《实验测定电源的电动势和内阻讲课课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验测定电源的电动势和内阻讲课课件.ppt（47页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、实验测定电源的电动势和内阻,一、实验目的测定电源的电动势和内阻。二、实验原理,三、实验器材电池(被测电源)、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔。,四、实验步骤1.按实验电路图所示连接电路。2.把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。3.闭合开关,调节变阻器,记录几组I、U值,填入表格中。4.断开开关,拆除电路,整理好器材。五、数据处理方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小,根据以上三组方程分别求出E、r,再取其平均值作为电源的电动势E和内阻r。,5 V,故电压表应选D;因干电池放电电流不宜超过0.而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差,而且电压表示数越大,IV越大
2、。(1)如图甲所示,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。实验室提供的器材如下:电压表(量程03 V,内阻约3 k);电阻箱(阻值范围0999.(4)由闭合电路的欧姆定律得E=I(R+r+rg),则R=-(r+rg),故图线的斜率k表示电池电动势E的大小,纵轴截距的绝对值表示(r+rg)。(2017湖南益阳调研)某实验小组利用如下实验器材测量干电池的电动势和内阻。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将和相连、和相连、和相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。5 mA,所以电流表选C;(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大,说明滑动变阻器连入电
3、路的电阻丝长度在增长,故滑片P左侧电阻丝连入电路,所以一条导线接在电阻丝左端接线柱,另一条导线接在滑动变阻器金属杆两端中的任意一端接线柱都可,选项C正确;(3)由闭合电路欧姆定律E=U+I(r+R2),可得U=E-I(r+R2),由题意U=0时,I=a,且r+R2=k,所以得E=ka;r=k-R2。(3)采用该方法测得的电动势跟真实值比,内电阻跟真实值比。(3)图线是一条倾斜的直线。甲 乙合理选择标度:为使图线分布空间大,如图所示,纵坐标可以不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,电源的内阻不能解析:(1)要将电流表量程扩大,需要并联电阻,由并联电路特点:IgRg=(I-Ig)R并,将I
4、=50 mA,Ig=100 A,Rg=2 500 代入解得R并=5.其中电流表A1的内阻r1=1.0 k,电阻R1=9.,方法二:用作图法处理数据,如图所示。(1)图线与纵轴交点为E;,六、误差分析1.偶然误差(1)电表读数不准引起误差。(2)图象法求E和r时作图不准确。2.系统误差(1)若采取电流表外接法,由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小。(2)若采取电流表内接法,由于电流表分压,造成内阻的测量值偏大。,七、注意事项1.选用旧电池:为了使电路的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的电池。2.电流不要过大,读数要快:干电池在大电流放电时,电动势E会明显下降,内
5、阻r会明显增大。因此,实验中不要将I调得过大,读电表要快,每次读完立即断电。3.逐差法求E、r:要测出不少于6组I、U数据,且变化范围要大些,用方程组求解时,要将测出的I、U数据中,第1和第4为一组、第2和第5为一组、第3和第6为一组,分别解出E、r值再求平均值。,4.合理选择标度:为使图线分布空间大,如图所示,纵坐标可以不从零开始,则图线和横轴的交点不再是短路电流,电源的内阻不能,命题点一,命题点二,命题点三,实验原理与操作例1(2016四川卷)用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材:待测电源(电动势约3 V,内阻约2),保护电阻R1(阻值10)和R2(阻值5),滑动变阻器R,电流表
6、A,电压表V,开关S,导线若干。,命题点一,命题点二,命题点三,实验主要步骤:()将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大,闭合开关;()逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值,记下电压表的示数U和相应电流表的示数I;()以U为纵坐标,I为横坐标,作U-I图线(U、I都用国际单位);()求出U-I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。回答下列问题:(1)电压表最好选用;电流表最好选用。A.电压表(03 V,内阻约15 k)B.电压表(03 V,内阻约3 k)C.电流表(0200 mA,内阻约2)D.电流表(030 mA,内阻约2),命题点一,命题点二,命题点三,(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压
7、表示数增大,两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是。A.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B.两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱D.一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱,另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E=,r=。代入数值可得E和r的测量值。,命题点一,命题点二,命题点三,答案:(1)AC(2)C(3)kak-R2解析:(1)因电源电动势为3 V,且电压表内阻越大,系统误差越小,所以电压表选A;通过电流表的最大电流约为=176.5 mA,所以电流表选C
8、;(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动,发现电压表示数增大,说明滑动变阻器连入电路的电阻丝长度在增长,故滑片P左侧电阻丝连入电路,所以一条导线接在电阻丝左端接线柱,另一条导线接在滑动变阻器金属杆两端中的任意一端接线柱都可,选项C正确;(3)由闭合电路欧姆定律E=U+I(r+R2),可得U=E-I(r+R2),由题意U=0时,I=a,且r+R2=k,所以得E=ka;r=k-R2。,思维点拨此实验是教材上的测量电源的电动势和内阻实验的改进实验;与教材实验不同的地方就是加了两个保护电阻;仪器的选择要考虑实验的误差因素,比如此实验产生误差的是电压表的分流作用,故选择电压表时要尽量用内阻较大的电压表。,命
9、题点一,命题点二,命题点三,数据处理与误差分析例2小明利用如图甲所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻。,甲(1)图甲中电流表的示数为 A。,命题点一,命题点二,命题点三,(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:,请根据表中的数据,在图乙的方格纸上作出U-I图线。,乙,命题点一,命题点二,命题点三,由图线求得:电动势E=V;内阻r=。(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合。其实,从实验误差考虑,这样的操作不妥,因为。,答案:(1)0.44(2)U-I图线见解析1.61(1.591.63都算对)1.24(1.221.26都算对)(3)通电时间较长
10、会使干电池的电动势和内阻发生变化,导致实验误差增大解析:(1)电流表选用量程为00.6 A,分度值为0.02 A,则其读数为0.44 A。,命题点一,命题点二,命题点三,(2)坐标系选择合适的标度,根据表中数据描点作出的U-I图线如图所示。图线与纵轴交点为1.61 V,故E=1.61 V,由图线的斜率=1.24知,电池内阻为1.24。注意此处不要用图象与纵轴交点值除以与横轴交点值。(3)长时间保持电路闭合,电池会发热,电池内阻会发生变化,干电池长时间放电,也会引起电动势变化,导致实验误差增大。,命题点一,命题点二,命题点三,本实验的系统误差是由于电压表和电流表内阻影响而导致的误差。(1)如图甲
11、所示,在理论上E=U+(IV+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差,而且电压表示数越大,IV越大。当电压表示数为零时,IV=0,IA=I短,短路电流测量值=真实值。如图乙所示,可知E测E真,r测r真。,命题点一,命题点二,命题点三,(2)若采用如图丙所示的电路,IA为电源电流真实值,理论上有E=U+UA+IAr,其中UA不可知而造成误差,而且电流表示数越大,UA越大。当电流为零时,UA=0,电压为准确值,等于E,如图丁所示,可知E测=E真,r测r真。,命题点一,命题点二,命题点三,测电源电动势的其他方法方法1安阻法(1)实验原理用一个电流
12、表和电阻箱测量,电路如图所示,测量原理为E=I1(R1+r),E=I2(R2+r),由此可求出E和r,此种方法使测得的电动势无偏差,内阻偏大。若已知电流表A的阻值可消除测内阻的系统误差。,把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。实验器材:待测电源(电动势约3 V,内阻约2),保护电阻R1(阻值10)和R2(阻值5),滑动变阻器R,电流表A,电压表V,开关S,导线若干。(2)根据实验数据作出U-I图象,如图乙所示,蓄电池的电动势E=V,内阻r=。(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合。(3)图线是一条倾斜的直线。(2)坐标系选择合适的标度,根据表中数据描
13、点作出的U-I图线如图所示。选用旧电池:为了使电路的路端电压变化明显,电池的内阻宜大些,可选用已使用过一段时间的电池。(2)调节滑动变阻器,电压表和电流表的示数记录如下:(2)实验中移动滑动变阻器的滑片,读出电压表V1和V2的多组数据如下表,请在下面的坐标纸中描绘出U1-U2图象。24知,电池内阻为1.(结果保留两位有效数字)根据实验电路知,IR表示电源的路端电压,I表示电路的电流,故IR-I图线的纵轴截距即为电池的电动势,则E=1.两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱24知,电池内阻为1.其中电流表A1的内阻r1=1.,命题点一,命题点二,命题点三,(2)图象法处理数据,命题点一,命题点二
14、,命题点三,例3某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。该同学想测量一下这个电池的电动势E和内阻r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9,可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig=0.6 A,内阻rg=0.1)和若干导线。(1)请根据测定电动势E和内阻r的要求,设计图甲中器材的连接方式,把它们连接起来。,命题点一,命题点二,命题点三,(2)闭合开关,逐次改变电阻箱的阻值R,读出与R对应的电流表的示数I,并作记录。当电阻箱的阻值R=2.6 时,其对应的电流表的示数如图乙所示。处理实验数据时,首先计算出每个电流值I的倒,量对应的坐标点,请你将与图乙实验数据对应的坐标点也标注
15、在图丙上。,0 k,为了方便读数和作图,给电池串联一个R0=3.方法一:列方程组求解电动势和内阻的大小滑动变阻器:020,额定电流2 A。6 时,由题图乙可知I=0.(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验。两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱定值电阻R0(阻值3,额定功率4 W)(1)电流表应选;(选填器材前的字母序号)联立上式,代入数值解得(3)关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法,下列说法正确的是()用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。(2)本实验的实验电路如图所示。(1)如图甲所示,在理论上E=U+(I
16、V+IA)r,其中电压表示数U是准确的电源两端电压。该同学想测量一下这个电池的电动势E和内阻r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱,另一条导线接在电阻丝左端接线柱,命题点一,命题点二,命题点三,(3)在图上把描绘出的坐标点连成图线。,丙(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E=V,内阻r=。,命题点一,命题点二,命题点三,答案:(1)(2)(3)见解析(4)1.52(1.461.54)0.3(0.250.35)解析:(1)把各器件直接串联即可。,(2)当R=2.6 时,由题图乙可知I=0.5 A,=2 A-1,坐标为(2,
17、2.6)。,命题点一,命题点二,命题点三,(3)图线是一条倾斜的直线。连线时不能连成折线;为减小偶然误差,个别偏离太远的点舍去。,(4)由闭合电路的欧姆定律得E=I(R+r+rg),则R=-(r+rg),故图线的斜率k表示电池电动势E的大小,纵轴截距的绝对值表示(r+rg)。,r0.3(0.250.35 均正确)。,命题点一,命题点二,命题点三,方法2伏阻法(1)实验原理用一个电压表和电阻箱测量,电路如图所示,测量原理为,内阻均偏小。,(2)图象法处理数据,命题点一,命题点二,命题点三,例4某同学用如图甲所示的电路测量两节干电池串联而成的电池组的电动势E和内阻r,R为电阻箱。干电池的工作电流不
18、宜超过0.5 A。实验室提供的器材如下:电压表(量程03 V,内阻约3 k);电阻箱(阻值范围0999.9);开关、导线若干。,甲 乙(1)请根据图甲的电路图在图乙中画出连线,将器材连接成实验电路。,命题点一,命题点二,命题点三,(2)实验时,改变电阻箱R的值,记录电压表的示数U,得到若干组R、U的数据。,出电池组的电动势E=V,内阻r=。,命题点一,命题点二,命题点三,(3)关于这个实验中存在的误差以及减小误差的各种方法,下列说法正确的是()A.电压表的分流作用引起的误差属于偶然误差B.该同学读电压表读数引起的误差属于系统误差C.本实验用图象法处理数据可以减小偶然误差D.如果将电压表的内阻计
19、算在内就可以减小系统误差,答案:(1)如图所示(2)2.86(2.852.87均可)6.07(6.066.08均可)(3)CD,命题点一,命题点二,命题点三,电动势E=2.86 V,内阻r=6.07。电压表的分流作用引起的误差属于系统误差,选项A错误;该同学读电压表读数引起的误差属于偶然误差,选项B错误。,1.(2017青海城东区月考)用图甲所示电路测量一个内阻很小蓄电池的内阻。除蓄电池开关、导线外,可供使用的器材还有:,A.电压表(量程3 V)B.电流表(量程0.6 A)C.电流表(量程3 A)D.定值电阻R0(阻值3,额定功率4 W)E.滑动变阻器R(阻值范围05,额定电流为2 A)(1)
20、电流表应选;(选填器材前的字母序号)(2)根据实验数据作出U-I图象,如图乙所示,蓄电池的电动势E=V,内阻r=。(结果保留两位有效数字)(3)采用该方法测得的电动势跟真实值比,内电阻跟真实值比。(均选填“偏大”“偏小”或“相等”),答案:(1)B(2)2.00.33(3)偏小偏小,(3)由于电压表的分流作用,电流的测量值小于真实值,电源的U-I图象如图所示,由图象可知,电源电动势的测量值小于真实值,电源内阻的测量值小于真实值。,2.(2017天津卷)某探究性学习小组利用如图甲所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表A1的内阻r1=1.0 k,电阻R1=9.0 k,为了方便读数和作图,给电
21、池串联一个R0=3.0 的电阻。(1)按图示电路进行连接后,发现aa、bb和cc三条导线中,混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的,将开关S闭合,用多用电表的电压挡先测量a、b间电压,读数不为零,再测量a、a间电压,若读数不为零,则一定是导线断开;若读数为零,则一定是导线断开。,(2)排除故障后,该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器滑片位置,得到电流表A1和A2的多组I1、I2数据,作出图象如图乙。由I1-I2图象得到电池的电动势E=V,内阻r=。,答案:(1)aabb(2)1.4(1.361.44均可)0.5(0.40.6均可)解析:(1)用多用电表的电压挡先测量a、
22、b间电压,读数不为零,可知a、b间存在断路;若测量a、a间电压,读数不为零,则aa段存在断路,反之bb段存在断路。,(2)根据题中电路图可得E=I1(r1+R1)+(I1+I2)(r+R0),联立上式,代入数值解得E1.4 V,r0.5。,3.某同学为了测量一节电池的电动势和内阻,从实验室找到以下器材:一个满偏电流为100 A、内阻为2 500 的表头,一个开关,两个电阻箱(0999.9)和若干导线。(1)由于表头量程偏小,该同学首先需将表头改装成量程为50 mA的电流表,则应将表头与电阻箱(选填“串联”或“并联”),并将该电阻箱阻值调为。,(2)接着该同学用改装的电流表对电池的电动势及内阻进
23、行测量,实验电路如图甲所示,通过改变电阻R测量相应的电流I,且作相关计算后一并记录如下表。,根据表中数据,图乙中已描绘出四个点,请将第5、6两组数据也描绘在图乙中,并画出IR-I图线;,乙根据图线可得电池的电动势E是 V,内阻r是。,答案:(1)并联5.0(2)作IR-I图线,如解析图所示1.532.0解析:(1)要将电流表量程扩大,需要并联电阻,由并联电路特点:IgRg=(I-Ig)R并,将I=50 mA,Ig=100 A,Rg=2 500 代入解得R并=5.0。(2)作IR-I图线,如图所示。根据实验电路知,IR表示电源的路端电压,I表示电路的电流,故IR-I图线的纵轴截距即为电池的电动势
24、,则E=1.53 V,图线斜率的绝对值减去改装后的电流表阻值即为电池的内阻r=2.0。,4.用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5 V,内阻约1)的电动势和内阻,除待测电池组、开关、导线外,还有下列器材供选用:A.电流表:量程00.6 A,内阻约1;B.电流表:量程03 A,内阻约0.2;C.电压表:量程03 V,内阻约30 k;D.电压表:量程06 V,内阻约60 k;E.滑动变阻器:01 000,额定电流0.5 A;F.滑动变阻器:020,额定电流2 A。(1)为了使测量结果尽量准确,电流表应选用,电压表应选用,滑动变阻器应选用(均填仪器的字母代号)。,(2)如图
25、为正确选择仪器后,连好的部分电路。为了使测量误差尽可能小,还需在电路中用导线将和相连、和相连、和相连(均填仪器上接线柱的字母代号)。,电压表的分流作用引起的误差属于系统误差,选项A错误;该同学读电压表读数引起的误差属于偶然误差,选项B错误。86 V,内阻r=6.(3)实验时,小明进行了多次测量,花费了较长时间,测量期间一直保持电路闭合。(3)由于电压表的分流作用,电流的测量值小于真实值,电源的U-I图象如图所示,由图象可知,电源电动势的测量值小于真实值,电源内阻的测量值小于真实值。电压表(03 V,内阻约3 k)(1)根据下面的电路原理图完成电阻值为5 的定值电阻R0方法一:列方程组求解电动势
26、和内阻的大小断开开关,拆除电路,整理好器材。而实验中忽略了通过电压表的电流IV而形成误差,而且电压表示数越大,IV越大。(4)根据图丙描绘出的图线可得出这个电池的电动势E=V,内阻r=。用图象法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线,则可以为纵坐标,以为横坐标。实验室提供的器材如下:电压表(量程03 V,内阻约3 k);电阻箱(阻值范围0999.把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端。直流电压表V1、V2,内阻约为3 k,(3)实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验。实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电
27、压表的示数U。用图象法处理采集到的数据,为在直角坐标系中得到的函数图象是一条直线,则可以为纵坐标,以为横坐标。,解析:(1)因三节干电池的电动势约为4.5 V,故电压表应选D;因干电池放电电流不宜超过0.5 A,故电流表应选A;由电压表和电流表的测量范围可知滑动变阻器选用F即可。,(2)本实验的实验电路如图所示。所以还需要用导线将a与d相连,c与g相连,f与h相连。,5.(2017湖南益阳调研)某实验小组利用如下实验器材测量干电池的电动势和内阻。A.待测干电池两节,每节电池电动势约为1.5 V,内阻约几欧姆B.直流电压表V1、V2,内阻约为3 kC.阻值为5 的定值电阻R0D.滑动变阻器R,最大阻值为RmE.导线和开关(1)根据下面的电路原理图完成电路实物图的连接。,(2)实验中移动滑动变阻器的滑片,读出电压表V1和V2的多组数据如下表,请在下面的坐标纸中描绘出U1-U2图象。,(3)根据描绘出的U1-U2图象,求得两节干电池的总电动势E=,总内阻r=。(计算结果保留两位有效数字),答案:(1)实物连接如图所示,(2)U1-U2图象如图所示,(3)3.0 V2.5,
