高中物理选修3-1第四章第三节测量电源电动势和内电阻

1、4.3 测量电源的电动势和内阻一、实验目的一、实验目的1知道测量电源的电动势和内阻的实验原理知道测量电源的电动势和内阻的实验原理2学会利用图象处理实验数据的方法学会利用图象处理实验数据的方法二、实验原理二、实验原理 实验电路如图实验电路如图1所示，所示，根据闭合电路的欧姆定律，改变根据闭合电路的欧姆定律，改变R的阻值，测出两组的阻值，测出两组U、I的值，即可的值，即可得到两个欧姆定律方程：得到两个欧姆定律方程： EU1I1r和和EU2I2r，联立可解出，联立可解出E、r的值的值图图1三、实验器材三、实验器材 待测电池一节，电流表待测电池一节，电流表(00.6 A)、电压表、电压表(03 V)各

2、各一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干一块，滑动变阻器一只，开关一只，导线若干四、实验步骤四、实验步骤1确定电流表、电压表的量程，按电路图把器材连接好确定电流表、电压表的量程，按电路图把器材连接好2将滑动变阻器的滑片移到一端，使接入电路部分的电阻将滑动变阻器的滑片移到一端，使接入电路部分的电阻值最大值最大3闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显读数，记录一闭合开关，调节变阻器，使电流表有明显读数，记录一组电流表和电压表的读数组电流表和电压表的读数4用同样方法，再次测量并记录几组用同样方法，再次测量并记录几组U、I值值5断开开关，整理好器材断开开关，整理好器材6根据测量的数据描绘根据测量的数据

3、描绘UI图线，所得图线的延长线图线，所得图线的延长线与与U轴交点即为电源的电动势轴交点即为电源的电动势E，图线斜率的绝对值，图线斜率的绝对值即为电池的内阻即为电池的内阻r.图图2六、注意事项六、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，防止干电池大电流放电时内阻即切断电源，防止干电池大电流放电时内阻r的明显的明显变化变化4为了提高测量的精确度，在实验中为了提高测量的精确度，在实验

4、中I、U的变化范围的变化范围要大一些，计算要大一些，计算E、r时，时，U1和和U2、I1和和I2的差值要大的差值要大一些一些七、误差分析七、误差分析1电流表内接时电路如图电流表内接时电路如图4甲所示甲所示产生实验误差的原因是由于电压表的分流造成的，测产生实验误差的原因是由于电压表的分流造成的，测量值与真实值的关系为：量值与真实值的关系为：E测测E真真；r测测r真真典例典例1测量电源的电动势测量电源的电动势E及内阻及内阻r(E约为约为4.5 V，r约为约为1.5 )器材：量程器材：量程3 V的理想电压表的理想电压表V，量程，量程0.5 A的电流表的电流表A(有有一定的内阻一定的内阻)，固定电阻，

5、固定电阻R4 ，滑动变阻器，滑动变阻器R，电键，电键S，导线若干导线若干(1)画出实验电路原理图图中各元件需用题目中给出的符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号或字母标出 (2)实验中，当电流表读数为实验中，当电流表读数为I1时，电压表读数为时，电压表读数为U1；当电；当电流表读数为流表读数为I2时，电压表读数为时，电压表读数为U2.则可以求出则可以求出E_，r_.(用用I1，I2，U1，U2及及R表示表示)思路点拨思路点拨根据电流表和电压表的特点选择电路接法，根据电流表和电压表的特点选择电路接法，将测量数据代入公式将测量数据代入公式EUIr列方程组求解列方程组求解解析

6、解析(1)实验中，由于电流表具有一定的未知阻值的电实验中，由于电流表具有一定的未知阻值的电阻，所以应将电流表内接电路中最大电流即电流表阻，所以应将电流表内接电路中最大电流即电流表A的的量程为量程为0.5 A，电源内电压最大值约为，电源内电压最大值约为0.51.5 V0.75 V，路端电压最小值为路端电压最小值为4.5 V0.75 V3.75 V，而电压表量程，而电压表量程为为3 V因此须将电阻因此须将电阻R置于并联的测量电路外，这样并置于并联的测量电路外，这样并联电路的最小电压联电路的最小电压U4.5 V0.5(1.54)V1.75 V，小，小于电压表的量程所以实验原理如图于电压表的量程所以实

7、验原理如图5所示所示 本题中测电源的电动势和内阻时，电压表、电流表各本题中测电源的电动势和内阻时，电压表、电流表各有一只，且量程固定，但电压表量程较小，不可直接连在有一只，且量程固定，但电压表量程较小，不可直接连在电源两端，此时可利用固定电阻与电源串联，固定电阻起电源两端，此时可利用固定电阻与电源串联，固定电阻起到一定的分压作用到一定的分压作用1某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实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，串联了一只验中，串联了一只2 的保护电阻的保护电阻R0，实验电路如图，实验电路如图6甲甲所示，请回答下列问题：所示，请回答下列问题：图图6(1)按电路

8、原理图甲连接实物电路图乙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，闭合电键连好电路后，该同学开始实验，闭合电键S后，他发现电后，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，把两表笔分别接压挡检查电路，把两表笔分别接a、b和和b、c及及d、e时，示数时，示数均为零，把两表笔接均为零，把两表笔接c、d时，其示数与电压表示数相同，检时，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路，由此

9、可推断故障原因应是_(3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，分析造成本实验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：系统误差的原因是：_.解析：解析：(1)如图所示如图所示答案：答案：(1)见解析见解析(2)c、d之间滑动变阻器断路之间滑动变阻器断路(3)由于电压表分流，由于电压表分流，E测测E真真，r测测r真真(2)因电压表示数不为零，电流表示数为零，故电路的因电压表示数不为零，电流表示数为零，故电路的断点一定在有电流表的支路，又因断点一定在有电流表的支路，又因c、d两点接电压表时，两点接电压表时，示数不为零，故断路发生在示数不为零，故断路发生在c、d之间的滑动变阻器

10、处之间的滑动变阻器处(3)因电压表的分流，使电流表的示数小于流过电源的因电压表的分流，使电流表的示数小于流过电源的电流造成：电流造成：E测测E真真，r测测r真真典例典例2在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的在用电压表和电流表测电池的电动势和内阻的实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为实验中，所用电压表和电流表的内阻分别为1 k和和0.1 ，图图7中为实验原理图及所需器件图中为实验原理图及所需器件图(1)在图中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路在图中画出连线，将器件按原理图连接成实验电路图图7 图图8(2)一位同学记录的一位同学记录的6组数据见下表，试根据这些数据在图组数据见下表，试根据

11、这些数据在图8中画出中画出UI图象，根据图象读出电池的电动势图象，根据图象读出电池的电动势E_V，求出电池内阻，求出电池内阻r_.I(A)0.120.200.310.320.500.570U(V)1.371.321.241.181.101.05(3)若不作出图线，只选用其中两组若不作出图线，只选用其中两组U和和I的数据，用公式的数据，用公式EUIr列方程求列方程求E和和r，这样做可能得出误差很大的结，这样做可能得出误差很大的结果，其中选用第果，其中选用第_组和第组和第_组的数据，求组的数据，求得得E和和r误差最大误差最大思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下三点：解答本题时应注意以下三点：(1)

12、实物连线上注意电表量程、正负极及连线的位置实物连线上注意电表量程、正负极及连线的位置(2)描点后连线的原则描点后连线的原则(3)电源电动势、内阻的大小确定方法电源电动势、内阻的大小确定方法解析解析(1)按照实验原理图将实物图连接起来，如图按照实验原理图将实物图连接起来，如图9甲甲所示所示甲乙甲乙图图9(3)由图线可以看出第由图线可以看出第4组数据点偏离直线最远，若取第组数据点偏离直线最远，若取第3组组和第和第4组数据列方程组求组数据列方程组求E和和r，相当于过图中，相当于过图中3和和4两点作两点作一直线求一直线求E和和r，而此直线与所画的直线偏离最大，所以选，而此直线与所画的直线偏离最大，所以选用第用第3组和第组和第4组数据求得的组数据求得的E和和r误差最大误差最大答案答案(1)见解析见解析(2)1.460.71(3)342如图如图10甲所示的电路测定电池的电动势和内甲所示的电