等于電源的電動(dòng)勢(shì)E。 (2) R = 0時(shí),U = 0,這時(shí)I = I短 =,當(dāng)電源短路時(shí),路端電壓為零, 這時(shí)電路中的電流并不是無窮大,而是等于短路電流I短 。反映在U—I圖線上就是斜線在橫軸I上的截距等于I短 ,根據(jù) ,可知,從圖中求出E 和I短 。 [實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)] 1.由于電池的內(nèi)阻較小,每個(gè)不大于0.5歐。當(dāng)電流最大為0.6安時(shí),電池的內(nèi)部壓降不過0.3伏,這樣就給采集電壓數(shù)據(jù)造成了一定困難。為此建議在電路中串入一個(gè)3歐的定值電阻(也可用電阻箱代替),如圖6—3所示。把串入的定值電阻看成是一個(gè)電源的內(nèi)阻,待算出后再減去,則可得到電池的內(nèi)阻。由于串聯(lián)了3歐的電阻,使得“電源”內(nèi)阻加大(約為4歐左右),這樣當(dāng)電流仍為0.6安時(shí),電池的內(nèi)部壓降可以達(dá)到2伏多。從采集數(shù)據(jù)的角度說要方便得多了。但串入的定值電阻也不宜過大,否則會(huì)使實(shí)驗(yàn)的相對(duì)誤差過大。 2.因?yàn)橹袑W(xué)物理實(shí)驗(yàn)所用電壓表的量程都是兩檔。并且考慮到電表指針擺動(dòng)范圍在1/3量程以上有效。 建議實(shí)驗(yàn)時(shí)用兩節(jié)干電池串聯(lián)作為電源,求出的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻均除以2作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 3.用伏安法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)有兩種電路聯(lián)接方式。參見圖6—3和圖6-4。 R0 V A R V A R 圖 6—3 圖 6—4 考慮到伏特表和安培表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,如果不是高內(nèi)阻電源(如疊層電池),應(yīng)采用圖6-3電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 4.當(dāng)用兩節(jié)干電池作電源,串一個(gè)3歐的電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),輸出電壓一般都在2伏以上。所以在做圖線時(shí),縱軸(U軸)的起點(diǎn)不宜從0開始,因?yàn)槟菢尤珗D的下半部都將是空白,圖線只集中在圖的上面1/3部分,這是不符合作圖要求的。所以縱軸的起點(diǎn)要視電壓的實(shí)驗(yàn)值(最小值)而定,但圖線與橫軸交點(diǎn)不在是短路電流,這一點(diǎn)請(qǐng)注意。 5.實(shí)驗(yàn)前先估算一下實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的電壓、電流值,合理選擇各儀表量程。 6.一號(hào)干電池長時(shí)間放電不宜超過0.3安,短時(shí)間放電不宜超過0.5安。每次讀數(shù)時(shí)通電時(shí)間不宜過長,電流不宜過大,否則電池的電動(dòng)勢(shì)會(huì)迅速跌落,內(nèi)阻劇增。 [實(shí)驗(yàn)步驟] 1. 按圖6-3所示電路連接實(shí)驗(yàn)線路。其中電源是兩節(jié)一號(hào)電池,與之串聯(lián)的定值電阻為3歐。 2. 移動(dòng)滑線變阻器的滑動(dòng)觸頭,使它的電阻處于最大值。然后閉合電鍵S開始實(shí)驗(yàn)。 3. 每次改變R的阻值,讀出對(duì)應(yīng)的安培表示數(shù)和伏特表示數(shù),將每次的 讀數(shù)記入表格,至少測(cè)六組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 4. 在坐標(biāo)紙上以電流I為橫坐標(biāo),路端電壓U為縱坐標(biāo),描出所記錄的各組I和U值的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。 5. 根據(jù)描出的各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)作出U—I圖線。 由此圖線確定出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。然后計(jì)算出平均每一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻。 [問題思考] 1.既然理論上已證明這里的U – I圖線是一條直線,那么做兩組( )值,描出兩個(gè)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),就可以確定此直線。為什么要測(cè)多組( )值,描出多個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)后再作圖?這樣做的意義是什么? 2.不用定值電阻再做一次這個(gè)實(shí)驗(yàn),你發(fā)現(xiàn)伏特表讀數(shù)的變化與有定值電阻時(shí)有什么不同?為什么? 3. 在測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中,測(cè)得幾組電流和路端電壓的值如下表所示,請(qǐng)根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)利用圖線法求出電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。 圖6-5- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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