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高中物理 第4章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 第3节 测量电源的电动势和内电阻学案 鲁科版选修3-1-鲁科版高二选修3-1物理学案VIP免费

高中物理 第4章 闭合电路欧姆定律和逻辑电路 第3节 测量电源的电动势和内电阻学案 鲁科版选修3-1-鲁科版高二选修3-1物理学案_第1页
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第3节测量电源的电动势和内电阻一、实验目的用伏安法测电源的电动势和内电阻。二、实验原理原理图如图4-3-1所示。图4-3-1改变滑动变阻器的阻值,测出两组I、U的数据,代入方程E=U+Ir,可得到方程组解此方程组可求得:电动势E=,内阻r=。三、实验器材待测电池一节、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线、坐标纸、直尺。四、实验步骤(1)确定电流表、电压表的量程,按电路图把器材连接好。(2)将滑动变阻器的滑片移到一端,使接入电路部分的电阻值最大。(3)闭合开关,调节变阻器,使电流表有明显读数,记录一组电流表和电压表的读数。(4)用同样方法,再次测量并记录几组U、I值。(5)断开开关,整理好器材。(6)根据测量的数据描绘UI图线,所得图线的延长线与纵轴U的交点即为电源的电动势E,图线斜率的绝对值即为电源的内阻r。五、数据处理1.代数法运用方程组求解E和r。为了减小实验的偶然误差,应该利用U、I值多求几组E和r的值,算出它们的平均值。2.图像法对于E、r一定的电源,路端电压U与通过干路的电流I的UI图线应该是一条直线(如图4-3-2),这条直线与纵轴U的交点表示电源的电动势E,与横轴I的交点表示短路电流I0,图线的斜率的绝对值表示电源的内电阻r。图4-3-2六、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过重,E、r明显变化。(2)在画UI图线时,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,而不要顾及个别离开较远的点以减小偶然误差。(3)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4-3-3甲所示的状况,下部分大面积空间得不到利用,为此可使坐标不从零开始,如图4-3-3乙所示,纵坐标1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,计算内阻要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。图4-3-3(4)合理地选择电压表与电流表的量程可以减小读数误差,电压表选取0~3V量程,电流表选取0~0.6A量程。(5)一般不采取解方程组的方法处理数据,太麻烦,如果采用的话,在连续得到的六组数据中,第一组和第四组,第二组和第五组,第三组和第六组分别组成方程组,如:分别解出E、r,再取平均值作为测量结果。七、误差分析1.电流表内接电路如图4-3-4甲所示,产生实验误差的原因是由于电压表的分流造成的,测量值与真实值的关系为:E测<E真;r测<r真。图4-3-42.电流表外接电路如图4-3-4乙所示,产生实验误差的原因是由于电流表的分压造成的,测量值与真实值的关系为:E测>E真;r测>r真。八、其他方案设计(1)一个电流表和两个定值电阻(或一个电阻箱)。电路图如图4-3-5所示。方程组图4-3-5结果(2)一个电压表和两个定值电阻(或一个变阻箱)。电路图如图4-3-6所示。方程组图4-3-6结果(3)两个电压表(量程已知,内阻不知)。电路图如图4-3-7甲、乙所示。2图4-3-7方程组:结果:实验原理的理解[例1]测量电源B的电动势E和r(E约为4.5V,r约为1.5Ω)。器材:量程3V的理想电压表V,量程0.5A的电流表A(具有一定内阻),定值电阻R=4Ω,滑动变阻器R′,开关S,导线若干。(1)画出实验电路原理图。图中各元件需用题目中给出的符号或字母标出。(2)实验中,当电流表读数为I1时,电压表读数为U1;当电流表读数为I2时,电压表读数为U2,则可以求出E=________,r=________。(用I1、I2、U1、U2及R表示)[解析](1)实验中由于电流表具有一定的电阻,故电流表相对于电源应该外接。电路中最大电流为电流表的量程0.5A,故路端电压最小为E-Imaxr=3.75V,大于电压表的量程3V,所以保护电阻R应置于并联部分之外,这样电压表电压U=4.5V-0.5×(1.5+4)V=1.75V,这样才小于电压表量程。故实验原理图如图所示。(2)由实验原理图可得:E=U1+I1(R+r),E=U2+I2(R+r),所以E=,r=-R。[答案](1)见解析图(2)-R实验数据的处理[例2]用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r,所用的电路如图4-3-8所示,一位同学测得的6组数据如下表中所示:图4-3-8组别I/AU/V10.121.3720.201....

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