高考物理大一轮复习 第七章 第5讲 实验九 测定电源的电动势和内阻课件.ppt

实验目的 1 掌握用电压表和电流表测定电源电动势和内阻的方法 进一步理解闭合电路欧姆定律 2 掌握用图象法求电动势和内阻的方法 实验原理 1 实验依据 闭合电路欧姆定律 2 实验电路 如图 3 e和r的求解 由u e ir得 解得 4 作图法处理数据 如图 1 图线与纵轴交点为e 2 图线与横轴交点为i短 3 图线的斜率绝对值表示r 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 铅笔等 实验步骤 1 电流表用0 6a量程 电压表用3v量程 按实验电路图连接好电路 2 把变阻器的滑片移动到使连入电路中的阻值最大的一端 3 闭合开关 调节变阻器的滑片位置 使电流表有明显示数并记录一组数据i1 u1 用同样方法测量几组i u值 填入表格中 4 断开开关 拆除电路 整理好器材 数据处理 本实验中数据的处理方法 一是联立方程求解的公式法 二是描点画图法 方法一取六组对应的u i数据 数据满足的关系式u1 e i1r u2 e i2r u3 e i3r 让第1式和第4式联立方程 第2式和第5式联立方程 第3式和第6式联立方程 这样解得三组e r 取其平均值作为电池的电动势e和内阻r的大小 方法二以路端电压u为纵轴 干路电流i为横轴建立u i坐标系 在坐标平面内描出各组i u值所对应的点 然后尽量多地通过这些点作一条直线 不在直线上的点大致均匀分布在直线两侧 则直线与纵轴交点的纵坐标即是电池电动势的大小 一次函数的纵轴截距 直线的斜率绝对值即为电池的内阻r 即r 误差分析 1 读数误差和电表引起的误差 2 用图象法求e和r时 由于作图不准确造成的误差 3 本实验采用实验原理图所示的测量电路是存在系统误差的 这是由于电压表的分流iv引起的 使电流表的示数i测小于电池的输出电流i真 因为i真 i测 iv 而iv u rv u越大 iv越大 u趋近于零时iv也趋近于零 所以此种情况下图线与横轴的交点为真实的短路电流 而图线与纵轴的交点为电动势的测量值 比真实值偏小 修正后的图线如图所示 显然 e r的测量值都比真实值偏小 r测 r真 e测 e真 4 若采用如图甲所示电路 电流是准确的 当i很小时 电压表的分流很小 但随电压的增大 电流i增大 电流表的分压作用也逐渐增大 此种情况如图乙所示 所以e测 e真 r测 r真 甲 乙 注意事项 1 为了使电池的路端电压变化明显 电池的内阻应选得大些 选用已使用过一段时间的干电池 2 在实验中不要将i调得过大 每次读完u和i的数据后应立即断开电源 以免干电池在大电流放电时极化现象严重 使得e和r明显变化 3 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 类似于逐差法 要将测出的i u数据中 第1组和第4组为一组 第2组和第5组为一组 第3组和第6组为一组 分别解出e r再求平均值 4 在画u i图线时 要使尽可能多的点落在这条直线上 不在直线上的点应对称分布在直线两侧 不要顾及个别离开直线较远的点 以减小偶然误差 5 干电池内阻较小时 u的变化较小 此时 坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况 使下部大面积空间得不到利用 为此 可使纵坐标不从零开始而是根据测得的数据从某一恰当值开始 横坐标i必须从零开始 如图乙所示 并且把纵坐标的比例放大 可使结果的误差减小 此时图线与横轴交点不表示短路电流 而图线与纵轴的截距仍为电源电动势 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 1 如图甲所示 电压表v1 v2串联接入电路中时 示数分别为6v和4v 当只有电压表v2接入电路中时 如图乙所示 示数为9v 电源的电动势为 a 9 8vb 10vc 10 8vd 11 2v答案c设电源的电动势和内阻分别为e和r 电压表v2的内阻为r2 根据闭合电路欧姆定律 对图甲和图乙分别有 e 6 4 r e 9 r 解得 e 10 8v 故只有选项c正确 2 用电流表和电压表测电源的电动势和内阻 1 画出实验电路图 电源内阻很小 2 如图所示是根据两个电源的测量数据绘制的图线 由图可知 图线与电压u轴的交点表示 电源 的内阻电源 的内阻 填 大于 等于 或 小于 用此电路测得的电动势和内阻比真实值 3 图中两直线 的交点表示两个电路中相等 2 电源的电动势小于偏小 3 外电路电阻和外电路消耗的电功率 答案 1 如图所示 解析 2 纵轴截距表示电源的电动势 图线的斜率的绝对值表示电源的内阻 线 比线 陡一些 故电源 的内阻小于电源 的内阻 用此电路测得的电动势和内阻比真实值偏小 3 的交点表示外电路电压 电流都相同 说明外电路的电阻 电功率相同 3 测量电源b的电动势e及内阻r e约为4 5v r约为1 5 器材 量程3v的理想电压表 量程0 5a的电流表 具有一定内阻 固定电阻r 4 滑动变阻器r 开关s 导线若干 1 在虚线框中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 答案 1 如图所示 2 r解析列方程 e u1 i1 r r e u2 i2 r r 答案 1 如图所示 解得 e r r 4 某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中 串联了一只2 的保护电阻r0 实验电路如图甲所示 请回答下列问题 1 按电路原理图甲连接实物电路图乙 2 连好电路后 该同学开始实验 闭合开关s后 他发现电流表的示数为零 电压表的示数不为零 他用多用电表的电压挡检查电路 把两表笔分别接a b和b c及d e时 示数均为零 把两表笔接c d时 其示数与电压表示数相同 检查各接线柱均未接错 且接触良好 各接线之间也未发生短路 由此可推断故障原因应是 3 排除故障后 该同学顺利完成实验 测得下列五组数据 根据数据在图坐标上画出u i图象 并求出该电池电动势e v r 4 考虑电表本身电阻对测量结果的影响 分析造成本实验系统误差的原因是 答案 1 图见解析 2 滑动变阻器断路 3 图见解析1 850 6 4 电压表的分流解析 1 如图所示 2 闭合开关s后 发现电压表的示数不为零 多用电表接c d时 其示数与电压表相同 说明电压表与电源之间 多用电表与电源之间形成闭合回路 d e a b c处均不断路 又电流表的示数为零 且又不是短路故障 则只能是滑动 变阻器断路 3 电源的u i图象如图所示 从图象上取相距较远的两点 再利用闭合电路欧姆定律可得e 1 85v r 0 6 4 在本实验中 由于电压表的分流作用 所以通过电源的电流大于电流表的示数 所以产生系统误差的原因是电压表的分流 典例1用图所示电路 测定一节干电池的电动势和内阻 电池的内阻较小 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 一 实验器材和实验误差 a 电流表 量程0 6a 3a b 电压表 量程3v 15v c 定值电阻 阻值1 额定功率5w d 定值电阻 阻值10 额定功率10w e 滑动变阻器 阻值范围0 10 额定电流2a f 滑动变阻器 阻值范围0 100 额定电流1a 那么 1 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 的定值电阻 r应选择阻值范围是 的滑动变阻器 2 引起该实验系统误差的主要原因是 解析 1 干电池的电动势大约是1 5v 所以电压表选用3v量程 为了减小电流表指针偏角太小带来的误差 故电流表选用0 6a量程 定值电阻选用1 的 为了操作方便 滑动变阻器选用0 10 的 2 由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比真实值小 造成e测 e真 r测 r真 答案 1 30 610 10 2 电压表的分流 二 实验数据的处理典例2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和内电阻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 6a 内阻rg 0 1 和若干导线 请根据测定电动势e和内电阻r的要求 设计图甲中器件的连接方式 画线把它们连接起来 接通开关 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的倒数 再制作r 坐标图 如图丙所示 图中已标注出了的几个与测量对应的坐标点 请你将与图乙 实验数据对应