高中物理實(shí)驗(yàn)九《測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》課件（教科版）選修3-1

歡迎進(jìn)入物理課堂 實(shí)驗(yàn)九測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 1 測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 2 掌握用圖像法求電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 1 實(shí)驗(yàn)依據(jù)閉合電路歐姆定律 2 實(shí)驗(yàn)電路 如圖 3 E和r的求解 由U E Ir得 解得 4 作圖法處理數(shù)據(jù) 如圖所示 1 圖線與縱軸交點(diǎn)為E 2 圖線與橫軸交點(diǎn)為 3 圖線的斜率絕對(duì)值表示 電池 被測(cè)電源 電壓表 電流表 滑動(dòng)變阻器 開(kāi)關(guān) 導(dǎo)線 坐標(biāo)紙 鉛筆 一 實(shí)驗(yàn)步驟1 電流表用0 6A量程 電壓表用3V量程 按實(shí)驗(yàn)電路圖連接好電路 2 把變阻器的滑片移動(dòng)到使阻值最大的一端 3 閉合開(kāi)關(guān) 調(diào)節(jié)變阻器 使電流表有明顯示數(shù)并記錄一組數(shù)據(jù) I1 U1 用同樣方法測(cè)量幾組I U值 填入表格中 4 斷開(kāi)開(kāi)關(guān) 拆除電路 整理好器材 錦囊妙訣 滑動(dòng)變阻為外電阻 列表記錄兩表讀數(shù) 電壓變化便于作圖 U軸起點(diǎn)要看清楚 求解E r要用U I圖 二 數(shù)據(jù)處理1 設(shè)計(jì)表格 將測(cè)得的幾組U I值填入表格中 2 列方程組求解電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的大小根據(jù)以上三組方程分別求出E r 再取其平均值作為電源的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r 3 用圖像法處理數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上以路端電壓U為縱軸 干路電流I為橫軸建立U I坐標(biāo)系 在坐標(biāo)平面內(nèi)描出各組 I U 值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn) 然后盡量多地通過(guò)這些點(diǎn)作一條直線 不在直線上的點(diǎn)大致均勻分布在直線兩側(cè) 則直線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即是電池電動(dòng)勢(shì)的大小 一次函數(shù)的縱軸截距 直線的斜率絕對(duì)值即為電池的內(nèi)阻r 即 1 偶然誤差 1 由讀數(shù)不準(zhǔn)和電表線性不良引起誤差 2 用圖像法求E和r時(shí) 由于作圖不準(zhǔn)確造成誤差 2 系統(tǒng)誤差 1 若采用甲圖 其U I圖像如乙圖所示 由于電壓表的分流作用造成誤差 結(jié)論 當(dāng)電壓表示數(shù)為零時(shí) IV 0 IA I短 短路電流測(cè)量值 真實(shí)值 E測(cè) E真 因?yàn)樗詒測(cè) r真 2 若采用丙圖 其U I圖像如丁圖所示 由于電流表的分壓作用造成誤差 結(jié)論 E為真實(shí)值 I短測(cè)r真 r測(cè)為r真和RA的串聯(lián)值 由于通常情況下電池的內(nèi)阻較小 所以這時(shí)r測(cè)的誤差非常大 1 為了使電池的路端電壓變化明顯 電池的內(nèi)阻宜大些 選用已使用過(guò)一段時(shí)間的干電池 2 要測(cè)出不少于6組的 I U 數(shù)據(jù) 且變化范圍要大些 然后用方程組求解 并求平均值 3 若U I圖線縱軸刻度不是從零開(kāi)始 則圖線和橫軸的交點(diǎn)不再是短路電流 電源的內(nèi)阻不能用確定 應(yīng)根據(jù)確定 以上測(cè)量方法一般稱為伏安法 測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻還有以下幾種方法 1 安阻法 用一個(gè)電流表和電阻箱測(cè)量 電路如圖甲所示 測(cè)量原理為 E I1 R1 r E I2 R2 r 由此可求出E和r 此種方法使測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)無(wú)偏差 但內(nèi)阻偏大 2 伏阻法 用一個(gè)電壓表和電阻箱測(cè)量 電路如圖乙所示 測(cè)量原理為 由此可求出r和E 此種方法測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻均偏小 3 粗測(cè)法 用一只電壓表粗測(cè)電動(dòng)勢(shì) 直接將電壓表接在電源兩端 所測(cè)值近似認(rèn)為是電源電動(dòng)勢(shì) 此時(shí)需滿足RV r 4 雙伏法 用兩個(gè)電壓表可測(cè)得電源的電動(dòng)勢(shì) 電路如圖所示 測(cè)量方法為 斷開(kāi)S 測(cè)得V1 V2的示數(shù)分別為U1 U2 此時(shí) RV為V1的內(nèi)阻 再閉合S V1的示數(shù)為U1 此時(shí)解方程組可求得E和r 用圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 確定被測(cè)量 例證1 2012 德州模擬 某同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)多用電表中的電池進(jìn)行更換時(shí)發(fā)現(xiàn) 里面除了一節(jié)1 5V的干電池外 還有一個(gè)方形的電池 層疊電池 為了測(cè)定該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻 實(shí)驗(yàn)室中提供如下器材 A 電流表A1 滿偏電流10mA 內(nèi)阻10 B 電流表A2 0 0 6A 內(nèi)阻未知 C 滑動(dòng)變阻器R0 0 100 1A D 定值電阻R 阻值990 E 開(kāi)關(guān)與導(dǎo)線若干 該同學(xué)根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材 設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路 圖乙為該同學(xué)根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路測(cè)出多組數(shù)據(jù)并繪出的I1 I2圖線 I1為電流表A1的示數(shù) I2為電流表A2的示數(shù) 則由圖線可以得到被測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)E V 內(nèi)阻r 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 規(guī)范解答 由實(shí)驗(yàn)電路 R和A1串聯(lián)相當(dāng)于電壓表 根據(jù)閉合電路歐姆定律E I1 R RA1 I2r解得 延長(zhǎng)I1 I2圖線 當(dāng)I2 0時(shí) 讀出I1 9 0mA解得E 9 0V圖線斜率的絕對(duì)值解得r 10 答案 9 010 實(shí)驗(yàn)電路的改進(jìn)和分析 例證2 在如圖所示的電路中 A B C為三節(jié)干電池 實(shí)驗(yàn)中理想電壓表和理想電流表的示數(shù)如表所示 1 根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 計(jì)算出表中空格處小燈泡的電阻和功率 2 如果干電池A和B具有相同的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 則根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 可計(jì)算出干電池A的電動(dòng)勢(shì)為 V 內(nèi)阻為 3 當(dāng)開(kāi)關(guān)S與接線柱3連接時(shí) 串聯(lián)電池組的總電動(dòng)勢(shì)增大 但電流表的示數(shù)反而減小 其原因可能是 規(guī)范解答 1 S接2 此時(shí)電壓為2 7V 電流為0 3A 故電阻為9 00 S接3 此時(shí)電壓為2 55V 電流為0 29A 故功率為0 74W 2 將數(shù)據(jù)代入E I R r 組成方程組 解得電動(dòng)勢(shì)為1 50V 內(nèi)阻為0 50 3 電流表示數(shù)減小的原因可能是干電池C的電動(dòng)勢(shì)較小 內(nèi)阻較大 答案 1 9 000 74 2 1 500 50 3 見(jiàn)規(guī)范解答 1 如圖所示是根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)畫出的U I圖線 關(guān)于此圖線 下列的說(shuō)法中正確的是 A 縱軸的截距表示電源的電動(dòng)勢(shì) 即E 3 0VB 橫軸的截距表示電源的短路電流 即I短 0 6AC 電源的內(nèi)阻r 5 D 電源的內(nèi)阻r 1 0 解析 選A D U I圖線縱軸截距一定是電源電動(dòng)勢(shì) A正確 由于縱軸起點(diǎn)不是從零開(kāi)始 故短路電流不是0 6A 內(nèi)阻故B C錯(cuò)誤 D正確 2 2012 宜春模擬 某同學(xué)在用電流表和電壓表測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中 串聯(lián)了一只2 5 的保護(hù)電阻R0 實(shí)驗(yàn)電路如圖所示 1 連好電路后 當(dāng)該同學(xué)閉合電鍵時(shí) 發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0 電壓表示數(shù)不為0 檢查各接線柱均未接錯(cuò) 接觸良好且未發(fā)生短路 他用多用電表的電壓擋檢查電路 把兩表筆分別接a b b c d e時(shí) 示數(shù)均為0 把兩表筆接c d時(shí) 示數(shù)與電壓表示數(shù)相同 由此可推斷故障是 2 按電路原理圖及用多用電表的電壓擋檢查電路且把兩表筆分別接c d時(shí)的實(shí)物電路圖以畫線代替導(dǎo)線連接起來(lái) 解析 1 根據(jù)電流表示數(shù)為零 可以確定是斷路故障 根據(jù)電壓檢測(cè)情況 可以確定故障是滑動(dòng)變阻器R斷路 2 答案 見(jiàn)解析 3 如圖甲所示的電路是實(shí)驗(yàn)室測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的電路圖 按電路甲進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 根據(jù)測(cè)得的U I數(shù)據(jù)畫出U I圖像 如乙圖所示 則電動(dòng)勢(shì)測(cè)量值E 內(nèi)阻測(cè)量值r 電動(dòng)勢(shì)測(cè)量值與真實(shí)值相比 內(nèi)阻測(cè)量值與真實(shí)值相比 填 偏大 相等 或 偏小 解析 U I圖像縱軸上截距為電源電動(dòng)勢(shì) 故E U2由U I圖像 由于系統(tǒng)誤差 電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量值都比真實(shí)值偏小 答案 U2偏小偏小 4 用如圖所示的電路 測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 電池的內(nèi)阻較小 為了防止在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)造成短路 電路中用一個(gè)定值電阻R0保護(hù)電路 除電池 開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線外 可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有 a 電流表 量程0 6A 3A b 電壓表 量程3V 15V c 定值電阻 阻值1 額定功率5W d 定值電阻 阻值10 額定功率10W e 滑動(dòng)變阻器 阻值范圍0 10 額定電流2A f 滑動(dòng)變阻器 阻值范圍0 100 額定電流1A 那么 1 要正確完成實(shí)驗(yàn) 電壓表的量程應(yīng)選擇 V 電流表的量程應(yīng)選擇 A R0應(yīng)選擇 的定值電阻 R應(yīng)選擇阻值范圍是 的滑動(dòng)變阻器 2 引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是 解析 1 由于電源電動(dòng)勢(shì)在1 5V左右 故選量程為3V的電壓表 電池允許通過(guò)的最大電流大約為0 5A 故選量程為0 6A的電流表 由于電池內(nèi)阻很小 故選電阻值較小的定值電阻為保護(hù)電阻 阻值為1 為了更方便調(diào)節(jié)電路 滑動(dòng)變阻器選0 10 2 產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因是由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電池實(shí)際輸出的電流小 造成E測(cè) E真 r測(cè) r真 答案 1 30 610 10 2 由于電壓表的分流作用造成電流表讀數(shù)總是比電池實(shí)際輸出的電流小 5 在測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中 由于所用的電壓表 視為理想電壓表 的量程較小 某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)物電路 1 實(shí)驗(yàn)時(shí) 應(yīng)先將電阻箱的電阻調(diào)到 選填 最大值 最小值 或 任意值 2 改變電阻箱的阻值R 分別測(cè)出阻值R0 10 的定值電阻兩端的電壓U 下列兩組R的取值方案中 比較合理的方案是 選填 1 或 2 3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn) 繪出的圖像是一條直線 若直線的斜率為k 在坐標(biāo)軸上的截距為b 則該電源的電動(dòng)勢(shì)E 內(nèi)阻r 用k b和R0表示 解析 1 為了安全 電阻箱的阻值應(yīng)先調(diào)到最大值 2 若R 300 電流約為若R 60 電流約為后者電流讀數(shù)大 誤差小 所以比較合理的是方案2 3 電流得圖像的斜率k 截距所以電動(dòng)勢(shì)答案 1 最大值 2 2 3 6 某同學(xué)通過(guò)查找資料自己動(dòng)手制作了一個(gè)電池 該同學(xué)想測(cè)量一下這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r 但是從實(shí)驗(yàn)室只借到一個(gè)開(kāi)關(guān) 一個(gè)電阻箱 最大阻值為999 9 可當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電阻用 一只電流表 量程Ig 0 6A 內(nèi)阻rg 0 1 和若干導(dǎo)線 1 請(qǐng)根據(jù)測(cè)定電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r的要求 設(shè)計(jì)圖甲中器件的連接方式 畫線把它們連接起來(lái) 2 接通開(kāi)關(guān) 逐次改變電阻箱的阻值R 讀出與R對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)并作記錄 當(dāng)電阻箱的阻值R 2 6 時(shí) 其對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)如圖乙所示 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)首先計(jì)算出每個(gè)電流值I的倒數(shù)再制作坐標(biāo)圖 如圖丙所示 圖中已標(biāo)注出了的幾個(gè)與測(cè)量值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn) 請(qǐng)你將與圖乙實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)也標(biāo)注在圖丙中的坐標(biāo)圖上 3 在圖丙上把描繪出的坐標(biāo)點(diǎn)連成圖線 4 根據(jù)圖丙描繪出的圖線可得出這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)E V 內(nèi)電阻r 解析 1 電路連接如圖所示 2 電流表的讀數(shù)I 0 5A 此時(shí)R 2 6 其坐標(biāo)點(diǎn)為 2 2 6 如圖所示 3 圖線如圖所示 4 由閉合電路歐姆定律有 E I R r rg 解得 根據(jù)圖線可知 電源的電動(dòng)勢(shì)等于圖線的斜率 內(nèi)阻為縱軸負(fù)方向的截距減去電流表的內(nèi)阻 解得 E 1 5V r 0 3 答案 見(jiàn)解析 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全