测量电源的电动势和内阻.docx

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1、测量电源的电动势和内阻4.2测量电源的电动势和内阻 课标要求 1掌握利用电压表和电流表测量电池电动势和内电阻的方法； 2学会利用图线处理数据的方法。 3使学生理解和掌握运用实验手段处理物理问题的基本程序和技能，具备敢于质疑的习惯、严谨求实的态度和不断求索的精神，培养学生观察能力、思维能力和操作能力，提高学生对物理学习的动机和兴趣。 课前复习 1测量电源的电动势和内阻的原理 用电压表、电流表、可变电阻测量。如图所示： 测出两组U、I值，就能算出电动势和内阻。 原理公式：E=U+Ir 用电流表、电阻箱测量。如图所示： 测出两组I、R值，就能算出电动势和内阻。 原理公式：E=I(R+r) 用电压表、

2、电阻箱测量。如图所示： 测出两组U、R值，就能算出电动势和内阻。 原理公式：E=U+URr 自主探究 一、测量电路设计 下面我们以图所示的方法介绍实验步骤和实验数据的处理方法。 思考与讨论：怎样设计需要的器材及实验过程？ 提示：1测量电源的电动势和内阻的实验器材： 电池、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线，坐标纸。 图 图 图 图 2测量电源的电动势和内阻的实验步骤： 确定电流表、电压表的量程，按照电路原理图把器材连接好。 把滑动变阻器滑片移到电阻最大的一端。 闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数，记录一组电压表和电流表的读数，用同样方法测量并记录几组I、U值。 断开电键，整理好器材。

3、 二、数据处理方法 思考与讨论1：怎样处理实验数据？ 提示：1、代数法，运用方程组E=U1+I1r, E=U2+I2r,求解E和r.为了减小实验误差，应该多找几组数据求平均值。 2、图像法：在坐标纸上建立坐标系，纵轴为U，横轴为I，一条倾斜直线，斜率即为内阻的大小，图像与U轴交点即为电源电动势。 思考与讨论2：怎样分析实验过程中的误差？ 提示：1、安培表外接 外接法电路如图1所示，由于电流表得分压，电压表测得的电压并不是真正的路端电压，这种接法测量值和真实值之间的关系如何呢？ 设滑动变阻器的滑片在某一位置时电路中的电流表的示数为I1,电压表的示数为U1,改变滑片的位置，电流表中的示数为I2 ,

4、电压表的示数为U2 由闭合电路的欧姆定律得：如果不考虑电表的影响则有 E=U1+I1 r E=U2+I2 r 解得：E测=U2-U1UI-U1I2 r测=21 I1-I2I1-I2图1 如果考虑电表的影响，设电流表的内阻为RA则有 E=U1+I1r+I1RA E=U2+I2r+I2RA 解得：r真= 电流表外接时，由于测量的电流是干路中的电流，图2 U2-U1UI-U1I2 -RA r真=21I1-I2I1-I2测量的电压比路端电压小，所以，同一个电流I下，电压的测量值总是在电压的真实值的下方，反映在图像上如图2所示。 比较可得：E测E真，r测r真 ，测量的内电阻比真实的内电阻大，多的数值为电

5、流表的内阻，由于一般电源的内阻和电流表的内阻相差不多，采用这种接法时，使得内电阻测量的误差非常大，一般不采用这种接法。 2、电流表内接 电流表内界的电路如图3所示,由于电压标的分流，测得的电流并不是通过电源的电流，采用这种接法时，电动势和内阻的测量值和真实值之间又有什么关系呢？ 设滑动变阻器的滑片在某一位置时电路中的电流表的示数为I1,电压表的示数为U1,改变滑片的位置，电流表中的示数为I2 ,电压表的示数为U2 由闭合电路的欧姆定律得：如果不考虑电表的影响则有 E=U1+I1 r E=U2+I2 r 解得：E测=图3 U2-U1UI-U1I2 r测=21 I1-I2I1-I2 如果考虑电表的

6、影响，设电流表的内阻为RV则有 U1E=U1+I+1RV解得:r真=U2 rE=U+I+22Rr VU2-U1U2I1-U1I2 E= U2-U1U2-U1I1-I2-I1-I2-RVRV比较可得：E测E真，r测r真 ，测量的内电阻和电动势都比真实的内电阻和电动势小，由于电压表的内阻RV一般比较大，并且U2U1比较小，所以U2-U1很小，它的数值对实验影响小，采用这种接法时，使得内电阻和电动势RV测量的误差较小，一般采用这种接法测电动势和内电阻。 思考与讨论3：测量电源的电动势和内阻需要注意哪些事项？ 提示：实验电路图：安培表和滑动变阻器串联后与伏特表并联。 测量误差：E、r测量值均小于真实值

7、。 安培表一般选00.6A档，伏特表一般选03V档。 电流不能过大，一般小于0.5A。 四、典型例题 知识点1：仪器选择 例1：在测一节干电池的电动势和内阻的实验中，变阻器和电压表各有两个供选：A电压表量程为15V，B电压表量程为3V，A变阻器为，B变阻器为。 电压表应该选 ，E为电源。现用图中电路测量电源电动势E及电阻Rx。 写出操作步骤： 由R及测得的量，可得E= ，Rx= 。 A或B），这是因A或B），这是因答案：K1断开，K2接到a端，记下电压表的读数U1 K2接到a端，K1闭合，记下电压表的读数U2 K1仍闭合，K2接到b端，记下电压表的读数U3 U1；Rx=U3R U2-U3点拨提

8、升：伏安法测量电源电动势和内阻时，要注意电流表的内外接，以及判断方法，尽量减少系统误差。 例3、测量电源B的电动势E及内阻r。 器材：量程3V的理想电压表V，量程0.5A的电流表A，固定电阻R=4，滑线变阻器R/，电键K，导线若干。 画出试验电路原理图。图中的元件需要用题目中给出的符号或字母标出。 实验中，当电流表读数I1时，电压表读数为U1；当电流表读数I2时，电压表读数为U2。则可以求出E= ，r= 解析： 固定电阻器保护电阻作用，滑动电阻器用限流接法就可以，原理图如图所示。根据闭合电路的欧姆定律可得 E= U1+I1 E= U2+I2 解得E=U2I1-U1I2U-U1，r=2R I1-

9、I2I1-I2答案：如图 E=U2I1-U1I2U-U1，r=2R I1-I2I1-I2点拨提升：画电路图是同学们的薄弱环节，一定要根据实际情况，从电源一端出发到另一端结束，注意各个器件的正负极千万不要接反。 检测归纳 1、图中R为已知电阻，Rx为待测电阻，K1为单刀单掷开关，K2为单刀双掷开关，V为电压表，E为电源。现用图中电路测量电源电动势e及电阻Rx 写出操作步骤： R Rx V a b K1 K2 由R及测得的量，可测得e_,Rx=_. 解析：K1断开，K2接到a端，记下电压表的读数U1；K2仍接到a端，闭合K1，记下电压表的读数U2；K1仍闭合，K2接到b端，记下电压表的读数U3.

10、U1 U3R U2-U32某同学利用如图所示电路测定电源的电动势和内阻实验中电表内阻对实验结果的影响很小，均可以忽略不计闭合电键S后，变阻器的滑片P由变阻器的一端滑到另一端的过程中，两电压表示数随电流表示数变化情况分别如图的U-I图象中直线a、b所示 若滑片P由变阻器的一端滑到另一端的过程中，电压表V2的示数一直增大，可知滑动端P由_端滑到_端； 通过分析可知，其中图中图线_表示电压表V1示数随电流表A示数变化关系； 图9 根据UI图象中坐标轴所标出的数据，可以求出电源电动势E_，内阻r_ 答案：d，c； a；E= 解析：由原理图可知电压表V2的示数一直增大，说明电路中总电流增大，故滑片由d到

11、c；路端电压随电路中电流增大而减小，故a图表示电压表V1示数随电流表A示数变化关系。 3用电流表和电压表测二节干电池的电动势E和内电阻r，读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上，如图甲所示。 根据各点表示的数据在图上描出UI图线。由此求得：E=_V，r=_。 把图乙的实验器材连成实验开始时的线路。 U1I2-U2I1U-U2；r=1. I2-I1I2-I1乙 答案： E=2.962.98V， r=0.940.96 见右图 解析：E=Ir+U I0 ，V 斜率的大小等于内阻，如图所示。 所以E=2.962.98V，r=0.940.96 连线要注意上柱，注意标的正负极和量程要正确。 4、图1是利用两

12、个电流表和测量干电池电动势E和内阻r的电路原理图。图中S为开内阻之和为10000W，为理想电流表。 按电路原理图在图2虚线框内各实物图之间画出连线。 在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至 。 闭合开关S，移动滑动变阻器的滑动端c至某一位置，读出电流表多次改变滑动端c的位置，得到的数据为 I1(mA) I2(mA) 0.120 480 0.125 400 0.130 320 0.135 232 0.140 140 0.145 68 和的示数I1和I2。在图3所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1I2曲线。 利用所得曲线求的电源的电动势E= V，内阻r= W 该电路中电

13、源输出的短路电流Im= A。 答案：连线如图1所示，b端，如图2所示。 1.49，0.602.4 解析：实验前滑动变阻器接入电路电阻值最大； 由图线上读出两组数值，代入EI1R1+r构成方程组联立求解E和r； 短路电流Im=E/r。 5、用多用电表进行了几次测量，指针分别处于a、b的位置，如图所示。若多用电表的选择开关处于下面表格中所指的档位，a和b的相应读数是多少？请填在表格中。 指针位置 a 选择开关所处的档位 直流电流100mA 直流电压2.5V 电阻100 选择开关所处挡位 直流电流100mA 直流电压2.5V 读 数 23.0mA 0.57V 320 读 数 mA V 答案： a b

14、 指针位置 a b 直流电流100mA档读第二行“010”一排，最小度值为2mA估读到1mA就可以了；直流电压2.5V档读第二行“0250”一排，最小分度值为0.05V估读到0.01V就可以了；电阻100档读第一行，测量值等于表盘上读数“3.2”乘以倍率“100”。 学生自我总结： 。 巩固反馈 1一学生用多用电表测电阻。他在实验中有违反使用规则之处。他的主要实验步骤如下： 选择开关扳到“1k欧姆档上； 把表笔插入测试笔插孔中，先把两根表笔相接触，旋转调零旋钮，使指针指在电阻刻度的零位上； 把两跟表笔分别与某一待测电阻的两端相接，发现这时指针几乎满偏； 换用“100”的欧姆挡，发现这时指针的偏

15、转适中，随即记下欧姆数值； 把表笔从测试笔插孔中拔出后，就把多用表放回桌上原处，实验完毕。 这个学生在测量时已注意到：待测电阻与其他元件和电源断开，不用手碰表笔的金属杆。这个学生在实验中违反了那一或那一些重要的使用规则？ 答： 解析：该题考查仪器使用时的注意事项。使用欧姆表要注意的地方比较多。使用前要经过调整，使用后要复位，使用过程中换档后要重新调零。这些往往都是考查的重点。 该题中不符合操作规则的是：换到合适的量程后，要重新调整调零旋钮；使用后不能把选择开关置于欧姆档。 2某人用多用电表按正确步骤测量一电阻阻值。指针指示位置如图所示。则这电阻阻值是 。如果要用这多用表测量一个约200的电阻，

16、为了测量比较准确，选择开关应选欧姆档的 。 解析：1.20103 10 3用多用电表测量如图所示的电路中通过灯泡的电流时，首先把选择开关拨到_挡，然后把多用电表 联在电路中，则电流应从 表笔流入，从 表笔流出。 解析：直流电流，串，红，黑 4下列说法正确的是 A欧姆表的每一挡的测量范围是从0到 B用不同挡次的欧姆表测量同一电阻的阻值，误差大小是一样的 C用欧姆表测电阻，指针越接近刻度盘中央时，误差越大 D用欧姆表测电阻，选不同量程时，指针越靠近右边误差越小 答案：A 解析：欧姆表的每一挡的测量范围是从0到，用不同挡次的欧姆表测量同一电阻的阻值，误差大小是不一样的，用欧姆表测电阻，指针越接近刻度

17、盘中央时，误差越小，用欧姆表测电阻，选不同量程时，指针越靠近右边误差越大 5在利用伏安法测定电池的电动势和内电阻的实验中，某同学的实际连线图，如图a所示。 经仔细检查、诊断知，该图中有两处不太合理的连线那么，这两处不太合理的连线对应的编号是 。 若利用改正后的正确的连线图，实验后，测得数据，并画出电源的输出特性图像如图b。则该电源的电动势为 ，电源内阻为 。 解析：、3V；2 6通常用的游标卡尺，在游标尺上有20个小等分刻度，它们的总长度为19mm，它的每一分度与主尺的最小分度1mm相差1mm。如图所示为用20分度的卡20图a 图b 尺测量一金属钢笔杆某处的直径的示数，则钢笔杆此处的直径为_m

18、m。 将一铜片和一锌片分别插入一个苹果内，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5V。可是这种电池并不能点亮手筒上额定电压为1.5V、额定电流为0.3A的小灯泡，原因是通过小灯泡的电流太小了，经实验测得还不足3mA。现使用量程合适的电压表、电流表以及滑动变阻器、开关、导线等实验器材，尽量精确地测定“水果电池”的电动势和内阻 请画出应采用的电路原理。 滑动变阻器有两种规格：A、B。实验中应该选用哪种规格的滑动变阻器?为什么? 答： 。 在实验中根据电压表的示数U与电流表的示数I的值，经描点、连线得到的U一I图象如图所示。根据图中所给数据，得到“水果电池”的电动势和内阻分别为E=_V，r=_

19、。 答案：10.55如图 应选010的，因为滑动变阻器阻值太大不便调节。 1.49；0.50 7为了测一节干电池的电动势和内阻，现准备了下列器材： 待测干电池 电流表G 安培表A 滑动电阻器R1 滑动电阻器R2 定值电阻R3=990 开关和导线若干 为了能准确进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是 。 请画出实验原理图。 如图为某同学根据正确的电路图做出的I1I2图线，由该图线可得被测干电池的电动势E=_V，内阻r=_1.00 0 0.20 I/A U/V 1.50 。 答案 电路图如图所示。1.47 ；0.74 8、用右图所示的电路，测定一节干电池的电动势和内阻。电池的内阻较小

20、，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用。除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有： 那么 要正确完成实验，电压表的量程应选择 V，电流表的量程应选择 A；R0应选择 W的定值电阻，R应选择阻值范围是 W的滑动变阻器。 引起该实验系统误差的主要原因是 。 答案：3，0.6，1，010。由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电池实际输出电流小。 解析：由于电源是一节干电池，所选量程为3V的电压表；估算电流时，考虑到干电池的内阻一般几欧姆左右，加上保护电阻，最大电流在0.5A左右，所以选量程为0.6A的电流表；由于电池内阻很小，所以保护电阻不宜太大，否则会使得电流表、电压表取值范围小，造成的误差大；滑动变阻器的最大阻值一电流表； 电压表 定值电阻 定值电阻 滑动变阻器 滑动变阻器 R0 A R E S V 般比电池内阻大几倍就好了，取010能很好地控制电路中的电流和电压，若取0100会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。 关于系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的，一般具有倾向性，总是偏大或者偏小。本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小，造成E测E真，r测r