高中物理 第二章 直流电路 第7讲 学生实验：测量电源的电动势和内阻学案 教科版选修3-1-教科版高二选修3-1物理学案VIP免费

第7讲学生实验：测量电源的电动势和内阻[目标定位]1.知道测量电源的电动势和内阻的实验原理.2.通过实验过程，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.3.尝试分析电源电动势和内阻的测量误差，了解测量中减小误差的方法．一、实验原理和方法1．伏安法：由E＝U＋Ir知，只要测出U、I的两组数据，就可以列出两个关于E、r的方程，从而解出E、r，用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表，电路图如图1所示．图1图22．安阻法：由E＝IR＋Ir可知，只要能得到I、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表，电路图如图2所示．3．伏阻法：由E＝U＋r知，如果能得到U、R的两组数据，列出关于E、r的两个方程，就能解出E、r，用到的器材是电池、开关、电阻箱、电压表，电路图如图3所示．图3二、实验步骤(以伏安法为例)1．电流表用0～0.6A量程，电压表用0～3V量程，按实验原理图连接好电路(如图1)．2．把滑动变阻器的滑片移到一端，使其阻值最大．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．三、实验数据的处理1．计算法：由E＝U1＋I1r，E＝U2＋I2r可解得E＝，r＝.可以利用U、I的值多求几组E、r的值，算出它们的平均值．2．作图法：图4(1)本实验中，为了减少实验误差，一般用图像法处理实验数据，即根据多次测出的U、I值，作U－I图像；(2)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；(3)横轴截距点(路端电压U＝0)意味着短路情况，它的数值就是短路电流；(4)图线斜率的绝对值即电池的内阻r，即r＝||＝，如图4所示．四、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，防止干电池因大电流放电时间过长导致内阻r发生明显变化．3．当干电池的路端电压变化不很明显时，作图像，纵轴单位可取得小一些，且纵轴起点可不从零开始．图5如图5所示，此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势E，但图线与横轴交点不再是短路电流，内阻要在直线上取较远的两点用r＝||求出．五、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U－I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U－I坐标系中表示出来，可以得到E测＜E真，r测＜r真．例1在“用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻”的实验中．(1)备有如下器材A．干电池1节B．滑动变阻器(0～20Ω)C．滑动变阻器(0～1kΩ)D．电压表(0～3V)E．电流表(0～0.6A)F．电流表(0～3A)G．开关、导线若干其中滑动变阻器应选________，电流表应选________．(只填器材前的序号)(2)为了最大限度的减小实验误差，请在虚线框中画出该实验最合理的电路图．图6(3)某同学根据实验数据画出的U－I图像如图6所示，由图像可得电池的电动势为________V，内阻为________Ω.(4)写出该实验误差的原因：______________；电动势的测量值______真实值，内阻的测量值________真实值．(填“大于”“等于”或“小于”)解析(1)滑动变阻器的最大值一般为待测电阻的几倍时较好，在该实验中因干电池内阻比较小，故滑动变阻器选择较小一点的即可，故滑动变阻器应选B.(也可以从便于调节的角度来分析，应该选择阻值较小的滑动变阻器．)电流表的量程要大于电源允许通过的最大电流，对于干电池来讲允许通过的最大电流一般是0.5A，故需要选择0～0.6A，所以电流表应选E.(2)电路图如图所示．(3)由U－I图像可知：纵轴截距为1.5V，故干电池的电动势为1.5V；内阻r＝＝Ω＝1Ω.(4)由于电压表的分流作用，使电流表读数总是比干路电流小，造成E测＜E真，r测＜r真．答案(1)BE(2)见解析图(3)1.51(4)电压表的分流小于小于例2某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻...